雷達隱身與反隱身

陳　鯨　闞　南

現代隱身技術是在20世紀50年代末才逐漸形成的高新技術。它與火箭技術、原子彈與氫彈技術并稱為20世紀三大軍事技術，是探測技術發(fā)展史上的重要里程碑。隱身技術作為提高武器系統(tǒng)生存、突防，尤其是縱深打擊能力的有效手段，已經成為集陸、海、空、天、電磁五維一體的立體化現代戰(zhàn)爭中最重要、最有效的突防戰(zhàn)術技術手段，并受到世界各國的高度重視。另一方面，隱身技術的迅速發(fā)展也對戰(zhàn)略和戰(zhàn)術防御系統(tǒng)提出了嚴峻挑戰(zhàn)，迫使人們考慮如何摧毀隱身兵器并研究反隱身技術。帶著諸多疑問，本刊記者走訪了總參某研究所高級工程師陳鯨院士。

雷達隱身為主導

記者(以下簡稱記)：針對探測技術而言，隱身武器主要可分為：雷達隱身武器、紅外隱身武器、聲隱身武器和視頻隱身武器。由于雷達是當前探測目標的最可靠手段，因此隱身技術是以目標的雷達特征信號控制為重點。雷達目標特征信號控制技術的核心是什么?是如何實現的?

陳鯨院士(以下簡稱陳)：簡單說，核心就是降低雷達散射截面(RCS)。要想實現降低RCS，其技術途徑主要包括外形技術、雷達吸波材料技術(RAM)和等離子體技術等。

外形隱身技術難度較大，容易使目標的結構性能劣化，而采用隱身材料技術相對簡單易行。

記：隱身材料的特點是什么?優(yōu)勢體現在哪些方面?

陳：由于隱身涂料具有很多優(yōu)點，如使用方便，適宜現場及在野戰(zhàn)條件下對武器裝備實施快速偽裝隱身；對武器裝備的外形不需作任何的改動，對設計不提要求，適宜在現有裝備上推廣使用。還可制成隱身網或隱身罩等，適宜在工事、機庫、隱蔽所推廣應用等。因而隱身涂料在現代隱身技術中具有廣闊的發(fā)展前景。其中，RAM技術是隱身涂料的重要組成部分。

RAM按其應用形式可分為結構型RAM和涂覆型RAM。結構型RAM通常是將吸收劑分散在特種纖維(如玻璃纖維、石英纖維等)增強的結構材料中所形成的結構復合材料，其典型特點是既具有好的承載能力又可減小目標RCS。涂覆型RAM是將吸收劑與粘結劑混合后涂覆于目標表面形成吸波涂層。涂覆型RAM以其涂覆方便靈活、可調節(jié)、吸收性能好等優(yōu)點而受到世界許多國家的重視，幾乎所有隱身武器系統(tǒng)上都使用了涂覆型RAM。

RAM實質上是一種高分子復合涂料。它是以高分子溶液或乳液為基料，把吸波劑和其它附加成分分散加入其中而制成，或者高分子溶液(或乳液)本身具有吸波功能。RAM技術是指利用雷達吸波材料吸收、衰減入射的電磁波，并將其電磁能轉換為熱能而耗散掉或使電磁波因干涉而消失的技術。

記：據國外資料介紹，新的RAM、新的吸波機理的研究與開發(fā)日益受到世界各國的高度重視。納米材料，手征性材料，智能材料、多頻譜RAM等新型RAM的研究已在世界范圍內得到展開。請您介紹一下這幾種新型RAM的情況?

陳：隨著未來戰(zhàn)場的作戰(zhàn)環(huán)境日趨惡劣和隱身技術研究的不斷深化拓廣，現代RAM需要從其吸波性能、帶寬特性、重量、環(huán)境適應性等方面進行改進，這方面的研究也已在世界很多國家展開，并已初見成效。

納米材料是指材料組分的特征尺寸處于納米量級(1～100毫微米)的材料，獨特的結構使其具有量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應、小尺寸和界面效應，從而呈現出奇特的電磁、光熱以及化學等特性，已受到美、德、日本等國的高度重視。

目前，被稱作“超黑色”納米材料的雷達吸收波率高達99％。法國最近研制成一種寬頻微波吸收涂層，其厚度約為8毫微米，磁導率的實部與虛部在0.1～18吉赫茲頻率范圍內均大于6，與粘接劑復合而成的RAM的電阻率大于5歐·厘米，在50兆赫茲～50吉赫茲頻率范圍內吸波性能較好。

手征性吸波材料又稱旋波材料，是一種新的電磁吸波材料。電磁波入射到旋波介質中產生由于電場變化而引起的電偶極矩，導致電磁波在旋波介質中的傳播特性發(fā)生改變，從而改變旋波介質的電磁性能及吸波性能。與其它RAM相比，手征性吸波材料具有易調整參數及易拓寬頻帶的優(yōu)勢。但由于這種材料的研究尚處于初始階段，還有很多技術難點有待于突破，因此目前還不能用于實際中。

智能RAM是一種同時具備感知功能、信息處理功能、自我指令控制并對信號作出最佳響應功能的材料系統(tǒng)／結構。目前這種新興的RAM已在隱身飛行器設計中得到越來越廣泛的應用。同時，它根據外界環(huán)境變化調節(jié)自身結構和性能，并對環(huán)境做出最佳響應的特點，也為RAM的設計提供了一種全新的思路。它將使“智能”隱身目標的實現成為可能。

在不久的將來，RAM領域將是集吸收米波、厘米波、毫米波以及紅外、激光等多波段電磁波于一體的多頻譜RAM的天下，只具有單一固定吸波頻段的雷達吸波材料將會失去用武之地。這也是吸波材料發(fā)展的總趨勢。涂覆型RAM和結構型RAM兩者結合使用可望加大武器系統(tǒng)的隱身效果，拓寬吸波頻帶。如美國的F-22隱身戰(zhàn)斗機和法國的“阿帕奇”(Apache)隱身巡航導彈的彈體，通過將用來吸收高頻波的涂覆型RAM涂于用來吸收低頻波的結構型RAM的表面而使得吸波頻帶得以拓展。

記：據報道，俄羅斯在等離子體雷達隱身技術方面領先于美國，他們已經研制出兩代等離子體設備，目前正在研制第三代。請您介紹一下等離子體隱身的研究和發(fā)展情況?

陳：等離子體技術是一種近幾年才開始發(fā)展的新興隱身手段。所謂等離子體，就是氣體在某種外在因素如高超聲速飛行器的激波；核爆炸、噴氣式飛機的射流以及放射性同位素的射線等的激發(fā)下，電離生成數密度近似相等的自由電子、正離子和少量負離子而形成的第四態(tài)物質。理論研究和實驗結果表明，等離子體對雷達波具有十分顯著的吸收、耗散效果。

美、俄兩國早在20世紀60年代就已開始注意到飛行器周圍激波產生的等離子體所起的作用，并通過風洞試驗做過一些探索性研究。目前已獲得兩種典型的能有效地產生等離子體包層的方法：一是應用等離子體發(fā)生器。該方法的優(yōu)點是武器結構不用改變，使用方便且隱身效果很好，缺點是等離子體發(fā)生器安裝部位的隱身化存在困難，而且發(fā)生器的電源功率大小受到限制。二是在飛行器的特定部位涂適量的放射性同位素。該方法的技術難點是放射性同位素輻射劑量的難控制性。劑量過小，則由它所產生的d射線不能產生密度和厚度足量的電子；劑量過大，則會由于雷達波來到達飛行器表面時就在包層中具有臨界電子密度的位置反射回去。

等離子體技術可作為一種全新的隱身技術，由于它不涉及飛行器本身的空氣動力特性、可隱身性以及實際應用方面的廉價性，尤其是對于現役武器系統(tǒng)的易隱身改造化等一系列優(yōu)點，使得它得到世界很多國家的高度重視。除俄羅斯外，世界其他國家也逐漸開始涉足這方面的研究和應用工作。

反隱身從弱點入手

記：隱身技術的飛速發(fā)展和應用，使得武器設計者們不得不同時也思考著如何反隱身。我們可以通過哪些手段實現反隱身呢?

陳：探索或研究反隱身技術，首先要從當前隱身技術的局限性或明顯弱點入手。目前的隱身技術主要有兩方面的技術局限。

第一，現役或在研隱身飛機均基于以單基雷達為對抗目標。當前正在使用的雷達絕大多數是單基雷達，它的接收天線和發(fā)射天線靠得很近或接收功能及發(fā)射功能共用一個天線完成。對于單基雷達，接收機接收到的目標散射電磁波是沿入射電磁波路線返回的回波。調整飛機外形只能優(yōu)選雷達照射角度范圍，使回波集中到極少數方向上并偏離發(fā)射源。若設法從別的方向上接收回波，或同時從多個角度進行探測，可以作為探測隱身飛機的措施及手段。

第二，難以在整個電磁和紅外頻譜達到相同的低可探測性。飛機調整外形以及現用RAM，只能有效對抗工作頻率在0.2～29吉赫茲的厘米波雷達。當雷達波長與被照射目標特征尺寸相近時，在目標反射波與爬行波之間產生諧振現象，盡管沒有直接的鏡面反射也會造成強烈的信號特征。

基于上面兩個局限性，我們不難得出所需采取的對策。首先，采用多基雷達，可以從其他方向接受隱身目標偏轉反射的電磁波，從而發(fā)現隱身目標。其次，雷達跳出目前隱身技術所能對抗的波段，將使飛機的隱身性能大大降低或失效。另外，目前的雷達波隱身技術主要是針對微波雷達的，飛機的紅外輻射可以減弱并限制在一定的方位角內但卻不能完全消除。發(fā)展可見光或接近可見光波段的探測器，以及提高紅外傳感器的探測性能，也可作為探測隱身飛機的措施及手段。

與飛機隱身技術一樣，反隱身技術也是綜合性技術，單獨采用某一種反隱身技術都不可能獲得好的反隱身效果，必須綜合運用各種反隱身技術才能提高探測隱身飛機的效能。

記：請您具體談談目前國外采取的反隱身措施及手段?

陳：目前，反隱身的措施和手段非常多，有雙(多)基地雷達、長波雷達、米波雷達、毫米波雷達、無載頻超寬帶雷達、無聲崗哨技術、空中反隱身平臺、改變常規(guī)雷達設計、新型反隱身雷達——無源雷達、激光雷達和紅外探測系統(tǒng)、綜合運用各種反隱身技術等等。我重點介紹其中的幾個。

雙基雷達系統(tǒng)是將發(fā)射機和接收機分置在兩個不同的站址，發(fā)射站站址可以選擇在地面、空中平臺或天基平臺上。當隱形飛機被雷達波束射照射時，飛行員可以改變航向，以最大限度地減少雷達波的反射，但當飛機上升、投擲武器、打開彈艙時，無線電波會向各個方向反射，雙基雷達就可以發(fā)現跟蹤它。

多基雷達是在雙基雷達基礎上，由多個分置的發(fā)射機和接收機組成?？梢圆捎靡徊堪l(fā)射機和多部接收機或多部發(fā)射機和多部接收機的配置，從而組成一個多元一體化的雷達網同時從各個照射角度對隱身飛機進行探測。

不論是雙基還是多基雷達，接收機都必須在發(fā)射波束的作用范圍之內并與發(fā)射機在時間、頻率、相位上精確同步。GPS可以快速確定發(fā)射機與接收機的相對位置并使兩者精確同步，這使得雙(多)基雷達易于設計并且使用更加靈活。

長波雷達可以對付隱身飛機的外形調整設計及現用的RAM，使得隱身飛機外形設計與RAM涂層厚度有難以實現的過高要求。當長波雷達波束的波長接近于飛機構件時，如尾翼、機翼或機身時，這些構件就像天線一樣開始吸收并反射電磁波。特別是當雷達波長是構件尺寸的兩倍時，無線電波被吸收和反射的效率非常高。

近年來。一些國家重新重視研制長波雷達。目前發(fā)展很快的長波雷達是“超地平線”雷達(OTH)，其工作波長達10～60米(頻率為5～28兆赫茲)，完全在正常雷達工作波段范圍之外。這種雷達靠諧振效應探測大多數目標，幾乎不受現有RAM的影響。

使用米波雷達，一方面可以跳出隱身飛行器采用的隱身吸波材料的吸收波段，另一方面由于吸收材料的結構和厚度與波長有密切關系，因此，飛行器外形設計和吸波涂層厚度與重量的限制難以達到吸收米波的要求。目前，在米波雷達方面，發(fā)展較快的是超視距雷達。如美國、俄羅斯、澳大利亞、英國和日本等國都在研制超視距雷達。其中。美國耗資25億美元正在建造AN／FPS～118超視距預警雷達，作用距離3700千米，可以探測隱身轟炸機和隱身巡航導彈。

無聲崗哨技術本身并不發(fā)射信號，而是利用追蹤廣播與電視噪聲的辦法，通過分析飛機掠過的信號混亂情況來發(fā)現目標。任何一架經過這種廣播信號層上空的飛機都會產生幾種反射模式。該技術革新可利用普通無線電接收機和大功率并行處理機。通過信號層尋找反射信號，標繪出位置。由于自身不發(fā)射信號，所以不易被雷達尋的導彈發(fā)現并摧毀。

空中反隱身平臺。由于隱身飛行器的頂部隱身能力弱，因此將探測系統(tǒng)安裝在空中平臺上或衛(wèi)星上進行俯視探測，可提高低空突防的雷達面積較小目標的被探測概率。預警機和具有下視能力的飛行器是重要的空中反隱身平臺，它裝有下視雷達，可以增加探測范圍。例如，一架美國的E-3A“望樓”預警機的探測范圍，相當于30多部地面雷達探測范圍之和，能同時探測600個目標，并對其中的100個目標進行跟蹤。E-2“鷹眼”預警機，能全高度、遠距離、大面積、快速搜索目標，同時跟蹤20000個目標。因此，對隱身目標威脅很大。

記：您認為，未來隱身和反隱身的發(fā)展趨勢是怎樣的?

陳：隨著隱身理論研究及實際應用技術的不斷深入和拓展，以及在現代戰(zhàn)爭中的探測防御系統(tǒng)飛速發(fā)展的推動下，隱身技術正在不斷地向各類作戰(zhàn)武器系統(tǒng)中滲透，尋求發(fā)展寬隱身頻帶、全方位、全天候、智能化的隱身武器已成為隱身武器研制的大趨勢。隱身技術研究應注重在雷達隱身研究和應用的基礎上，開始大力展開紅外、聲、視頻、磁等隱身技術的研制工作。

同時，要想對抗隱身目標，實現對隱身目標探測，就必須綜合采取多種措施及手段。可靠的反隱身探測／攻擊系統(tǒng)的關鍵，是要組成一個采用不同原理并在不同波長上工作的復雜傳感器網絡系統(tǒng)。這個網絡系統(tǒng)的重要組成部分不僅包括傳感器本身，而且包括對不同來源的數據進行收集、處理、關聯及顯示的數據融合過程。另外，為了達到所需的高探測概率并向攔截系統(tǒng)提供精確的目標數據，傳感器所在的位置和布局也至關重要，不僅需要考慮沿邊界并向領土縱深部署的布局，同時還需要考慮海、陸、空、天一體化綜合探測平臺配合使用。

隱身技術與反隱身技術的發(fā)展，是相互制約、相互促進的，無論哪一方有新的突破，都將引起另一方的重大變革。

陳鯨院士簡介

通信與信息系統(tǒng)專家。1940年11月生于安徽懷寧，1963年畢業(yè)于合肥工業(yè)大學無線電工程系。任低截獲概率信號重點實驗室學術委員會委員、顧問，總參某研究所高級工程師、通信與信息系統(tǒng)博士生導師，2005年當選為中國工程院院士。長期從事空間目標信息獲取與處理技術領域的科學研究與工程實踐，是我國該領域的主要開拓者。研究方向主要是空間目標探測與識別、信號檢測與參數估計，多源信息融合和衛(wèi)星遙感，遙測數據接收與處理等技術。1996年，2004年分別獲國家科技進步一等獎。