导读:隐身技术是在一定的探测环境中,通过缩减、控制目标的各种特征信号,降低其可探测性,使其难以被发现、跟踪、识别和攻击的综合性技术。实战表明,隐身技术能有效地提高武器装备的生存、突防能力和作战效能。因此,隐身技术已成为各军事强国的研究热点之一。针对不同的探测手段,隐身技术可分为雷达隐身技术、红外隐身技术、可见光隐身技术、激光隐身技术、声隐身技术和磁隐身技术等。飞行器使用隐身材料后,可在不改变目标外形、气动特性的前提下直接应用于飞机、导弹等目标,可大大减小飞行器的信号特征,降低其可探测性,从而提高其生存能力。因此,使用隐身材料是实现飞行器隐身化的重要技术途径之一。

美 国

美国属于隐身技术发展相对领先的国家,典型代表包括F-117A隐身攻击战斗机、F-22战斗机、F-35战斗机以及B-2隐身战略轰炸机。其中F-117A隐身攻击战斗机是美军首次应用的隐形战斗机。海湾战争时,F-117A隐身战斗攻击机表现出色,各国纷纷开始进行此项技术的研究。F-117A的机体表面涂覆了黑色的隐身材料,可有效避免雷达波探测,是当之无愧的“隐身杀手”。

B-2隐身战略轰炸机的外壳涂覆了一层韧性导电隐身材料,这种涂层使用寿命为五年。为了保证B-2轰炸的隐身性能,在其服役期内要进行四到五次的涂层更换。其机身表面由吸波的碳纤维蜂窝夹层结构制成。外翼的蒙皮及梁使用了碳纤维/环氧复合材料。

F-22在制作过程中就采用了相对成熟的专业化隐身技术,其复合材料占重量的26%。

其他先进武器装备如DDG-1000的舰体、阿利伯克级驱逐舰的AN / SPY-1相控阵雷达等也不同程度地应用了隐身材料。

详细情况如下:

图表:美国典型武器装备隐身材料应用情况

武器装备隐身材料种类形式详细信息F-22“猛禽战斗机F-35“闪电战斗机雷达吸波材料 结构材料 ECCOSORB GDS材料被用在猛禽战斗机的几个电子战模块上,以抑制腔谐振。联合打击战斗机F-35也应用了这种材料。爱国者防空导弹雷达吸波材料 结构材料 “爱国者”导弹特殊万向节组合件使用ECCOSORBAN / CEREAL材料来防止导弹内的后向散射。长弓阿帕奇武装直升机雷达吸波材料 结构材料 ECCOSORBMF-124材料在直升机机体一个RFIS混合组件中被用作接地垫(grounding pad)的一部分。P-3“猎户座反潜机雷达吸波材料 结构材料 ECCOSORBAN和CV进行定制配置加工,然后组装在飞机的机翼天线周围使用以防止反向散射。E2C/E2D “鹰眼预警机雷达吸波材料 结构材料 E2C/E2D “鹰眼”预警机的前端,后部,端口和右舷天线中的几个配备了ECCOSORBAN/CERSEL和定制设计的ECCOSORBFLJ微波吸收器,以减少金属部件的内部反射。THAAD-“萨德末段高空区域防御系统雷达吸波材料 结构材料 萨德系统使用了ECCOSORBBSR材料。该材料原本设计用于微波频率,但已经发现在0.010”厚度的ECCOSORBBSR-1在毫米波频率上非常有效。B-2“幽灵隐身战略轰炸机雷达吸波材料 吸波贴片 B-2轰炸机在机体表面粘贴用 RAM制成的电波吸收外皮,可以使雷达波衰减。为应对不同的雷达波,可以把几种电波吸收材料双层使用,B-2使用了四层RAM;在机体表面外皮的接头和间隙上粘贴铁氧体系 RAM 电波吸收带( MGRAM)。使用该电波吸收带时,由于机体表面没有间隙,可以减少机体总体的雷达反射截面积( RCS)。F-22“猛禽战斗机雷达吸波材料 红外隐身材料 涂料 在F-22上使用了包括RAMRASIR在内的数种特别的涂层材料其中,RAS用来防止雷达波从尖锐缘扩散,RAM用来防止雷达波从级差突起物上扩散当初计划广泛使用RAM和RAS,但因质量大幅增加,所以,F-22在维持隐身性能前提下最小限度使用RAM从空气进口及发动机叶片反射的雷达波较强而且容易被探测因此,进气道内部向上向内弯曲,也可通过在进气道表面涂布RAM使照射的雷达波衰减;F-22空气进口前缘端部利用组合复合材料和RAM制造,可以使直接射入的雷达波衰减;在发动机排气喷管的叶片上可以使用耐高温排气的耐热性陶瓷RAM,使雷达波衰减;对于太阳照射产生的热和在超声速区域的空气摩擦热,F-22可以利用在机体外板上涂布的红外线辐射涂层将其变换为红外导引头不能探测的波长释放电磁屏蔽庇护所雷达吸波材料 结构材料 ECCOSHIELD导电材料目前正用于美国军方和国外的射频战术庇护所和围墙的密封。AN / SPY-1相控阵雷达雷达吸波材料 结构材料 多种ECCOSORB橡胶应用在了AN/SPY-1相控阵天线上。该阵列是被动电子扫描系统,它是美国海军宙斯盾战斗系统的关键组成部分,安装该雷达的包括提康德罗加号导弹巡洋舰(CG-47)、阿利伯克号驱逐舰(DDG-51)。此外,ECCOSHIELD导电填缝化合物如VY和VY-81也已被用于拉塞尔号驱逐舰(DDG-59)和其他类似的舰船以掩蔽敏感电子产品。朱姆沃尔特级(DDG-XXXX驱逐舰雷达吸波材料 结构材料 ECCOSORBBSR目前正在被评估能否用于双频雷达系统的发射/接收模块区域。另一个应用涉及多功能桅杆(MFM),它是导弹驱逐舰上最顶层的天线,在UHF和VHF范围内以5种分类频率工作。由雷神的工程师进行采样和测试后,最终选择了ECCOSORBMCS/SS6M用在此处,因为它的低于1GHz的宽带吸收特性。全部30件大约750英寸厚,重55磅的6个拐角和24个中段由ECCOSORBMCS模制,并以上述配置封装在MFM周围的Raydel中。

俄罗斯

俄罗斯的等离子体隐身技术处于世界领先水平。俄罗斯在20世纪80年代初就重点对高空超音速飞行器采用等离子体隐身技术进行了实验,现在俄罗斯克尔德什研究中心已开发研制出第二代等离子体隐身产品。其第一代等离子体隐身技术产品是厚度为0.5~0.7mm、电压几千伏、电流零点几毫安的等离子发生片。该发生片可贴在飞行器的强散射部位,以减弱电磁波,改变信号长度。其第二代等离子体隐身技术产品为等离子体发生器,在等离子发生器里加入了易电离的气体。它除具备第一代隐身系统的功能外,还能向敌人发出假信号,使敌人判断错误。这两代等离子体隐身技术产品已进行了成功实验,并获准出口。

目前俄罗斯正在研制第三代等离子体隐身系统。据预测,该隐身系统可能利用飞行器周围的静电能量来减小飞行器的截面积。此外值得一提的是等离子体隐身技术的研制和装备费用都十分低廉,这对于降低研制和装备费用是十分有利的。

图表:俄罗斯典型武器装备隐身材料应用情况

武器装备隐身材料种类形式详细信息PAK FAT-50战斗机超材料 未知 俄罗斯第五代战机PAK FA(T-50)使用超材料增加其在电磁及光波波段的隐身特性3M25“流星”高超音速战略巡航导弹等离子体吸波系统 等离子发生装置 3M25的等离子隐身系统是一种电子束发射装置,装在进气道附近,在遇到威胁时产生等离子,吸收雷达波。等离子的电力由导弹发动机供应。3M25导弹本来已准备投产,用在667AM型“扬基”II级弹道导弹核潜艇上,但后来因美苏削减战略武器条约生效而使项目中止。3M25使用的等离子隐身系统与传闻中用于战斗机的等离子隐身系统,都是由克尔德什研究中心研制的Kh-555低可探测性战略空射巡航导弹Kh-101隐身巡航导弹雷达吸波材料 结构/涂层 Kh-555导弹采用先进的复合材料制作弹体,Kh-555巡航导弹长6米,重量1.5吨,使用了雷达吸波涂层和吸波材料等新的隐形技术,雷达反射截面积只有0.01平方米; Kh-101具有新设计的外形和雷达吸波材料覆盖,使雷达更困难发现它。据报道,Kh-101巡航导弹从2013年开始进入俄空军服役,2015年,俄空军在空袭叙利亚IS恐怖分子时首次使用了该导弹

欧洲国家

英、法、德等欧洲国家虽然在战斗机的隐身上少有建树,但其海军和陆军装备的隐身材料技术却领先世界。以下介绍几种代表性武器装备隐身材料的应用情况:

图表:欧洲典型武器装备隐身材料应用情况

武器装备隐身材料种类形式详细信息拉斐特级护卫舰雷达吸波材料 屏蔽网 法国的"拉斐特"级护卫舰的特点是,它的常规甲板装备罩有旨在减少雷达有效反射面积的异形板。对于比较开放的空间,采用一个钢丝网屏蔽遮蔽起来,防止从这些部位发出雷达反射波;艉部桅杆上也装有钢丝屏蔽,舰艉的"响尾蛇"地对空导弹发射装置也装有雷达回波屏蔽板。STRV-122主战坦克视觉隐身材料 多光谱隐身 伪装层 瑞典版的豹2A5——STRV-122,堪称豹2系中最先进、防护能力最强的版本。装备了Barracuda公司的移动伪装防护系统。使用了移动伪装系统后,行使中的车辆便可以减少被一系列检测技术检测到的可能性。目前,这是军用陆地车辆能够使用和部署的最具隐形性的伪装外套。M1A2主战坦克2A7主战坦克视觉隐身材料 多光谱隐身 伪装层 2015年,美军决定采用瑞典SAAB公司的移动伪装系统Mobile Camouflage System (MCS),由多个网络信息源显示,美军计划用MCS来装配M1A2主战坦克。此前,德国已经在豹2A7主战坦克上也采用了Barracuda MCS,其他北约国家如丹麦和加拿大在阿富汗战场的豹2坦克上使用Barracuda MCS。Ajax装甲战斗车辆视觉隐身材料 多光谱隐身 伪装层 2015年,SAAB公司宣布,英国陆军的阿贾克斯(Ajax)装甲战斗车将安装其生产的城市作战移动伪装系统。生产Ajax装甲战斗车的英国通用动力(General Dynamics UK)将在2022年前交付完这些车辆。

其他国家

中东国家之中,以色列军事实力最为强大。以色列人设计的“梅卡瓦”主战坦克算得上是当今世界上最具活力、最有特色的主战坦克。从1978年“梅卡瓦”坦克装备以色列军队以来,它亲历了巴以爆发的多次冲突,而且在这期间,从“梅卡瓦”1到“梅卡瓦”4发展了四代。新型的梅卡瓦坦克一直由以色列本国的Fibrotex公司提供伪装衣。

而作为美国盟友的澳大利亚,陆军主战坦克选择了M1A1艾布拉姆斯坦克,同美军一样,选择与瑞典萨博公司合作来对坦克隐身进行改造升级。

印度研制的多款新型武器,如布拉莫斯巡航导弹、AMCA战斗机、辉光无人机等,虽然得到了国外公司的大量帮助,但是在隐身材料方面都采用了本土研制产品。

日本在隐身材料领域的研究较多,但由于种种原因,其应用的相关报道很少。目前可靠的应用对象仅为正在研发中的心神战斗机。

图表:其他国家典型武器装备隐身材料应用情况

国家武器装备隐身材料种类形式详细信息以色列梅卡瓦4 主战坦克 视觉隐身材料 多光谱隐身 伪装衣 2012年,Fibrotex公司就为梅卡瓦4主战坦克研制过一款多光谱伪装伪装服,可轻松挂在坦克外表实现视觉隐身,以提高坦克作战能力。为此,以色列国防军在部分梅卡瓦4主战坦克上进行试用,并投入到战斗中,取得较好的实战效果;2016年,Fibrotex公司再次曝光一款伪装系统,这次曝光的伪装系统应该算是Fibrotex公司研制的第二代多光谱伪装衣,在第一代基础上,并收集总结了大量实战经验后研制而成。该伪装材料外表面是由特殊材料制成,拥有沙色和浅棕色迷彩图案。澳大利亚

M1A1 主战坦克 视觉隐身材料 多光谱隐身 伪装层 澳军M1A1坦克装配了制造的世界上首个多光谱伪装系统——“梭鱼”。该项特殊伪装系统可以大幅减少战车的视觉、近红外、热红外以及雷达信息。澳军这套系统由萨博公司为其研发设计。印度

“辉光” 无人机 雷达吸波材料 涂层 “辉光”无人机运用隐身了材料和涂层。“辉光”的飞翼布局、弯曲进气道、飞控和雷达吸波涂层都是由印度本国设计或研制的。但法国达索飞机制造公司和瑞典萨伯集团都已为DRDO的无人机项目提供了协助,英国BAE系统公司也单独提供了另外的协助。这些公司提供的协助可能涉及到“辉光”UCAV。印度

“什瓦利克”号 隐形护卫舰 雷达吸波材料 结构 “什瓦利克”号浅灰色涂装的舰艇糅合法国和俄罗斯的隐形设计思想,采用平滑外表面,精心设计上层建筑,并选择吸波复合材料减小雷达反射面,据称隐形效果比印度从俄罗斯购买的“塔尔瓦”级隐形护卫舰更好。

隐身材料发展趋势

当前,武器装备的发展呈现出“精确化、隐身化、信息化”的特点,世界各军事强国均投入了大量财力物力发展隐身技术,从国内外当前研究热点来看,隐身材料有如下几个重点的发展方向。

实用化——为保障飞行器隐身性能,其所用隐身材料,特别是隐身涂层的施工、维护十分重要。如B-2隐身轰炸机早期所用隐身涂层,每次飞行后,都需要对其表面进行掉屑、划伤和腐蚀等检查,且在两次飞行之间必须对损坏的蒙皮进行修理,导致其每飞行小时至少需要50h维护,维护效率低、成本高,大大影响了作战效能。因此美国在研发和提高隐身材料性能的同时,对隐身材料的实用化也进行了大量研究,包括飞机用隐身涂层喷涂、修补、去除以及现场性能检测等工艺技术。美国专门制订计划重点解决涂层快速固化工艺、耐高温、维护性以及隐身性能无损评估等问题,研制的隐身涂料自动喷涂系统已投入使用。研发的涂层绿色去除工艺技术,如“麦粉晶”、“高压水射流”、“激光剥离”等,缩短了维修时间,避免对部件的腐蚀损伤。近年来,美国开发了一种由机器人喷涂的替代性高频材料(AHFM),用于替代B-2上原先为填补飞机外表面缺陷所使用的3000多英尺吸波带(如维护口盖附近的吸波带),从而极大地简化了B-2的维护工作,使维护时间从数天减至数小时。

轻质化——降低质量可以增加飞行器射程和提高有效载荷,相对于其他武器装备而言,质量轻量化对于飞行器而言意义更为重大,因此轻质隐身材料一直是其发展的主题和重点。

多频谱——战场探测系统的多频段性对隐身材料提出了多频段兼容的要求。从20世纪80年代以来,国外就开展这方面的研究,并陆续取得了一些成果。据报道,F-117A采用了一种加有改性碳分子的涂层,不仅可以吸波,还能抑制3~5μm及8~12μm红外波的辐射;美国已在其战略导弹弹头上采用了雷达/红外多频谱隐身材料,用于弹头的中段和再入初期隐身;俄罗斯的“白杨-M”弹头采用了吸收雷达波和降低红外特征的材料,实现了雷达隐身与红外隐身一体化。

多功能——战场环境复杂多变,武器系统除面临探测威胁外,还可能面临各种高温、核等恶劣环境。因此,对单一隐身涂层提出了多功能的要求,如隐身-防热、隐身-抗核加固、隐身-抗激光加固等。国外的多功能材料研究始于20世纪70年代,如美国研究了防热、隐身、抗核一体化的功能防热材料,近年来的国际交流中也发现俄方在多功能隐身材料上开展了很多的研究工作,并已在弹头上得到应用。

智能化——智能隐身材料是新一代的隐身材料技术,具有感知、信息处理,自我指令并对环境信号作出最佳响应的功能,为实现武器系统的智能隐身提供了可能,具有重大的军事应用价值。智能隐身材料由于其在军事领域的重大应用潜力,各军事大国均不惜投入巨资对其进行大规模的研究开发。国外在电致变色、电致变发射率、动态自适应吸波材料等材料体系开发、材料的各项性能参数、机理研究和系统整合方面进行了深入的研究,取得了明显的进展。

耐高温——超声速巡航飞行器飞行过程中,弹体外表面热平衡温度达到600℃以上,用于弹体外表面的隐身材料必须具有耐高温、防热、隔热功能,因此研制耐高温隐身材料尤为重要和急迫,也是后续飞行器隐身材料发展的主要方向之一。

主要参考资料

[1].隐身材料的现状及发展趋势

[2].印隐形战舰首访中国展示介入亚太雄心

[3].印度披露新型隐身无人机细节配内置弹舱

[4].当今陆战之王,美国M1艾布拉姆斯系列主战坦克

[5].给飞机穿上隐身衣——等离子体隐身技术