(科普)(转)隐身与反隐身技术和武器系统

来源:百度文库 编辑:超级军网 时间:2024/04/29 18:27:35
战争历史表明,在战场上采用一种新技术或部署一种新系统,总会产生新的技术和系统与之对抗。发展隐身技术对付雷达、红外、可见光、声学探测,但反隐身技术也应运而生就是一个例子。这种技术、武器系统之间的对抗循环不已,推动相关技术和武器系统向更高水平发展。


隐身技术和武器系统概述

隐身技术(又称低可观测性技术)和隐身武器系统的出现是提高作战平台生存能力的作战需求、电磁理论和电子技术发展的共同作用的结果。1975年美国开始研制F-117A标志现代真正隐身武器系统的诞生。

1.隐身技术的含义

隐身是个通用的术语,是控制目标的可观测性或控制目标特征信号的技巧和技术的结合。与隐身有关的术语还包括特征信号控制、降低雷达截面、特征信号互动、低可观测性、十分低可观测性等。目标特征信号是描述某种武器系统易被探测的一组特征,包括电磁(主要是雷达)、红外、可见光、声、烟雾和尾迹等6种特征信号。据统计,空战中飞机损失80~90%的原因是由于飞机被观测。降低平台特征信号,就降低了被探测、识别、跟踪的概率,因而可以提高生存能力。降低平台特征信号不仅仅是为了对付雷达探测,还包括降低被其它探测装置发现的可能性。隐身是通过增加敌人探测、跟踪、制导、控制和预测平台或武器在空间位置的难度,大幅度降低敌人获取信息的准确性和完整性,降低敌人成功地运用各种武器进行作战的机会和能力,以达到提高己方生存能力而采取的各种措施。

2.隐身技术和隐身武器系统发展历史

隐身技术和武器系统的发展可以分为探索阶段、发展阶段、应用阶段。

①探索阶段(70年代以前)

飞机一出现,人们就企图降低它的可见光特征信号,后来,重点转变为反雷达探测。在第二次世界大战中,德国、美国和英国都曾尝试降低飞机的雷达特征信号。德国潜艇通气管采用过能够吸收雷达波的涂料。

60年代中期以后,一体化防空系统效能得到很大提高,提高飞机生存能力的重要性和迫切性变得异常突出,西方国家研究出了一些战术和技术对抗措施,并研制出U-2、A-12、YF-12、SR-71、D-21等具有一定隐身能力的飞机。但由于缺少提高生存能力的系统方法,更缺少支撑隐身的先进技术,所以还没有出现真正的隐身武器系统。

②发展阶段(70年代至90年代初)

在采用降低特征信号以提高飞机生存能力的强烈需求推动下,提出了研制以降低雷达截面为主要目标的、实用的、真正的隐身飞机的要求;由于理论,以及计算机、电子、控制、材料技术的进步,以减小雷达截面为主要目标的实用的第一代隐身飞机——F-117 A“夜鹰”于1975年问世。美空军1981年开始发展第二代隐身飞机——B-2隐身轰炸机。

此外,F-16C、F/A-18C/D、B-1B等也采用了部分隐身技术,隐身技术还被推广到各种导弹、直升机、无人机、水面舰艇当中。潜艇的噪声以每10年降低10~20分贝的速度下降,世界上最好的核潜艇的噪声已经降低到90~100分贝,低于海洋环境噪声(115分贝)。

③应用阶段(90年代以后)

第二代隐身飞机研制成功,第一、第二代隐身飞机多次参加军事行动,取得显著战果。开始研制第三代隐身飞机。隐身技术向导弹、舰艇、直升机、战车,甚至弹药、地面设备、服装和机场等领域推广和移植。。

美空军于1993年12月开始部署B-2隐身轰炸机,这是集低可观测性、高空气动力效率和大载荷于一身的第二代隐身飞机,采购数量为21架。

美空军于80年代开始设计F-22“猛禽”战斗机,1993年开始研制“联合攻击战斗机”,它们都属于第三代隐身飞机。

隐身飞机开始大量参加战斗是这个时期的一大特点。1991年海湾战争期间,美在海湾部署的43架F-117A隐身飞机出动了1271架次,攻击了伊拉克40%的战略目标。1999年6架B-2隐身轰炸机首次参加科索沃军事行动,共出动40架次,投下500枚“联合直接攻击弹药”,总重450吨。

3.隐身技术和武器系统发展的动力和基础

隐身技术和武器系统的出现是作战需求、理论、技术发展的综合结果。

迫切的作战需求。自从有了雷达,尤其是60~70年代一体化防空系统在阿-以冲突和越南作战中,使以色列和美国飞机遭受重创,突现了降低飞机的雷达截面,提高生存能力的重要性和迫切性。为了降低平台的易受攻击性,需要采取降低平台的特征信号;装备威胁告警装置;使用欺骗和支援性干扰、诱饵;一次性使用装置;选择适当的武器、战术;压制敌方威胁等措施。其中降低目标特征信号,即采取隐身措施对于提高生存能力具有重要作用。

雄厚的理论基础。1966年苏联学者发表的“在物理折射理论中的边缘波方法”论文,提出预测某种简单形状的物体如何散射或反射电磁辐射的方程,阐述了编制计算机软件来精确地计算某些两维结构雷达截面的方法。从此,人们有可能精确地预测雷达截面,从而设计真正的隐身飞机。后来许多国家进行雷达截面的分析研究与软件开发,为隐身武器系统的发展奠定了理论基础,使隐身技术的发展由经验型转变为以理论为基础。

先进的技术支撑。隐身飞行器的设计和操作需要大容量高速计算机;获取、传输、处理任务计划数据,进行大量计算以确定最佳飞行路线需要先进的计算机和先进雷达机载技术。先进的隐身材料制造和维护技术也是必不可少的支撑技术。这些关键技术支撑了隐身飞机的发展。战争历史表明,在战场上采用一种新技术或部署一种新系统,总会产生新的技术和系统与之对抗。发展隐身技术对付雷达、红外、可见光、声学探测,但反隐身技术也应运而生就是一个例子。这种技术、武器系统之间的对抗循环不已,推动相关技术和武器系统向更高水平发展。


隐身技术和武器系统概述

隐身技术(又称低可观测性技术)和隐身武器系统的出现是提高作战平台生存能力的作战需求、电磁理论和电子技术发展的共同作用的结果。1975年美国开始研制F-117A标志现代真正隐身武器系统的诞生。

1.隐身技术的含义

隐身是个通用的术语,是控制目标的可观测性或控制目标特征信号的技巧和技术的结合。与隐身有关的术语还包括特征信号控制、降低雷达截面、特征信号互动、低可观测性、十分低可观测性等。目标特征信号是描述某种武器系统易被探测的一组特征,包括电磁(主要是雷达)、红外、可见光、声、烟雾和尾迹等6种特征信号。据统计,空战中飞机损失80~90%的原因是由于飞机被观测。降低平台特征信号,就降低了被探测、识别、跟踪的概率,因而可以提高生存能力。降低平台特征信号不仅仅是为了对付雷达探测,还包括降低被其它探测装置发现的可能性。隐身是通过增加敌人探测、跟踪、制导、控制和预测平台或武器在空间位置的难度,大幅度降低敌人获取信息的准确性和完整性,降低敌人成功地运用各种武器进行作战的机会和能力,以达到提高己方生存能力而采取的各种措施。

2.隐身技术和隐身武器系统发展历史

隐身技术和武器系统的发展可以分为探索阶段、发展阶段、应用阶段。

①探索阶段(70年代以前)

飞机一出现,人们就企图降低它的可见光特征信号,后来,重点转变为反雷达探测。在第二次世界大战中,德国、美国和英国都曾尝试降低飞机的雷达特征信号。德国潜艇通气管采用过能够吸收雷达波的涂料。

60年代中期以后,一体化防空系统效能得到很大提高,提高飞机生存能力的重要性和迫切性变得异常突出,西方国家研究出了一些战术和技术对抗措施,并研制出U-2、A-12、YF-12、SR-71、D-21等具有一定隐身能力的飞机。但由于缺少提高生存能力的系统方法,更缺少支撑隐身的先进技术,所以还没有出现真正的隐身武器系统。

②发展阶段(70年代至90年代初)

在采用降低特征信号以提高飞机生存能力的强烈需求推动下,提出了研制以降低雷达截面为主要目标的、实用的、真正的隐身飞机的要求;由于理论,以及计算机、电子、控制、材料技术的进步,以减小雷达截面为主要目标的实用的第一代隐身飞机——F-117 A“夜鹰”于1975年问世。美空军1981年开始发展第二代隐身飞机——B-2隐身轰炸机。

此外,F-16C、F/A-18C/D、B-1B等也采用了部分隐身技术,隐身技术还被推广到各种导弹、直升机、无人机、水面舰艇当中。潜艇的噪声以每10年降低10~20分贝的速度下降,世界上最好的核潜艇的噪声已经降低到90~100分贝,低于海洋环境噪声(115分贝)。

③应用阶段(90年代以后)

第二代隐身飞机研制成功,第一、第二代隐身飞机多次参加军事行动,取得显著战果。开始研制第三代隐身飞机。隐身技术向导弹、舰艇、直升机、战车,甚至弹药、地面设备、服装和机场等领域推广和移植。。

美空军于1993年12月开始部署B-2隐身轰炸机,这是集低可观测性、高空气动力效率和大载荷于一身的第二代隐身飞机,采购数量为21架。

美空军于80年代开始设计F-22“猛禽”战斗机,1993年开始研制“联合攻击战斗机”,它们都属于第三代隐身飞机。

隐身飞机开始大量参加战斗是这个时期的一大特点。1991年海湾战争期间,美在海湾部署的43架F-117A隐身飞机出动了1271架次,攻击了伊拉克40%的战略目标。1999年6架B-2隐身轰炸机首次参加科索沃军事行动,共出动40架次,投下500枚“联合直接攻击弹药”,总重450吨。

3.隐身技术和武器系统发展的动力和基础

隐身技术和武器系统的出现是作战需求、理论、技术发展的综合结果。

迫切的作战需求。自从有了雷达,尤其是60~70年代一体化防空系统在阿-以冲突和越南作战中,使以色列和美国飞机遭受重创,突现了降低飞机的雷达截面,提高生存能力的重要性和迫切性。为了降低平台的易受攻击性,需要采取降低平台的特征信号;装备威胁告警装置;使用欺骗和支援性干扰、诱饵;一次性使用装置;选择适当的武器、战术;压制敌方威胁等措施。其中降低目标特征信号,即采取隐身措施对于提高生存能力具有重要作用。

雄厚的理论基础。1966年苏联学者发表的“在物理折射理论中的边缘波方法”论文,提出预测某种简单形状的物体如何散射或反射电磁辐射的方程,阐述了编制计算机软件来精确地计算某些两维结构雷达截面的方法。从此,人们有可能精确地预测雷达截面,从而设计真正的隐身飞机。后来许多国家进行雷达截面的分析研究与软件开发,为隐身武器系统的发展奠定了理论基础,使隐身技术的发展由经验型转变为以理论为基础。

先进的技术支撑。隐身飞行器的设计和操作需要大容量高速计算机;获取、传输、处理任务计划数据,进行大量计算以确定最佳飞行路线需要先进的计算机和先进雷达机载技术。先进的隐身材料制造和维护技术也是必不可少的支撑技术。这些关键技术支撑了隐身飞机的发展。
随着隐身技术的不断发展,隐身武器系统开始装备部队,并在实战中应用,取得明显成果,进一步推动了隐身技术的发展和应用。美国掌握着先进的隐身技术,装备隐身武器数量也最多。

1. 隐身飞机

隐身技术最早应用在飞机上,隐身飞机发展最快,也最成熟。隐身飞机的发展和现状的突出代表是美国的三代隐身飞机。在这三类全隐身飞机中,第一代与第二代的F-117A、B-2,以及被取消的美海军的A-12隐身飞机,它们的雷达截面比常规飞机下降30dB左右;而第三代的F-22和F-35"联合攻击战斗机"的雷达截面比常规飞机缩小了20dB左右。



表 美国的三代隐身飞机


代数
型号
特点
隐身措施
雷达截面

1
F-117
夜间作战
多平面加隐身材料
  

0.01~0.025

2
B-2
气动力高、大载荷、隐身
飞行翼加隐身材料
  

0.1

3
F-22
高空、高速、隐身、昼夜作战、空战和对地攻击
  

结构加隐身材料
  

0.1~0.5

F-35
  
结构加隐身材料
0.5




①第一代隐身飞机-F-117 A

美军于1973年底启动第一项隐身飞机计划,即洛克希德公司"神秘兰色"(Have Blue)隐身飞机概念演示计划。1977建成两架只有真正飞机1/3大的原型飞机。1982年4月交付第一架生产型飞机,9月建立第一支作战部队,共交付59架。F-117A成为第一代采用减少雷达截面作为降低易受攻击性主要手段的隐身飞机。由于它采用了独特的"钻石"型结构外形,以及采用了各种吸波(或透波)材料,它的有效雷达截面大约为0.01~0.025平方米。

②第二代隐身飞机-B-2

美空军于1981年开始发展B-2隐身轰炸机,1989年7月首次飞行,1997年4月列装。冷战结束后,B-2的任务从战略轰炸转变为执行常规作战,采购数量原从132架降为21架。作为一种世界上最先进的、具备全球作战能力的隐身武器,6架B-2隐身轰炸机参加了1999年空袭南联盟战斗,共出动40架次,投下500枚"联合直接攻击弹药",总重450吨。

B-2隐身轰炸机集低可观测性、高空气动力效率和大载荷于一身。其雷达截面只有0.1平方米,这是采用"飞行翼"外形,以及大量碳纤维复合材料和特制的吸波涂料的结果。

③第三代隐身飞机--F-22和F-35

F-22和F-35属于第四代战斗机,第三代隐身作战飞机。它们将高空、高速和隐身性能结合在一起,标志着隐身技术已经成熟。

第一架F-22已于1997年9月7日首飞成功,2004年将形成初步作战能力,届时将成为美军21世纪初叶的主战机种。计划采购295架。F-22将低可观测性(隐身)、高度机动和敏捷、超音速巡航、载重大和航程远五个特点集中于一身。F-22较好地解决了隐身外形与气动力的矛盾,其雷达截面小于0.5平方米,它还采用了电子欺骗、干扰和诱饵系统,以及低截获概率雷达、有源相干对消系统等主动隐身技术,使其雷达反射截面积只有常规飞机的1%,甚至更低。

F-35"联合攻击战斗机"(JSF)是美国计划在21世纪装备部队的全新一代轻型隐身攻击战斗机,它将取代美空军的F-15E、F-16、A-10和F-117,海军的F-14,海军陆战队的AV-8B,空军的"鹞"式等飞机。它采用一机多型设计,包括常规型、舰载型(CV)和短距起飞/垂直降落型(STOVL)三种型号,以满足各军种的要求。采购量将超过3,000架,并将出口约2,000架。F-35在很大程度上利用了F-22的技术成果。其雷达截面估计为0.5平方米,但保持其隐身性能所需要的外场工作量和费用只有前一代隐身飞机的10%。

④许多飞机采用部分隐身技术

如前所述,美国从20世纪50年代起,就在一些飞机上采用了部分隐身技术。次后,美军F-15、A-10、F-16C/D、F-18E/F、B-1B等飞机也都经过隐身改进,雷达截面比以前减小10~15dB左右。

德国从1981年开始秘密地发展隐身技术,曾研究过类似于F-117A的"萤火虫"飞机模型,后来又发起"增强和未来系统的技术演示器"(TDEFS)、"欧洲技术获取计划"(ETAP);还企图独立研制LA-2000隐身攻击机和AT-2000隐身战斗机。法国、英国、俄罗斯、印度也启动了隐身飞机研制计划。

2.隐身舰艇

隐身舰艇包括真正的隐身舰艇和潜艇,以及一些采用部分隐身技术的各种准隐身舰艇。

①隐身水面舰

美国洛克希德公司于1985年研制"海影"隐身舰,用于演示隐身技术在未来海军中应用的可行性。"海影"采用类似于F-117A隐身飞机的、由许多小平面构成的外形结构。另外,舰上还涂敷了能吸收雷达波的涂层,以及采取了控制水下噪声和红外辐射的措施。

瑞典在美国之后研制出一种满载排水量600吨的轻型隐身护卫舰"维斯比"。瑞典称其雷达反射截面比同类舰艇要小几个数量级,仅相当于2条标准鞭状天线的反射截面。

②潜艇继续改进隐身性能

潜艇本身是隐身武器系统,提高其隐蔽性的主要措施是进一步降低噪声水平,这要从控制噪声源和噪声传播途径两个方面着手。潜艇的噪声源主要有三种:机械噪声、螺旋桨噪声和水动力噪声。目前各国主要从艇体外型、结构、动力设备选型、减震消声等方面着手,减震降噪。采取的具体措施包括:改进动力装置,控制机械噪声;采用自然循环反应堆代替主泵,降低一回路噪声;改进减速齿轮装置,降低噪声,或采用电力推进装置;采用减振隔声技术;改进螺旋桨设计或采用喷水推进装置,降低螺旋桨噪声;改进潜艇外形设计,降低水动力噪声;敷设消声瓦,控制噪声的传播;采用隔声技术,降低内部噪声。

美国潜艇的噪声水平一直比较低,30多年来噪声下降了40dB左右。"洛杉矶"级核潜艇的噪声已降到128dB,"俄亥俄"级核潜艇和"海狼"级攻击核潜艇的噪声则降到120dB以下(相当于三级海况海洋背景噪声)。

俄罗斯的潜艇安静性技术发展也较快,从20世纪60年代H、E和N级核潜艇噪声160dB降低到1975年VI、VII级核潜艇的150dB;1985年S、M级攻击核潜艇降为125~130dB;新建的"阿库拉"级噪声降到115~120dB。

法国的Agosta-80、CA级常规潜艇的噪声水平达到了120dB左右。瑞典的T96型潜艇要求以7节速度航行的噪声低于三级海洋环境噪声。

③水面舰艇纷纷采取部分隐身措施

水面舰艇需要采取措施降低三种特征信号:雷达回波、舰艇的红外辐射、舰艇的噪声。

法国1995年7月列装的"拉斐特"级护卫舰,综合采用了多项隐身技术,是最具代表性的部分隐身军舰。其雷达截面小于1000平方米,与500吨的沿海巡逻艇的相当。美国现役的"阿利·伯克"级驱逐舰和DD-21实验舰,也采用了诸如嵌入式天线、全电推进系统等隐身技术。德国的"勃兰登堡"级护卫舰,俄罗斯的"基洛夫"级核动力巡洋舰、"无畏"级驱逐舰、以色列的"埃拉特"级舰、日本的"阿武隈"和"金刚"型军舰、加拿大的"哈利法克斯"级护卫舰和英国的23型护卫舰也采取了部分隐身技术。

3.隐身巡航导弹

美国的AGM-129A/B空射巡航导弹、"战斧"、"联合空对地防区外导弹"等采用了大量隐身技术。AGM-129A/B空射巡航导弹雷达截面为0.01~0.05m2。AGM-86空射巡航导弹的雷达截面约为0.1m2,采用部分隐身技术的"战斧"巡航导弹的雷达截面为0.01~0.2m2。英国和法国联合发展的"风暴影子"是除美国外最具有隐身特点的战术导弹。法国的"阿帕奇"巡航导弹采用部分隐身技术,雷达截面为0.1m2。此外,俄罗斯的X-65C3等反舰导弹、日本的ASM-2反舰导弹、英国的"海鹰"、挪威海军的NSM反舰导弹等导弹都采用了隐身技术。

4.隐身战车

各国采取降低战车特征信号的技术措施有:一是利用复合材料制造坦克车体和炮塔。二是降低坦克的红外辐射。三是发展隐身涂层。如采用三色或四色迷彩涂料。四是降低坦克的噪声。美国一直在秘密地进行隐身坦克技术的研究,1985年用玻璃纤维复合材料层压板制成了M-113装甲人员输送车车体;1987年研制成M-2步兵战车复合材料炮塔。90年代初,美陆军提出了"2010~2015年主战坦克发展计划",该计划要求未来新型坦克应该大量采用先进复合材料和多种隐身技术。

俄罗斯T-90主战坦克采用特殊的工艺涂漆;全新的T-95主战坦克具有很好的隐身性能。白俄罗斯推出的2T型新式装甲侦察车,其外围轮廓采用大折射面,具有"流线型"的视觉效果,装甲表面还加了反雷达涂层。英国设计的"武士"2000装甲战车装有消音器,使用凉空气冷却发动机废气,采用了新型双销履带。英国还在研制轻便高速塑料隐身坦克。

5.隐身直升机

美国研制的RAH-66"科曼奇"隐身直升机是世界上第一种真正的隐身直升机。RAH-66的雷达截面只有目前其他任何直升机的1%,是AH-64"阿帕奇"的1/400,红外特征是后者的1/4。

6.隐身无人机、隐身机场和其它隐身设施

无人机为了降低雷达截面、红外特征信号、声信号,采取许多类似于有人驾驶飞机的隐身措施。

美军已经研制成功隐身机场。这种机场的所有设施都采用了特殊涂料或染料,全部跑道可随四季气候变化而自动变色。机场四周外露的水泥板表面涂有新型隐身化学制剂,其反射效果与机场草地浑然一体。隐身机场内装有许多喷雾器,能在敌机临空前向机库及各辐射热源"喷水",消除机场热轮廊。
1. 雷达隐身   




目前,最受重视且发展较快的隐身技术是雷达隐身技术。武器的雷达截面与其外形、材料、雷达波入射角等因素有关。武器实现雷达隐身的主要技术途径如下:

①精心设计武器的外形

外形设计对隐身飞行器隐身性能的贡献占2/3,材料占1/3,需要对隐身性能和飞行器的气动力性能进行折中。现在最具特点的隐身外形是:F-117的"钻石型"和B-2的"飞行翼"型。隐身外形设计的原则是:避免飞行器外形出现任何较大平面和凸状弯曲面、边缘、棱角、尖端、间隙、缺口和垂直交叉的接面,飞行器外形应成为一种平滑过度曲线形体,消除镜面反射和角反射器。隐身外形设计的重点部位是:发动机进气口、排气口、座舱、外挂架、垂尾等。隐身外形设计的具体措施是:A.采用多面体机身或飞行翼外形,增加机翼前缘后掠角和前缘圆滑度,采用内倾式V型双垂尾。B.机(弹)翼与机(弹)身、机舱与机身相融合。C.发动机采用半埋式或完全安装在机内或翼内;发动机的进气道采用S形,进气口采用齐平式。D.尽量消除飞行器的外挂武器、吊舱、副油箱等一切外挂物,采用内嵌式机舱和保形天线。E.将口盖的缝隙设计成锯齿形,以避免直线缝隙形成镜面反射。F.采用导电材料弥合缝隙,或通过紧配合公差消除缝隙,以避免因行波而产生二次辐射。G.采用推力矢量技术可减少或消除飞行器的垂直尾翼。

隐身舰船和坦克、战车的外形设计基本原理和原则与飞行器一样,应尽量减少向后反射雷达波,避免角反射器结构。

②采用雷达吸波材料和透波材料

雷达吸波材料是吸收衰减入射的电磁波,并将电磁能转换成热能而耗散掉,或使电磁波因干涉而消失,或使电磁能量分散到另外方向上的这种材料。按其用途可将其分为涂层和结构型吸波材料;按工作原理可分为干涉型和转换型。干涉型是使雷达波在入射和反射时的相位相反,或材料表面的反射波与底层的反射波发生干涉,相互抵消。转换型是材料与雷达波相互作用时,产生磁滞损耗或介质损耗,使电磁波能量转为热能而散发掉。

A.雷达吸波涂层。这是涂敷在武器表面的一类吸波材料,它由胶粘剂中加入具有特定介质参数的吸收剂制成,吸收剂的特性决定吸波涂层的吸收雷达波的性能。目前采用的吸收剂主要有:一是羟基铁吸收剂--吸收能力强,应用方便,但其重量重,吸收剂体积占空比一般大于40%,面密度大于2千克/米2。二是铁氧体吸收剂--价格低、吸波性能好,在低频、厚度薄的情况下性能仍很好;缺点是比重大。三是金属及其氧化物磁性超细粉末--经过细化的吸收剂粒子的磁、电、光等物理性能发生了质的变化,兼具吸波、透波和偏振电磁波等功能。四是耐高温陶瓷--如碳化硅,耐高温、强度高、膨胀系数小、耐腐蚀、化学稳定性好、密度低、吸波性能好。五是手性材料(chiral material)--是指一种物体与其镜像不存在几何对称性且不能通过任何操作使之与其镜像相重合的现象。具有手性特性的材料,能减少入射电磁波的反射并能吸收电磁波。目前研究的雷达吸波型手性材料,是在基体材料中掺杂手性结构物质形成手性复合材料,尺寸范围为0.01~5毫米更合适。六是导电高聚物材料--主要是电子型导电高聚物,其物理化学性能独特,将它与无机磁损耗物质或超微粒子复合,可望发展成为一种新型的轻质宽频带微波吸收材料。七是纳米隐身材料--包括纳米微粒、纳米纤维、纳米膜和纳米固体。美国研制出的"超黑粉"纳米吸波材料,对雷达波的吸收率达99%;法国研制出一种宽频带纳米吸波涂层,在50MHz至50GHz内具有良好的吸波性能。纳米隐身材料正在向着覆盖厘米波、毫米波、红外、可见光等波段的纳米复合材料方向发展。八是多晶铁纤维吸收剂--这是一种磁性雷达波吸收剂,可在宽频带内实现高吸收率, 比普通的磁性吸收剂轻40%~60%。九是席夫碱视黄基盐类,它含有碳-氮双键结构的有机高分子聚合物,具有很强的极性,能迅速使电磁波转换成热能散发出去。组合不同的盐类,可吸收不同频率的电磁波,因此它吸收频带宽,能使兵器的雷达散射波衰减80%,而重量只有铁氧体的1/10。

B.结构型吸收雷达波材料。这是以非金属为基体(如环氧树脂、热塑料等)填充吸波材料(铁氧体、石墨等)、由低介电性能的特殊纤维(如石英纤维、玻璃纤维等)增强的复合材料,它既能减弱电磁波散射又能承受一定的载荷。与一般金属材料相比,重量轻、刚度强、强度高。结构型吸收雷达波材料有3种类型:一是吸收剂散布型;二是层板型;三是夹芯结构。

C.智能型隐身材料。这种材料能感知和分析不同方位到达的电磁波特性或光波特性,并作出最佳响应,以达到隐身的目的。从结构上看,智能材料实际上是器件和线路的集成。美国研制的一种可见光伪装智能材料,是在聚氨酯分子链中嵌入丁二炔链段而成;美海军正在研究利用智能隐身材料制造能抑制发电机噪声外传的智能结构发电机罩;美空军提出直升机旋翼采用智能隐身材料的方案,隐身能力可提高20倍。

③采用电子措施降低兵器的雷达截面

A.自适应加载技术。在飞行器的金属表面人为地附加集中参数或分布参数负载,例如,开槽缝并接腔体,或接集中参数阻抗对槽缝分流。当受到雷达波照射时,它即产生一个与雷达回波频率相同、极化相同、幅值相等、相位相反的电磁波,与雷达回波相消,从而使兵器避开敌方雷达的探测。这种方法的特点是,当飞行器的特征尺寸(L)与雷达波长(λ)满足0.5<2πL/λ<30关系时,飞行器的雷达截面减缩效果最好。

B.电子对抗措施。隐身兵器若再采用干扰措施,则隐身效果会更好,其生存能力可提高40%以上。目前所采用的干扰措施有有源干扰和无源干扰两种。应用先进的计算机技术来鉴定兵器可能遭到威胁的雷达工作频率,随即发射该工作频率的脉冲;安装干扰机;采用先进诱饵系统,使对方产生误会;投放箔条干扰;采用吸收型无源干扰。

C.采取有源对消技术。采用相干手段使目标散射场和人为引入的辐射场在雷达探测方向相干对消,使敌方雷达接收机始终位于合成方向图的零点,从而抑制雷达对目标反射波的接收。美国的B-2隐身轰炸机所载的ZSR-63电子战设备就是一种有源对消系统,它主动发射电磁波来消除照射在其机体上的雷达能量。

④等离子体隐身技术

等离子体隐身的基本原理是:利用等离子体发生器、发生片,或者放射性同位素在武器表面形成一层等离子云,通过设计等离子体的特征参数,使照射到等离子云上的一部分雷达波被吸收,一部分改变传播方向,从而返回到雷达接收机的能量很少,达到隐身的目的。据报道,采用等离子体隐身技术的飞行器被敌方发现的概率可降低99%。

美国应用等离子体技术,可使一微波反射器的雷达截面在4~14吉赫兹频率范围内平均降低20分贝,即回波的信号强度减小到原来的1%。据报道,俄罗斯已开发出两代等离子体装置,并在飞机上进行过试验。第一代产品是等离子体发生片,其厚度0.5~0.7毫米,将其贴在飞行器的强散射部位,电离空气即可产生等离子体。第二代产品是等离子体发生器,在等离子体发生器中加入易电离的气体,经过"脉冲电晕",即可产生等离子体。第二代产品的重量不到100公斤,它不仅能减弱雷达反射信号,还能向敌方发出一些假信号,以迷惑敌方的探测系统。俄罗斯正在研制第三代产品,它可以利用飞行器周围的静电能量来减小飞行器的雷达截面。

等离子体隐身技术具有吸波频带宽、吸波率高、隐身效果好、使用简便、使用时间长、价格便宜;无须改变飞机的气动外形设计,不影响飞行器的飞行性能;维护费用低等优点。但利用等离子体技术实现隐身还存在一些问题:安装等离子体发生器的部位无法隐身,而且要求电源功率很高,设备大;采用放射性同位素的难点是同位素的剂量难以控制。实现等离子隐身的关键在于如何对等离子体包层的电子密度进行控制。
兵器红外辐射来源于飞机、导弹、战车、军舰的自身辐射和对环境辐射的反射,主要辐射源有发动机,发动机尾喷管排出的气体,蒙皮的气动加热和其他受热部件;兵器对阳光、月光、人造光、大气辐射、地球辐射所产生反射。

① 飞行器红外隐身

飞行器实现红外隐身的主要技术途径有:降低红外辐射强度,改变红外辐射波段,调节红外辐射的传输过程(改变红外的辐射方向和特征)。具体措施有:A.采用散发热量最少的高函道比的涡轮风扇发动机,减少或取消加力。B.飞行器表面涂敷树脂涂料、类金刚石碳膜、半导体薄膜和掺颜料的油漆等红外隐身涂料。目前这些材料的工作波段为3~5微米、8~14微米,辐射率在0.6以下。C.改进发动机喷管的设计。D.强化热排气与冷气流的混合,可使热排气的红外辐射信号下降90%以上。采用新型燃料,加入添加剂或改变其成分,以降低或改变排气的红外辐射。E.采用闭合回路冷却系统,将载荷产生的热传给燃油,以减少目标的热辐射。F..采用红外干扰措施,发射红外干扰信号,投放红外诱饵、烟幕剂。

② 坦克和装甲车的红外隐身

坦克和装甲车的红外辐射抑制措施主要有:采用陶瓷绝热发动机,以降低红外辐射强度;发动机排气和冷却空气出口指向后方。B.降低内部的热耗散,以减少红外辐射。C.采用红外迷彩,采用水幕遮挡。



  
3. 声隐身  

声隐身就是控制目标的声频信号特征,降低对方声探测系统的探测概率。武器的噪声源主要有:发动机和其他机械的工作噪声,武器部件(如螺旋桨)的运动和排气对周围介质的扰动噪声,以及武器构件的振动噪声等。

目前降低舰艇噪声的主要措施参见潜艇和战车隐身部分。美军目前正在研究静音超音速飞机,企图从动力系统领域和通过7项其它技术使飞行噪声最低


4. 抑制武器的电磁辐射

尽量减少兵器上电子设备的电磁辐射、减少电磁信号被截获的机会,有助于提高生存能力。美国的F-117隐身战斗机未安装雷达,只接收外界传来的信息和使用被动的红外探测装置;B-2、F-22等隐身飞机都装载了低截获概率雷达。


  
5. 其它隐身技术  

①水雾隐身技术

从喷嘴喷出微细水雾,可降低行进中的坦克、装甲车辆,甚至机场、地面设施的雷达和红外信号特征,也可作为一种对抗目视探测的手段。

②微波传播指示技术

大气层的湿度、温度等环境因素的变化能够改变雷达波的传播途径和作用距离,以致在雷达覆盖范围内产生"空隙",即盲区。雷达波在大气中以"波道"形式传播,其能量集中于"波道"内,"波道"外几乎没有能量。如果使突防兵器在"空隙"内通过,就可避开敌方雷达的探测达到隐身的目的。

③烟幕伪装

烟幕通过散射、吸收等方式衰减可见光的光波能量,使可见光侦察器材接收不到目标与背景的反射光波。实验证明,如果对目标进行烟幕伪装,可使借助光学瞄准器材实施射击效果降低80%;如果用烟幕迷盲敌方的发射阵地,可使敌方射击效果降低90%以上。未来烟幕不仅能对可见光探测设备有遮蔽作用,而且对干扰红外、激光、雷达等现代观测器材也有很好的干扰效果。
隐身技术的作用和隐身武器的作战效果  


1.采用隐身技术可以减少平台被探测、跟踪和攻击的机会

隐身平台尽管不是完全看不见的,但它们能够延迟被发现的时间,削弱敌人的跟踪能力,从而使敌人无法采取有效的对抗措施。隐身平台大大降低了防御系统执行监视、火控和杀伤三个功能的概率,从而可大幅度提高目标生存能力。一架飞机特征信号减少10倍,防空雷达探测飞机的距离减少三分之一;特征信号降低100倍,雷达覆盖面积只有原来的十分之一。舰艇辐射噪声降低6分贝,敌方被动声纳作用距离减少50%;声反射强度降低10分贝,敌方主动声纳作用距离减少70%,同时本舰声纳作用距离提高100%。平台特征信号降低了,敌人监视、瞄准、发射导弹进行攻击的机会减少了。敌人能够把发射的导弹中的80%制导到常规战斗机;但只能把发射的导弹中的60%制导到降低了部分特征信号的准隐身飞机;对隐身飞机只有3%。

隐身武器的雷达截面降低10倍以上,对提高生存能力才有重要意义。F-117的雷达截面只有0.01~0.1平方米,与专门压制防空系统的、雷达截面为6平方米F-4G相比,F-117飞机可以接近地基搜索雷达的距离为前者的10%,接近机载雷达的距离为前者的2%时,才能被发现。典型雷达探测F-117A的距离不大于13~26千米。雷达截面为25000平方米的典型护卫舰或驱逐舰,通过采取部分隐身技术后,雷达截面减少到不足1000平方米,仅比普通200吨船的雷达截面大,不如两发箔片弹云的反射面积(4000平方米)大,水面和机载雷达将把它看作是较小的目标,只能在较近的距离才能探测到它。巡航导弹的雷达截面若降低90%,敌方雷达探测距离缩短到只有原来的56%。导弹的雷达截面从0.1m2降到0.001m2,则可将对方的探测装置捕获和跟踪的距离与反导武器系统拦截目标的反应时间缩短80%以上。采用隐身技术后,巡航导弹进攻效费比大大提高。为了防御隐身巡航导弹,保卫单个目标的防御费用将提高2.25倍,保卫大城市的费用将增加4.8倍。

2.采用隐身技术可以降低烧穿距离,降低对平台本身干扰输出功率的要求

烧穿距离是在某个距离上,目标(平台)反射的雷达波的能量超过了目标干扰机的能量,主动电子对抗措施不再有效,目标将受到攻击。烧穿距离是从探测雷达到被探测平台(飞机或军舰)所反射的信号强度高于平台发射的干扰信号的地方的距离。

烧穿距离与平台的雷达截面的平方根成比例,而雷达探测距与平台的雷达截面的四次方根成比例,所以,平台雷达截面降低了以后,烧穿距离比雷达探测距下降得更快。烧穿距离出现在离雷达更近的地方。飞机或军舰即使采取了较少的隐身措施,反射回到雷达的电磁波能量也会减少,对飞机或军舰上的干扰机功率和体积的要求也相应地减少了。与此同时,还可以降低对专用干扰设备的要求,其结果能够产生至少两个数量级的力量倍增器作用。巡航导弹采用隐身技术,使其雷达截面降低10dB,敌方雷达的烧穿距离将缩短68%,或在敌方雷达烧穿距离一定时,我方电子干扰机的功率只需原来的1/10即能发挥同样效能,因此电子干扰机的体积可大大减小。

3.隐身技术与精确制导弹药相结合,提高作战效能

隐身与精确制导弹药相结合,能够大幅度提高武器的作战效能。

海湾战争期间,伊拉克保护巴格达的一体化防空系统密度是越南战争时的7倍,比原来东欧部署的防空系统还密,美军主要靠隐身飞机和巡航导弹进行突防。战争的第一夜,10架F-117隐身飞机投下的炸弹占这天所投炸弹总数的1/3,攻击了31%的战略目标,而且是唯一进入巴格达市区进行攻击的飞机。在整个战争期间,F-117出动架次仅占作战出动架次的2%,但却攻击了伊拉克40%的战略目标。

隐身飞机轰炸巴格达核设施,是隐身飞机完成任务效能高的最好例证。盟军第一次曾派遣75架飞机(包括32架非隐身的攻击机,16架护航飞机,8架压制敌人防空系统的飞机,4架干扰敌人雷达的电子战飞机,15架加油机)去执行任务,结果损失两架飞机,没有完成任务。第二次派遣8架隐身飞机和2架加油机,没有任何损失,基本完成任务。从执行这次任务可以看出利用隐身飞机的优点:①处于风险中的成员减少90%;②处于风险的空中资产减少74%;③常规机群达到初始作战能力需要2.3天,隐身机群为1.2天,后者比前者减少一半;常规机群达到维持能力需要5.2天,隐身机群需要1.8天,减少60%多。

4.隐身技术改变了空战的方法和战略平衡

隐身技术是自第二次世界大战发明雷达和喷气发动机以来最重要的军用航空技术发明。象前两者一样,隐身技术改变了空战的方法。隐身不但将空战原来的5个特点(速度、航程、灵活性、精确、杀伤力)增加为6个特点,而且隐身平台生存力的提高还有提高、扩大空战原来5个特点的作用。

隐身技术将原来一次一层或一部分的空袭方法转变为同时攻击的方法,能够很快地建立起空中优势和制空权。

隐身技术使空战重新获得战役和战术突袭能力,隐身飞机将成为新的突击力量。海湾战争开战的第一分钟,在无任何警报情况下,F-117攻击了大部分关键目标,空战好象又回到没有雷达的时代。美空军设想将来组建一支由12架B-2轰炸机和两个中队(48架)F-22战斗机组成的、能够快速部署的"全球打击特遣部队",其任务是在为期l-3天的远距离打击行动中摧毁敌方最关键的目标,包括能够在一天之内打击40多个目标的小型空军编队。但这支先遣部队承担的主要任务,是能够在冲突开始的头24小时内,出动60架次飞机(每架飞机平均出动一次多),用精确制导武器摧毁270多个地面固定目标。F-22战斗机和B-2轰炸机联合作战将首次形成24小时隐身作战的特点。

利用隐身飞机突防不是美国发展隐身技术的唯一目标,发展隐身技术的战略目的是粉碎苏联历时40年、耗资3000亿卢布建立的地空导弹和雷达防御系统。因为现在的技术尚不能对抗隐身,发展反隐身技术比发展隐身能力要困难100倍。反隐身要求计算机能力有很大突破,还需25年时间大量投资建设新一代计算机。所以隐身技术领先于反隐身技术至少10年。隐身技术相对于反隐身技术的这种优势,对军事安全提出挑战,对攻防战略平衡产生重大影响。
1.隐身技术和武器系统正在向更多的国家扩散

隐身飞机将改变美军作战飞机的构成。2000年空军F-117隐身飞机只占空军战斗机总数的2.5%;到2012年,如果按计划购买,F-22与F-117将占空军战斗机的22.5%。如果加上F-35"联合攻击战斗机",隐身飞机将占美军战斗机的绝大比例。尽管美国在隐身技术和武器系统方面处于领先地位,且严格保守隐身技术秘密,但德国、法国、英国等国也进行了大量隐身技术研究工作,一些武器系统已经采用了部分隐身技术,还进行过缩小比例尺的隐身武器模型试验,现在已经具有研制真正隐身飞行器的能力。俄罗斯、日本和印度也已经开始研制隐身武器。

2.隐身技术正在被移植到其它武器系统中

隐身飞机已经发展了三代,从"钻石"外形、"飞行翼"外形发展到高速高机动与隐身相结合型。现在隐身技术正在向军舰、坦克、导弹、固定设施(包括机场)、军服等领域移植和推广。许多战术导弹采用了部分隐身技术,英国"风暴影子"是除美国外最具代表性的隐身巡航导弹。美国和瑞典研制了真正隐身舰艇"海影"和"维斯比"。法国的"拉斐特"级护卫舰,德国、日本、以色列、俄罗斯等国一些舰艇也都采取了部分隐身技术。

3.隐身技术正在向更高的水平发展

这表现在隐身外形设计水平和采用新型隐身材料两个方面。现在美国利用新材料改进现有隐身飞机的维护工作,例如,现在用新材料替代B-2机身覆盖着一层极其复杂的、由300多种环氧树脂和填充物组成、通过20000多枚铆钉固定在机身上的蒙皮;还开始试验使用新的高频、用在口盖周围的磁性吸收雷达波材料材料;同时发明一种新的维修方法,维修时间缩短了5000小时,费用减少12%。美空军还正执行一项F-117"单一隐身材料结构机队"计划,用一种新的耐用材料替代原来7种隐身涂层材料,技术规程将减少50%。另一方面,各国正在研制纳米材料、手征材料、智能材料、多频谱等新的隐身材料,同时正在开发等离子体技术,企图应用等离子体发生器或涂敷适量的放射性同位素产生等离子体,吸收、耗散雷达波能量。

4.美军隐身武器系统发展的重点转向隐身无人飞行器

美军现在发展隐身技术和武器系统的重点转向隐身无人侦察飞机和无人作战飞机,如波音公司X-45无人作战飞机(UCAV)演示器;诺思罗普公司的"飞马"演示器,这是海军型无人作战飞机(UCAV-N)的缩小型。

5.利用机载电子设备和自卫武器改进现有的隐身飞机

为了提高生存能力,隐身飞机都重视采用电子设备和自卫武器。例如,F-117和B-2安装以计算机为基础的任务计划系统,使飞行员能够设计复杂的飞行路线,以避开已知的雷达。B-2轰炸机又安装了APR-50"防御管理系统"(DMS),以识别和定位敌对雷达。F-35和F-22具有能够干扰敌人电子设备的先进电子战能力。为了改变F-117和B-2无法保护自己不受空空和地空导弹攻击的问题,隐身飞机将携带防御性武器;另一项措施是利用F-22保护B-2和F-117。

6.努力降低隐身兵器的成本

隐身兵器的单价普遍很高,每架B-2隐身轰炸机平均为22亿美元,每架F-22为7100万美元,每架F-117约为7000万美元,每架F-35约为3000万美元,每架隐身无人机约为1000~2000万美元,每艘隐身潜艇约为16~30亿美元。降低隐身兵器的研制费用和维护费用已经成为是发展隐身技术必须解决的问题。美国在降低隐身飞机的全寿命费用方面创造了许多措施,例如,在研制F-35过程中,将建模与仿真技术结合到虚拟制造环境中,加上使用商用软件,可使F-35的成本降低110万美元。

7.制定使用隐身兵器的战术

随着隐身兵器数量增多,如何使它们在军事行动中发挥更大效能,已经成为有待解决的另一个问题。美空军设想组建一支由12架B-2轰炸机和两个中队(约48架)F-22战斗机组成的、能够快速部署的"全球打击特遣部队",以便在为期l~3天内,执行远距离打击行动,摧毁敌方最关键的目标,包括能够在一天之内打击40多个目标的小型空军编队。
1. 隐身技术和武器系统本身存在的问题
隐身技术改变了空战的方法,特别是隐身飞机与精确制导武器相结合大幅度提高了作战效能,改变了攻防战略平衡。发展反隐身技术和武器系统已成为重要而紧迫的任务。反隐身研究还是隐身技术发展的一种刺激和推动力量,也是检查、验证自己隐身武器性能的必不可少的手段。尽管美国对发展各种反隐身技术和能力的效费比进行的研究表明,发展反隐身技术比发展隐身能力要困难100倍,但因担心其它国家使用隐身武器攻击美国的目标,所以仍然进行了反隐身研究。

隐身技术和武器系统本身存在问题,为反隐身提供了契机

①隐身平台本身存在的问题

为了隐身,隐身平台需要在体积、重量、制造、维护等方面付出一定代价,雷达截面减缩量超过10dB时,这些代价会急剧升高,从而产生一些突出问题:为了在平台内部携带弹药,体积会增大;使用隐身材料增加了隐身平台的重量;结果,头两代隐身飞机飞行速度低(0.8马赫),机动性和可靠性差,大过载转弯时,会失速;隐身平台所用材料种类繁多,而且要求达到前所未有的工艺水平,增加了制造难度;使用雷达波吸收材料需要额外的保障、试验和评估程序,造成维护难,B-2轰炸机每飞行小时至少需要50小时维护;费用高;易受天气、空气湿度影响。

②隐身技术和武器系统作战方面的局限性

隐身武器的局限性主要集中在以下几点:

A.现用或研制中的隐身飞机都以单站雷达为对抗目标。现在的隐身飞机只能对单站雷达,很难在所有被照射的角度上都达到很小的雷达截面。F-117A正前方迎头正负30度之内雷达截面平均值为0.02平方米,但从前半球45度至侧向,其雷达截面会增加25~100倍,从上方侦察时,更容易被发现。

B.难以在整个电磁及红外频谱都保持相同的低可观测性。隐身武器目前只对厘米波雷达有效,某些米波防空雷达能引起飞机平尾或机翼边缘产生谐振,形成强烈的回波。从超高频(UHF)起,波长越长,隐身效果越差。俄罗斯研究得出的结论是,飞行器在厘米波段下的雷达截面为0.2~0.5平方米,在分米波段时为0.3~0.7平方米,在米波段时为0.5~1.0平方米。

C.隐身武器也"尺有所短"。隐身飞机飞行速度慢,体积大,攻击高度低,防护性能差,一般预先确定飞行路线,这都给包括轻武器在内的各种火器提供了打击的良机。

D.需要外部为其提供数据,有可能被截获。隐身武器总是尽可能地不发射雷达信号,需要外部为其发送数据。这就为截获这些数据,发现隐身武器提供了可能。

E.隐身飞机在投弹时打开弹舱,破坏了原有的隐身性能。隐身飞机需要打开弹舱门投弹,其雷达截面突然增大,容易暴露自己。另外,隐身飞机为了投掷激光制导炸弹,需要使用激光指示目标,也可能暴露自己。

在海湾战争中,部署在沙特的法制"猎鹰"雷达曾多次发现20千米以外飞行高度为2000~3000米、飞行速度为900~1000千米/小时的F-117A;英国一艘导弹驱逐舰上的L波段T-1022型双向对空搜索雷达在80~100千米范围内也发现过F-117A。



2. 探测隐身目标的技术和系统
隐身平台最主要的特点是难以被发现和跟踪,反隐身首先必须解决能够发现和跟踪隐身目标的问题。反隐身探测大致可分为常规的探测方法和非常规的探测方法。常规探测方法主要指雷达探测,非常规探测包括无源微波探测、光学探测和声学探测等。

①提高雷达探测能力

提高和改进雷达仍是反隐身探测的重要措施,实施的技术途径有两个:一是改进现有雷达本身的探测能力;二是研制新型雷达或使用新的探测方法。

A.超宽带雷达

冲击式雷达或无载波雷达是一种超宽带雷达,它的发射脉冲极窄,峰值功率很高、频谱分布在很宽的范围内,具有相当高的距离分辨力,能够有效对付采用雷达吸波材料和平滑外形等隐身技术的隐身目标。冲击式超宽带雷达的优势和能力有如下几点:a.测距分辨率可高达厘米量级,可以获得足够高的的分辨率。b.具有能够识别和区分各目标的重要能力。c.超宽带雷达发射的脉冲包含许多频率,因此它能够突破窄频段吸波材料的吸波效应。d.具有对单个或多个目标的高分辨率成像能力。e.具有较强的穿透植被、土壤和墙壁的能力。f.能够通过距离选通(range gating)技术抑制杂乱回波和减少多径干扰。g.具有一定对抗电子对抗的能力。

B.超视距雷达

当前飞机等隐身武器系统主要对抗频率为0.2~29GHz的厘米波雷达,超视距雷达工作波长达10米,靠谐振效应探测目标,几乎不受现有雷达波吸收材料的影响。电磁波的波长与目标的尺寸相当时,目标对它的反射最强,隐身飞机的尺寸与超视距雷达的波长相当,因此很容易被这种雷达发现。同时,超视距雷达波是经过电离层反射后照射到飞行器上的,因此它成了探测隐身武器的有力工具。国外试验表明,超视距雷达可以发现2800千米外、飞行高度150~7500米、雷达截面为0.1~0.3平方米的目标。采用了相控阵技术的超视距雷达,能在1500公里处探测到像B-2隐身轰炸机这样的目标。美军正在建造米波段的AN/FPS-118超视距预警雷达和可移动的小型战术超视距雷达。澳大利亚、俄罗斯、英国、法国、日本等也在部署超视距雷达。但超视距雷达的缺点是它提供的跟踪和位置数据不够精确。美军也在不断发展毫米波雷达技术。

C.双基地或多基地雷达

多基地雷达的发射机和接收机处在不同的地方,最简单的多基地雷达是由一部发射机和一部接收机组成的双基地雷达。多基地雷达利用目标的侧向或前向反射回波,从不同的方向上对隐身飞机进行探测,破坏了隐身武器通过减少后向反射进行隐身的目的。测试表明,利用前后向反射探测的雷达截面值比仅利用后向反射的高大约15dB。多基地雷达的发射站和接收站相对目标之间的夹角越大,就更有可能捕获到隐身目标。由于多基地雷达的接收机是被动接收,所以不会受到定向干扰和反辐射导弹的威胁。双基地雷达预计今后5~10年内可提供使用。

D.双波段雷达和多种探测装置融合

美国反隐身导弹技术的核心是频带相隔较宽的双波段雷达系统。这种雷达使用一个频率非常低的频段,探测远距离目标;使用另一个频率较高的频段,对目标进行非常精确的测量和定位。最后把融合的雷达信息与由光学和红外探测装置得到的部分数据进行综合,构成能精确确定和分析目标的多频谱系统。美军正在研制的舰载X和S双波段雷达系统,一个波段用于搜索弹道导弹,而另一个波段与远程光学和红外系统用于收集导弹的物理量,其分离情况、材料甚至其精度。

E.穿透树叶雷达

美军正在执行一项"反伪装、反隐蔽和反欺骗"计划,研制一种能够穿透树叶的机载合成孔径雷达,它采用UHF和VHF双波段,能够进行实时成像和自动探测目标。

F.机载和浮空器载雷达

隐身飞行器的隐身重点一般放在鼻锥方向±45°角范围内,机载或浮空器载探测系统,通过俯视探测,容易探测隐身目标。美空军的E-3A预警机的S波段脉冲多普勒雷达在高空巡航时可发现100千米距离以内、雷达截面为0.1~0.3平方米的目标。美海军正在研制的"钻石眼"预警机也能有效地探测隐身目标,俄罗斯、英国、印度等国都很重视发展预警机的工作。

飞艇和气球等浮空器也有可能作为反隐身平台。美国1996年批准"联合陆地攻击巡航导弹空中网络探测器"计划,这种在气球平台上载有监视雷达和跟踪照射雷达的系统能探测、跟踪、辅助拦截低空巡航导弹,可连续工作32天。Mark7-CS对流层系留气球雷达,高度3000米,采用TPS-63雷达,探测隐身巡航导弹的距离为56千米。

G.利用天基雷达探测隐身目标

美国对利用地球同步轨道卫星和低轨道卫星探测隐身目标的可行性进行了一系列的研究。

a.采用同步轨道卫星

在地球上空35786千米处一般可采用脉冲雷达探测隐身目标。根据计算,卫星需要12千瓦的功率,才能有90%的机会探测到目标。而现在卫星的功率只有5千瓦。将来需要解决功率问题,美空军在发展连续功率为20千瓦,峰值功率为50千瓦的卫星。美军还在发展"灵活毯子"太阳能电池阵列,峰值功率可达150千瓦。

b.采用低轨卫星

使用低轨卫星跟踪隐身飞机,需要的功率与距离四次方成比例,功率问题得到了解决,但又必须解决低轨卫星提供连续覆盖的问题。为了提供连续覆盖,轨道高度若为1000千米,需要32颗卫星。这些卫星放置在90度倾角的8个轨道平面中,每个轨道内有4颗间隔相同的卫星。

如果卫星的天线直径为5米,为达到90%的探测概率,探测目标只需0.78千瓦功率。卫星天线直径若达到8米,跟踪目标需要2.02千瓦功率,这都容易实现。5米和8米天线的功率图尺寸分别为61千米和38千米直径,对应覆盖面积2922和1134平方千米。对于伊拉克441839平方千米的面积,5米天线直径的卫星需要花3秒钟可将该地区扫描一遍;8米天线卫星需用时1.2秒。

由分析可见,同步轨道卫星对现在的隐身飞机有威胁,但由于功率和功率图问题,只能起预警作用,无法区分目标,不能进行跟踪。低地轨道卫星能够探测和跟踪隐身目标。

H.提高现有雷达的探测能力

可以用来改进现有雷达,提高探测隐身目标能力的先进技术包括:频率捷变技术、扩频技术、低旁瓣或旁瓣对消、窄波束、置零技术、多波束、极化变换、伪随机噪声、恒虚警电路等技术等。还可以通过功率合成技术和大时宽脉冲压缩技术,来增加雷达的发射功率。

继续增加雷达探测距离必须从提高雷达接收信号处理能力入手,力争使雷达的灵敏度提高几个数量级。可以通过采用超高频和毫米波超高速集成电路、单片集成电路技术、计算机数据处理技术、数字滤波、电荷耦合器件、声表面滤波和光学方法等先进技术来提高信号处理能力。在此基础上,再通过雷达联网来提高现有雷达的反隐身能力。

I.其它雷达探测技术

正在研究的新体制雷达还有谐波雷达,它能够接收隐身兵器所辐射的入射波谐波,但辐射能量很低,有待于进一步解决。

另一种雷达是发现隐身飞机的尾流和废气。探测从机翼和机体表面产生的翼尖旋涡与附面层产物所形成的尾流是一种可行的反隐身方法,美国国家海洋和大气局已经研制了一种探测和跟踪这种旋涡的短程雷达。仔细选择雷达频率,能够探测飞机废气形成的大气电磁"空穴"的准确位置和尺度从而探测到隐身飞机。激光雷达能够探测质点的运动,是探测发动机废气的最好选择。

②无源微波探测系统

无源探测系统本身并不发射电磁波,而仅仅依靠被动地接收其它幅射源的电磁信号对隐身目标进行跟踪和定位。按照所依靠辐射源的不同,无源探测系统分为两类:一类通过接收被探测目标幅射的电磁信号对其跟踪和定位。隐身飞机在突防的过程中,为了搜索目标、指挥联络等,必然使用机载雷达等电子设备,电子设备发出的电磁波有可能被无源雷达发现。据报导,捷克生产的" 塔玛拉"无源雷达能够探测到隐身飞机。

另一类利用电台、电视台甚至民用移动电话发射台在近地空间传输的电磁波,通过区分和处理隐身目标反射的这些电磁波的信号,探测、识别和跟踪隐身目标。此方法的优点是:第一,民用电视发射机和中继站网、移动电话发射台,在实战中被敌方攻击的可能性小;第二,接收站不以辐射方式工作且机动性强,不易对其探测和攻击,生存能力强;第三,信号源是40~400兆赫的低频、波长较长的电磁波,有利于探测隐身目标和低空目标;第四,该系统简单,尺寸小,可以安装在机动平台上;第五,该系统可以昼夜和全天候工作;第六,价格低廉。

但是,这种被动探测方法需要解决一系列技术问题,主要是必须在无线电发射机直接辐射信号背景上鉴别出很弱的目标反射信号(衰减1万~1千万倍)。此外,为测定目标角坐标需要高速测量和信号幅相特性处理设备,需要新一代超高性能信息处理机。目前美国、法国和德国正在研制这种探测技术的系统。

A.美国的"隐蔽哨兵"雷达

美国洛克希德·马丁公司研制的这种跟踪飞机、直升机、巡航导弹和弹道导弹的新型被动探测系统,称为"隐蔽哨兵"。它实际是一个无源接收站,利用商业调频无线电台和电视台发射的50~800MHz连续波信号能量,检测和跟踪监视区内的运动目标。该系统由大动态范围数字接收机、相控阵接收天线、每秒千兆次浮点运算的高性能商用并行处理器和软件等组成。大约2.5米的面阵天线安装在建筑物一侧面,能获得关于频率反射能量的精确方向。该测试系统采用标准电视接收天线,一个平面阵能覆盖105°方位,仰角50°,横向视角60°内覆盖最好。要求覆盖360°方位则需要用多个面阵,它们可共用一个处理器,但更新速率会降低。该系统的核心是所谓的"无源相干定位"技术。该系统的早期试验证明,它跟踪10m2小目标的距离可达180千米,改进后可达220千米。该系统经过改进后,最终能同时跟踪200个以上的目标,间隔分辨力为15米。

B.法国的"黑暗"雷达

法国"汤姆森-CSF"公司研制了"黑暗"探测系统,配置在巴黎市郊,它从20千米外的埃菲尔铁塔上的以及距巴黎180公里的电视发射机信号中获得目标信息。据称,该系统与典型的空间探测雷达的指标可一比高低。在接收站试验时所用的是"亚其"式波道天线(八木天线),价格不超过400法郎。该接收站将于2001~2003年进行综合试验。

C.德国的无源雷达

德国西门子集团将移动电话设施可以作为对付隐身飞机的雷达系统。该系统将移动电话基站作为"发射机",用于照射空中目标,使用手提箱大小的接收机系统截获目标反射的信号。通过计算接收到的几个基站的信号之间的相位差,就能提供飞机的位置。

③利用光学装置探测隐身目标

在导弹逼近告警中,光学探测设备占有极其重要的地位。光电告警设备角分辨率高(可达微弧量级),体积小、重量轻、成本低,且无源工作,能准确引导干扰系统(特别是激光武器)实施干扰,所以能辅助雷达告警设备,是隐身导弹告警的重要技术手段。这些光学装置也可以作为反隐身飞机的辅助手段。

目前,红外告警设备由于采用大型面阵列的区域凝视技术,目标的分辨率最高可达微弧量级,告警距离可达10~20公里。要将红外探测系统作为反隐身手段,就得提高其作用距离以及在不良天候下的使用效能。紫外告警利用波长为220~280纳米紫外波段的"太阳光谱盲区"来探测导弹的尾焰。在此波段内的太阳紫外辐射几乎被地球的臭氧层所吸收,如果能探测出紫外辐射,就可能是导弹。目前研制的第二代导弹逼近紫外告警系统是以多元或面阵器件为核心探测器,它角分辨率高,探测能力强,可对导弹进行分类识别。激光雷达有更高的分辨率、更远的作用距离和良好的抗电磁干扰能力,是反辐射导弹告警的重要技术手段,也可以用作反隐身。美国在弹道导弹防御计划中试验过激光雷达。相干多普勒激光雷达已经用于飞机尾流和大气湍流的探测和成像,但尽管可以探测到32公里处的大气运动,但战术应用还存在一些问题。美国进行的秘密研究表明,激光能有效对付目前的隐身飞机。

④声学探测

A.利用声学探测装置探测隐身飞机和导弹

为了成功地对付B-2轰炸机,要求在25~200英里(40~320千米)远处进行探测、跟踪、杀伤。为此,美军提出并分析了50种非常规概念,一些进行了详细研究分析,还进行了一些实验,其中包括对声学探测系统。

声学探测系统的基本探测装置是麦克风,由5个麦克风组成的探测器阵列可以探测8千米外的B-2轰炸机的声音,能够粗略估计信号到达的方向。每个探测器阵列将探测和方向信号传送给中央设施进行最后处理。为了保证B-2轰炸机在15分钟内(飞行240千米)处于被跟踪状态,要求"警戒线"覆盖544万平方千米地区,这需要27000个探测器阵列。此外,战术、干扰和其它设计问题也将降低该系统的效能。但这并不说明声探测系统没有用,而是说其比较复杂。

B.用声波探测潜艇和水面舰艇

目前,探测舰艇的最有效的办法仍然是使用声纳,包括主动和被动声纳。包括a.中频主动/被动声纳;b.甚低频被动拖曳式阵列声纳;c.低频主动声纳系统等。


  
3. 攻击和摧毁隐身目标的技术和措施  

目前,攻击隐身目标的研究正在向着全方位、综合运用、系统集成的方向发展,主要有两类手段,一类是干扰和欺骗隐身目标,另一类则直接将其摧毁。

①软杀伤隐身导弹的技术和手段

软杀伤和干扰隐身导弹的技术和战术包括:使用有源和无源诱铒诱骗隐身导弹;改变隐身导弹与雷达之间的传播介质,使隐身导弹难以截获跟踪目标雷达;使用激光致盲武器对隐身导弹进行软杀伤;使用人为的有源干扰,扰乱导引头上的电子设备;用有源干扰提前引爆隐身导弹引信。采用其中的一些措施攻击其它隐身武器,也应该有效。

②硬摧毁隐身武器系统的技术和手段

硬摧毁技术包括使用常规防空武器,如歼击机、防空导弹和高炮摧毁来袭隐身目标。

第一,预警机指挥下的常规战斗机,阻截隐身飞机。预警机发现和跟踪隐身目标后,指挥引导战斗机从隐身飞机的侧上方阻截(F-117侧上方的雷达截面为0.25平方米),在距隐身飞机20~30公里处打开机载雷达,搜索、发现、识别和跟踪目标,逼近隐身飞机,利用红外近距导弹或者航炮实施攻击。苏-27战斗机可在33公里处发现目标、装147-1雷达后具有下视下射能力的歼-8战斗机可以在17公里发现目标,其飞行性能和火力足以对付隐身飞机。

也可以利用自动化指挥系统纵深梯次配置的多种探测系统来引导战斗机进行交战。外层的地基警戒雷达发现隐身飞机后,在500公里纵深的防空系统,可以提供30分钟的预警时间,足以引导战斗机起飞对隐身飞机实施拦截。

红外制导导弹是对付隐身飞机和巡航导弹的关键武器。美国正在研制红外成像制导的空对空导弹AIM-9X,计划装在F-14、F-15和F-22等战斗机上,用于拦截隐身巡航导弹。

第二,运用适当的战术,使用普通战斗机打隐身飞机。普通战斗机在隐身目标前半球以45~70°航向角,在后半球以155~180°航向角,高度差2000~3000米,使用机载雷达对目标搜索最为适宜。

第三,利用定向能武器系统攻击隐身目标。包括高能激光武器和高功率微波武器。高能激光武器具有快速、灵活、精确、抗电子干扰和威力大等优点,在对付隐身武器方面具有特殊的作用。隐身兵器的大量使用吸波材料,这些材料吸收微波能量的能力强,因此高功率微波武器能使其产生高温受损。
在隐身与反隐身的对抗与反对抗的动态发展中,隐身技术的始终处于矛盾的主导方面,反隐身技术滞后于隐身技术的发展,一些专家甚至说,发展反隐身技术比发展隐身技术要难100倍。但随着诸如被动探测隐身目标等新技术的出现,这种情况将来也许会有所改变。

1.以系统的观点发展隐身与反隐身技术和武器系统

①发展隐身武器系统必须进行折中考虑

发展隐身武器,通过外形设计降低雷达特征信号所起的作用为2/3,利用隐身材料的作用只占1/3。过分追求隐身效果会影响隐身平台的性能,技术上难以实现,造成经费超支,所以必须对隐身与武器的其它性能要求统一考虑,全面权衡。否则可能象美海军的A-12隐身飞机和美空军的"三军联合防区外导弹"、"暗星"无人机计划那样,最终被取消。实际上使某种特信号适应背景和融合到背景中的价值更大。发展隐身平台,应该按顺序对以下要求进行折中:任务规划和情报、压制防空系统、特征信号控制、探测与监视与避免被探测、机(弹)载电子干扰与拖曳装置、一次性使用装置、减少易损性。

②发展隐身技术和系统的同时,需要理论、技术、管理领域同步发展

发展隐身技术和武器系统应该任务要求明确、充分利用理论研究成果、创造性地利用基础研究、建立可信赖和有进取心的企业、发展支撑技术、借鉴秘密计划管理方法。

③应把反隐身武器系统作为一个大的防空系统和隐身系统的一部分来发展

反隐身武器系统与防空系统一样,如果完成探测、跟踪和攻击这三项主要功能的每项成功概率为50%,反隐身系统或防空系统总的成功概率只有12.5%。如果希望总的成功概率为50%,那么完成每项功能的成功率必须达到80%。目前反隐身系统完成这三项功能的困难仍很大。还应该把反隐身技术和系统作为隐身系统发展的有机组成部分,相辅相成,协调发展。利用反隐身技术检验、促进和激励隐身技术和系统的发展。

2.以隐身理论指导隐身技术的发展

苏联人乌菲姆切夫撰写的 "在物理折射理论中的边缘波方法"一文,意味着第一次可以精确地预测雷达截面,开始经济地设计隐身飞机。这推动了以隐身为最主要要求的、利用理论计算和计算机辅助设计的真正隐身飞机的问世。

美国防部高级研究计划局成立了电磁码工作组(EMCC),负责审查、评估和规划雷达截面分析和计算机研究工作,选择和分发基本型软件(basiscode);组织开发新的软件包。在该工作组的组织领导下,美国先后开发了XPATCH,MIS-SCAT,ECHO,ESCORT,RECORT,CADSCAT等飞机雷达截面计算软件包。西班牙也开发了计算复杂目标雷达截面的工具,包括GRECO,TOTAL,RANURS等飞机雷达截面的计算软件包。德国也声称利用麦克斯威尔理论研究各种隐身飞机模型。

从20世纪60年代起,各国先后发展了许多评估雷达横截面的方法:如70年代以前的典型体组合;80年代精度为3dB左右的平面元法;90年代的曲面元法,计算精度可提高到1dB左右,与平面元法相比,面元数可减少一个数量级(例如,对战斗机建模,用平面元大约需10万个,用曲面元只需1万个左右),但计算处理时间要增加二个数量级;数值精确方法,包括矩量法(MOM),有限元法(FEM),有限差分时域法(FDTD)等,其特点是精度高,可以作为前述高频渐近方法的对比标准,其缺点是计算占用的内存和数据处理时间太长。

美国在雷达截面分析计算的研究和应用领域取重大成绩。例如,1993年洛克希德·马丁公司使用计算机模型,在制造前发现了F-22飞机的雷达截面缺陷;在研制"联合攻击战斗机"的过程中,利用最新的计算机辅助设计、制造工具,应用"蒙特卡罗模拟计算方法"、"6倍西格玛(6σ)准则"和"统计学过程控制技术",降低了飞机设计、生产和保障维护的成本,并使飞机获得了良好的隐身效果。美国伊利诺斯大学电磁学研究中心研制出带有128个处理器的"Origin2000"超级计算机,能够对全尺寸的飞机在8GHz下的电磁散射进行计算。其计算速度比现在最快的速度快8倍,计算过程包括1020万个未知变量。

3.发展隐身技术必须发展关键支撑技术

如前所述,发展隐身飞机需要许多关键技术支撑:电传操纵飞行控制;前视红外装置;目标跟踪器;激光指示器、中央处理器、数据总线等。

计算机技术的飞速进步,才能将雷达回波作为方位、几何形状、反射性、结构特性的函数进行复杂的多变量分析,才能使隐身技术的发展从经验型转变为依靠理论。"电传操纵"飞行控制系统应用先进计算机,控制隐身平台的飞行。隐身平台需要大容量高速计算机来制定任务计划。F-22中心处理器是专用快速反应处理器,能够用于电子战时通信信号和雷达信号的分类和处理。其中的一条通路用于互相通话,一条用于联系全球存储器,还有一条用于将探测装置的数据输送到全球存储器上。F-35联合攻击战斗机将装备现在仍在开发的特殊计算机处理器-大规模中央处理器(ICP)。F-35和F-22的设计具有用其先进雷达来干扰敌人电子设备的能力。F-35装备的有源电子扫描阵列(AESA)雷达,能探测大约145千米内的目标。F-22雷达的每一相控阵由大约1000个收发机元件组成,能探测大约200千米的目标。

4.建立雷达截面试验靶场

早在1959年,洛克希德公司就提出建造和使用雷达截面试验靶场的要求。现在,诺思罗普和洛克希德·马丁公司各建有一个靶场,波音公司建有室外和室内各一个靶场。这些靶场现在能够测量千万分之一平方米(每平方米-70分贝)的雷达截面。美波音公司正在为F-22和F-35隐身飞机发展"通用低可观测性核查系统"(CLOVerS)。它由高分辨率雷达和特征信号分析系统组成。整个系统安装在铲车底盘上,使得雷达能够围绕飞机移动,从不同倾角和方位观测飞机。英国皇家信号和雷达机构建成能够进行类似工作的世界上最大、最完整的设施。法国达索飞机公司也建设了有相当规模的靶场设施。

5.利用隐身模型进行实验

提高雷达隐身性能的一个关键方面是建造物理和数学模型。联合攻击战斗机发展商分别建造了用于试验雷达截面的"特征信号测量飞机"(SigMA)和"可支援的电磁试验飞机"。F-22隐身发展计划的雷达截面试验计划,开始时使用一个飞机进气口、一个雷达天线罩和双发动机后部模型;1999年开始试验一个高逼真的全尺寸模型。德国一直使用3/4比例飞机模型,进行隐身技术研究。后来建设了两个室内测量雷达截面的设施,可以测量尺寸达到5米,重量达1吨的模型。此外最近还建成一个室外雷达截面测量设施,可以测量重达45吨的整架飞机。

非物理模型是把注意力放在设计阶段,采用统计和预测方法,发展一个名为N点的模型。以预计敌人可能使用的频率,使用一些空间分布点散射器来代表一个复杂的目标。可以通过近似计算或处理一系列真实目标或缩小比例模型的散射来确定它们。

美军还使用使用百分之一的比例模型,研究军舰I波段的1THz(100GHz)频率下的回波。以判断竞争设计的相对优点,可以得到主要散射中心的位置和雷达截面积。

6.建立数据库

发展隐身技术和反隐身技术,必须不断搜集和积累各种武器的特征数据。例如,美建立了"海军飞机声信号数据"、"固体燃料冲压喷气发动机红外信号"、"降低Mk66火箭信号";北约建立了"海事红外目标特征信号的测量和特点"、"战术导弹特征信号建模"等数据和方法。
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