隱身技術(shù)發(fā)展歷程

隱身技術(shù)是對目標的特征信號進行有效控制或抑制的技術(shù)，也稱低可觀測技術(shù)（LO技術(shù)）。隱身的根本目的就是降低目標的可探測性，以提高目標的生存能力，從而提高目標的綜合作戰(zhàn)效能。目標的可探測性通常指武器系統(tǒng)的輻射能量被防御武器系統(tǒng)探測、捕獲、跟蹤，并用于將導彈導向目標。這些輻射特征包括雷達、紅外、光學和聲響特征等，還包括偶然和必然的電磁輻射。目前各種武器平臺針對探測器可能出現(xiàn)的可探測頻譜及目標特征信號如下圖所示。

對飛行器而言，其面臨的探測威脅主要由雷達、紅外等。飛行器的隱身設計是個“木桶效應”，如只重視雷達隱身，性能要求提的非常高，紅外隱身性能沒有提出要求或相對較差，將導致紅外探測器很早發(fā)現(xiàn)目標。

隱身的概念是在不讓敵軍發(fā)現(xiàn)友軍存在的情況下進行行動或隱藏。這個概念首先是通過偽裝來探索的，以使物體的外觀融入視覺背景。偽裝自古就為兵家所重視�！秾O子兵法》指出:“兵者，道也。故能而示之不能，用而示之不用，近而示之遠，遠而示之近。”這是關(guān)于在戰(zhàn)爭中如何運用偽裝的最早論述。
追根溯源，現(xiàn)代隱身技術(shù)首先應用于航空領(lǐng)域。1913 年，美國作戰(zhàn)部進行了幾次研究試驗，打算用以評價建造一種用肉眼看不到的飛機的可行性，飛機機翼用“一種部分為賽璐璐的半透明材料”制造。1914 年，《飛機雜志》報道過類似的試驗。“只有機體隱約可見。隱約的機體以及馬達、飛行員和乘員展現(xiàn)的輪廓如此之小，以至在今天飛機的飛行速度下，槍炮要精確地瞄準幾乎變得不可能了�！钡谝淮问澜绱髴�(zhàn)期間，德國人嘗試使用Cellon（醋酸纖維素）這種透明覆蓋材料，試圖降低軍用飛機的能見度。�？� E.III Eindecker單翼戰(zhàn)斗機、Albatros CI兩座觀察雙翼飛機和Linke-Hofmann RI原型重型轟炸機的均采用Cellon進行覆蓋。設計師希望穿過透明外蒙皮的光線將使德國飛機在遠距離上幾乎無法察覺。早期的測試表明，這種革命性的透明材料實際使飛機更加可見——蒙皮的光學特性反射了陽光。此外，這種透明材料還被發(fā)現(xiàn)會因陽光和飛行中溫度變化而迅速降解，該項目被無限期擱置。Cellon覆蓋的�？藛我盹w機如下圖所示。

有趣的是，同時期俄羅斯空軍工程學院的設計師尼古拉·茹科夫斯基也設計了一種“隱形” 雅科夫列夫 AIR-3單翼飛機（如下圖所示），也采用透明蒙皮。雖然這種材料為飛行員提供了更廣闊的視野，但工程師發(fā)現(xiàn)閃亮涂層的反射使飛機在明亮的日光條件下高度可見。


1916年，英國改裝了一艘小型SS級飛艇，用于對西線德軍防線進行夜間偵察。該飛行器配備了靜音發(fā)動機和黑色氣囊，從地面上看去既看不見又聽不見，但在德國控制的領(lǐng)土上空進行的幾次夜間飛行幾乎沒有產(chǎn)生任何有用的情報，因此這個想法被放棄了。

隨著第二次世界大戰(zhàn)雷達的出現(xiàn)，設計一種革命性的雷達技術(shù)無法探測到的戰(zhàn)機競賽開始了。英國飛機設計師憑借德哈維蘭 DH.98 蚊式戰(zhàn)斗機（如下圖）取得了早期領(lǐng)先。這款雙引擎戰(zhàn)斗機于 1941 年推出，其機身由雷達吸收膠合板制成。雖然從一開始就沒有專門設計為隱形的，但該飛機的低特征以及近 600 公里/小時的最高速度使其成為雷達操作員難以跟蹤的目標。

第一架為躲避雷達而設計的飛機為德國的Horten Ho-229（如下圖所示），它是由德國空軍一個絕密計劃研制的，其外形與 B-2隱身飛機頗相似。從噴氣轟炸機革命性的扁平飛翼設計、沒有垂直尾翼到木框鑲板和木炭膠涂層，一切都據(jù)說是為了使盟軍傳感器無法檢測到飛機而設計的。盡管Ho-229于1944 年 3 月首次飛上天空，并立即獲得40 架的訂購計劃，但在第三帝國崩潰之前只生產(chǎn)了三架。戰(zhàn)爭結(jié)束時，美國特工意識到這種全新飛機的存在，立即沖進德國市中心，在原型機被蘇聯(lián)俘獲之前將其走私出去。戰(zhàn)后數(shù)十年，諾斯羅普的工程師據(jù)說研究了幸存的 Ho-229，它的設計為B-2 隱形轟炸機的開發(fā)提供了信息。


第二次世界大戰(zhàn)期間，德國在其潛艇的通氣管上涂上了雷達吸收涂料，以使其不易被盟軍反潛飛機攜帶的雷達發(fā)現(xiàn)。德軍設計飛翼式噴氣試驗機和在潛艇上使用吸波材料，是今天雷達隱身技術(shù)中隱身外形和隱身材料技術(shù)的首次應用，這些都是早期的隱身技術(shù)的運用。
1945年美國研制出RADAR含鐵吸水涂料。它能夠使飛機減少雷達反射，但很重；這種被稱為 MX-410的材料的多層涂層可能會使飛機變得笨重，甚至太重而無法飛行。然而，隱形發(fā)展在戰(zhàn)后幾年仍在繼續(xù)。特別是這段時期杰克·諾斯羅普 (Jack Northrop) 設計了YB-49 飛機（如下圖所示），它具有光滑的表面和圓形邊緣，但沒有尾翼。在雷達屏幕上產(chǎn)生的圖像相對較小，但當時并沒有引起太大興趣，YB-49 于 1949 年被取消。

在 20 世紀 60 年代，一篇不起眼的論文《衍射物理理論中的邊緣波方法》（Method of Edge Waves in the Physical Theory of Diffraction）中，俄羅斯物理學家彼得·烏菲姆采夫 (Pyotr Ufimtsev) 提出一個模型，用于預測電磁波（例如雷達）在2D 和 3D 表面如何散射，該模型可以計算從平坦表面反射的電磁波并用于估計雷達的回波。該論文提出的創(chuàng)新的方程式以預測幾何形狀的雷達反射率，后來被美國人稱之為“帶來隱身技術(shù)突破的魔法石”。他的發(fā)現(xiàn)被所有人忽視，包括俄羅斯人。直到美國國防承包商洛克希德公司注意到這一點并將他的作品翻譯成英文，該理論在美國隱形飛機 F-117 和 B-2 的設計中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。烏菲姆采夫的工作成為現(xiàn)代隱形技術(shù)的基礎(chǔ)，他也被稱為俄羅斯隱形技術(shù)之父。


20世紀60年代，世界各國開始部署綜合防空系統(tǒng)。地基和空基雷達與指揮控制系統(tǒng)相連，指揮控制系統(tǒng)反過來可以向地對空導彈連和空軍基地發(fā)出戰(zhàn)斗機準備起飛的命令。在越南、中東和西歐，這種緊密的整合有望摧毀任何試圖突破的轟炸機部隊。盡管美式飛機擁有逼近極限的飛行性能和強大的電子對抗措施，仍然在越南和中東戰(zhàn)場上吃盡了薩姆-2、米格-21的苦頭。

在采用降低特征信號以提高飛機生存能力的強烈需求推動下，提出了研制以降低雷達截面為主要目標的、實用的、真正的隱身飛機的要求。為此美國航空工業(yè)從70年代開始秘密研究“隱身”設計，依靠機體的特殊外形偏轉(zhuǎn)或者吸收入射雷達波，盡量降低雷達反射信號的強度，進而大幅降低敵方雷達的截獲概率和探測距離，從源頭上降低導彈的攔截效能。最初的研發(fā)團隊沒有洛克希德公司，該公司領(lǐng)導層從五角大樓探聽到隱身計劃的消息后正式向DARPA提出要參與項目，中情局也批準“臭鼬工廠”可以和DARPA討論“黑鳥”項目所涉及的隱身技術(shù)。DARPA最初拒絕了洛克希德的請求，因為項目資金不足，在多次交涉后洛克希德終于被批準自費入局。差不多在同一時間，正在研究隱身設計問題的“臭鼬工廠”數(shù)學家和雷達專家Denys Overholser碰巧從資料庫中翻出一份彼得·烏菲姆采夫被埋沒多年的論文《物理衍射理論中的邊緣波行為》，當時美國空軍外國技術(shù)部剛剛把它翻譯成英文。當時，蘇聯(lián)沒有超級計算機能力來求解文章中提到的方程。洛克希德公司在計算機模擬中應用了這一點，設計了一種新穎的形狀，他們稱之為“無望鉆石”（這個名字來自世界上現(xiàn)存最大的藍色鉆石 “Hope Diamond - 希望鉆石”，因為實在不像能飛起來的樣子而被說了反話），由“臭鼬工廠”時任董事長本·里奇設計。

最終帶資入組的洛克希德公司笑到最后，贏得了合同，在此基礎(chǔ)上研制了世界第一款全隱身技術(shù)的戰(zhàn)機F-117A，也即第一代隱身飛機。1989 年 12 月，美國將 F-117 戰(zhàn)斗機投入到入侵巴拿馬的實戰(zhàn)中，引起了世人的廣泛關(guān)注。1991年1月，F(xiàn)-117 在海灣戰(zhàn)爭中雄風再現(xiàn)、名聲大震，為隱身技術(shù)榮登寶座提供了難得的機遇。美國在海灣部署了43架F-117A隱身飛機，出動了1270 架次，攻擊了伊拉克40%的戰(zhàn)略目標。


美國空軍1981年開始發(fā)展第二代隱身飛機-B-2隱身轟炸機的研制。B-2 隱身轟炸機作為一種世界上最先進的、具備全球作戰(zhàn)能力的極其有力的武器，自1995年試飛圓滿結(jié)束以后已于1997 年在美國空軍投入使用。2000年有21架B-2飛機進入服役狀態(tài)。

美國的三代隱身飛機的特點和雷達截面大小如下圖所示。

此外F-16CF/A-18C/DB-1B 等也采用了部分隱身技術(shù)隱身技術(shù)還推廣到各種導彈直升機無人機水面艦艇當中。潛艇的噪聲以每10年降低10~20dB 的度下降世界上最好的核潛艇的噪聲已經(jīng)降低到90~100dB低于海洋環(huán)境噪聲。在第一、第二代隱身飛機多次參加軍事行動并取得顯著戰(zhàn)果后，20 世紀90 年代，美國開始研制第三代隱身飛機。同時，隱身技術(shù)開始向?qū)�彈、艦艇、直升機、戰(zhàn)車，甚至彈藥、地面設備等領(lǐng)域推廣和移植。美國空軍于 20 世紀80年代開始設計F-22“猛禽”戰(zhàn)斗機，1993 年開始研制“聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機”它們都屬于第三代隱身飛機。


據(jù)報道，美國空軍發(fā)布了一份針對下一代隱身戰(zhàn)斗機（NGAD）平臺的工程與制造開發(fā)合同的招標書，計劃將于2024年正式授予合同。該項目將用一種與無人機并肩作戰(zhàn)的戰(zhàn)斗機取代洛克希德·馬丁公司的F-22“猛禽”第五代隱身戰(zhàn)斗機。NGAD戰(zhàn)斗機將使反空中任務同時具備打擊空中和地面威脅的能力，以實現(xiàn)空中優(yōu)勢并支援聯(lián)合部隊。NGAD配備了“太赫茲”反隱身雷達，具備更強的抗干擾能力和更高的探測精度，能夠在敵軍武器裝備釋放干擾彈、煙霧的情況下，也準確地偵測到目標，對隱身目標的探測能力也非常強。動力系統(tǒng)從它的尾部噴口更加扁平可以看出來其采用的是變循環(huán)發(fā)動機，相比美國標準第四代航空發(fā)動機，耗油率降低25%。再加上（NGAD）采用無尾翼布局，沒有垂尾產(chǎn)生額外氣動阻力，燃油效率可進一步提升，同等條件下，航程能夠提升35%以上。

此外，在艦艇方面，世界各國為降低大型水面艦船目標特征投入了相當?shù)馁Y源，研究了大量艦船目標特征控制技術(shù)，原理上采用了與飛行器相類似的隱身技術(shù)，主要包括：如雷達外形整形、雷達吸波材料技術(shù)等，在業(yè)界稱為“小水線面雙體船型”“單體穿浪內(nèi)傾船型”“內(nèi)置式垂直發(fā)射武器系統(tǒng)”“綜合桅桿(天線) 技術(shù)”等。在紅外隱身方面，主要有：艦船發(fā)動機排氣系統(tǒng)紅外抑制器技術(shù)、艦艇表面水霧噴淋降溫紅外抑制技術(shù)等。其中最著名的應用是美國的“朱姆沃爾特”級驅(qū)逐艦 DDG -1000，革命性的外形設計和新技術(shù)的大量使用使其可能成為未來大型艦船隱身設計的標桿。但也是因為新技術(shù)應用太多，造價昂貴、研制進度拖后。

隱身技術(shù)涉及到多個學科的理論和基礎(chǔ)技術(shù)，除了電磁學、熱力學、光學和聲學等直接相關(guān)的學科外，還涉及流體力學、結(jié)構(gòu)力學、材料、化學、高分子、通信、目標特性特征分析及測量技術(shù)等。隱身設計要求的貫徹與隱身技術(shù)應用在飛行器研究和研制中面臨著許多的挑戰(zhàn)，包括多種隱身基礎(chǔ)理論、技術(shù)途徑、技術(shù)要求的制訂、綜合設計以及與武器平臺其他性能要求的系統(tǒng)綜合，還包括工程開發(fā)、工藝實現(xiàn)、裝備實踐、工程師的認識和用戶習慣等大量的工程應用問題。告訴大家一個好消息，近期將舉辦“電磁隱身結(jié)構(gòu)設計和寬帶耐大功率透波技術(shù)研討會”，具體通知如下。




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