等離子體及其軍事應(yīng)用探微

張威威?孫贊?張瑞凡

等離子體由于其特殊性質(zhì)而將在軍事上得到越來越廣泛的應(yīng)用。俄羅斯和美國都投入了大量的人力物力，對等離子體在隱身方面的應(yīng)用進(jìn)行研究和技術(shù)開發(fā)。目前 ，俄羅斯已開發(fā)出可用于實戰(zhàn)的等離子體隱身設(shè)備，美國也在等離子體火箭的研究上取得了一定的成果。本文對低溫等離子體及其軍事應(yīng)用進(jìn)行簡要探析。

一、等離子體隱身技術(shù)簡介

從20世紀(jì)60年代開始，美國和前蘇聯(lián)等軍事強(qiáng)國就著手研究等離子體吸收電磁波的性能。前蘇聯(lián)最早開始進(jìn)行等離子體實驗的重點是等離子體在高空超音速飛機(jī)上的潛在應(yīng)用：90年代初，美國體斯頓實驗室進(jìn)行的一項為期兩年、投資65萬美元的實驗表明，應(yīng)用等離子本技術(shù)可使一個13cm長的微波反射器的雷達(dá)截面在 4～l4GHZ頻率范圍內(nèi)平均降低20dB，即雷達(dá)獲取回波的信號強(qiáng)度減少到原來的1% l997年.美海軍委托田納西大學(xué)等機(jī)構(gòu)發(fā)展等離子體隱身天線，其機(jī)理是：將等離子體放電管作為無線元件，當(dāng)放電管通電時就成為導(dǎo)體，能發(fā)射和接收無線電信號，當(dāng)斷電時便成為絕緣體，基本不反射雷達(dá)發(fā)出的探測信號.初步的演示已顯示了這種天線的發(fā)射接收功能和隱身特性。美國在其（1997年國防部基礎(chǔ)研究計劃）中也提到?！爸行缘入x子體效應(yīng)可以為軍用飛機(jī)和衛(wèi)星提供隱身條件”，可見美國對等離子體技術(shù)給予了足夠的重視。

二、等離子體隱身技術(shù)原理

等離子體隱身技術(shù)的原理是利用電磁波與等離子體互相作用的特性來實現(xiàn)的，其中等離子體頻率起著重要的作用。等離子體頻率指等離子體電子的集體振蕩頻率，頻率的大小代表等離子體對電中性破壞反應(yīng)的快慢，它是等離子體的重要特征。若等離子體頻率大于入射電磁波頻率，則電磁波不會進(jìn)入等離子體.此時，等離子體反射電磁波，外來電磁波僅進(jìn)入均勻等離子體約2mm，其能量的86%就被反射掉了。但是當(dāng)?shù)入x子體頻率大于入射電磁波頻率時，電磁波不會被等離于體截止，能夠進(jìn)入等離子體并在其中傳播，在傳播過程中.部分能量傳給等離子體中的帶電粒子，被帶電粒子吸收，而自身能量逐漸衰減。等離子體之內(nèi)電子密度越大。振蕩頻率越高，和離子、中性粒子碰撞的頻率就高.對雷達(dá)波的吸收就越大。同時雷達(dá)波在等離子體中傳播時.由于在等離子體中有大量的中性分子或原子.所以還存在著介電損耗。等離子體介質(zhì)在雷達(dá)波交變電場的作用下產(chǎn)生極化現(xiàn)象，在極化過程中，電荷來回反復(fù)越過勢壘，消耗電場的能量.表現(xiàn)為電導(dǎo)損耗，松弛極化損耗 ，和諧振損耗等。另外.由等離子體發(fā)生器噴射到飛機(jī)外圍空間的等離子體是非均衡等離子體，處于非熱動力平衡狀態(tài)，經(jīng)過一定時間離子間的碰撞才達(dá)到趨向密度均勻和溫度均勻的熱力學(xué)平衡狀態(tài)。

三、等離子體技術(shù)應(yīng)用展望

近年來等離子體隱身技術(shù)在俄羅斯取得了較多進(jìn)展，其研究成果領(lǐng)先于美國。據(jù)報道，俄羅斯克爾德什研究中心已經(jīng)開發(fā)出第一代和第二代等離子體發(fā)生器，通過在地面模擬設(shè)備、自然條件下以及飛機(jī)上進(jìn)行實驗充分證明了這種隱身技術(shù)的實用性。第一代產(chǎn)品是等離子體發(fā)生片，其厚度為0.5-O.7mm，電壓幾千伏。工作電流僅為零點幾毫安。將這種等離子體發(fā)生片貼在飛行器的電磁波強(qiáng)散射、部位，即可電離空氣產(chǎn)生等離子體。第二代產(chǎn)品是等離子體發(fā)生器。在等離子發(fā)生器中加入易電離的氣體（還需攜 、帶專用氣體），即可產(chǎn)生等離子體（但產(chǎn)生的等離子體厚度仍嫌過?。?，第二代產(chǎn)品重量不到100kg，耗電不超過幾十千瓦（對飛機(jī)所能承擔(dān)的有效載苛與供電功率而言仍嫌過大）。經(jīng)飛行試驗，它除了具備第一代等離于體隱身系統(tǒng)的功能外，還能改變反射信號的頻率，通過向敵人發(fā)出假信號，使敵人判斷錯誤來實現(xiàn)隱身。本世紀(jì)初俄羅斯公開的可與美國F22相抗衡的第五代米格1.42戰(zhàn)斗機(jī)據(jù)說就是試驗了這項先進(jìn)技術(shù)。目前，克爾德什研究中心正在研制更有效的第三代產(chǎn)品。據(jù)推測，第三代產(chǎn)品可能是利用飛行器周圍的靜電能量來減小飛行器的雷達(dá)反射截面。俄羅斯的最新試驗表明，應(yīng)用第三代等離子體隱身技術(shù)。在4～14GHZ頻率范圍內(nèi)可以使米格飛機(jī)的RCS值減少到原來的1%。除美、俄外.法國的研究人員正在研制一種新的有源隱身系統(tǒng)，據(jù)報道可能會采用等離子體屏蔽技術(shù)。對等離子的某些研究成果很可能用于作戰(zhàn)飛機(jī)特別明顯部位的屏蔽.如空氣進(jìn)口，排氣口或機(jī)頭。澳大利亞國立大學(xué)也已研制出了等離子體隱身天線。

鑒于隱身技術(shù)在軍事上的重要作用.中國在等離子體隱身方面的研究也進(jìn)行了約l0年時間。有不少科研機(jī)構(gòu)和大專院校的有關(guān)院系都在進(jìn)行等離子技術(shù)及其應(yīng)用的研究，在對等離子雷達(dá)隱身方面已經(jīng)取得了原理驗證上和工程試驗的成功，并有很多獨到的創(chuàng)新，預(yù)計再經(jīng)過大約10年左右的時間。我國飛行器即有望實現(xiàn)全面等離子隱身?？梢哉f，等離子體技術(shù)在未來的軍事、經(jīng)濟(jì)上的應(yīng)用意義是難以估量的。

作者簡介：張威威（1993-1），男，山東省棗莊市人，中國人民解放軍石家莊機(jī)械化步兵學(xué)院一大隊四隊16級學(xué)員。

孫贊（1994-5），男，河北曲陽人，石家莊機(jī)械化步兵學(xué)院一大隊一隊2016級學(xué)員。

張瑞凡（1993-5），男，吉林輝南人，石家莊機(jī)械化步兵學(xué)院一大隊一隊2016級學(xué)員。