事故隱形戰(zhàn)斗機的搜救問題

付亦凡

（北京理工大學，北京 102488）

1 概述

隱形飛機具有優(yōu)越的隱形能力，這也使得其在出事故之后很難被雷達探測到，為搜救工作增添了難度。因此關于事故隱形飛機的搜救問題很有研究背景以及研究前景。

1.1 研究背景

2019年4月23日，日本一架F35在演習時墜海，日本當局及時派出搜救隊，但是因為F35卓越的隱形能力，搜救隊一直很難找到墜機的準確位置，進而導致不能及時救起飛行員。從而引發(fā)這樣一個問題，如何可以使得隱形戰(zhàn)斗機的隱形能力不阻礙搜救隊的搜救工作。

1.2 研究意義

對于國家而言，培養(yǎng)一個飛行員需要投入巨大的成本，尤其是越先進的戰(zhàn)機消耗的成本越高。而且從人道主義而言，對出事故的飛行員大家當然希望能救起他來。因此如何避過隱形飛機的隱形功能而及時搜救是很有意義的。

2 研究如何搜救隱形飛機事會有的問題

2.1 涉及的理論問題

2.1.1 隱形飛機的原理

隱形飛機的隱形手段主要采用以下兩種方式 ：

（1）采用可吸收雷達波的材料。雷達波是一種電磁波，和可見光一樣。因此對于防止雷達波的吸收而言，處理方法與可見光類似。在黑暗之中深色的物體不容易被看到，就是因為深色物體具有吸收可見光的本領，同理如果飛機材料可以吸收絕大部分的電磁波，那么就不容易被雷達探測到。事實上，在飛機發(fā)明之初使用的材料是很符合這樣的理念的，也就是我們熟知的木質結構，但是這樣的結構也有著很明顯的缺陷，那就是強度?，F在的飛機飛行高度，速度都遠超過最初發(fā)明時的飛機，這對飛機材料的強度有很高的要求，木質結構是很難滿足這樣的要求的，所以當下解決方案是通過特殊涂料，就像在飛機表面鋪上一層“深色的布”。

（2）改變飛機的外部形狀。最開始的時候，飛機的設計采用的是流線型，極大的減少了空氣阻力提高了飛機的性能，但是這樣的設計帶來的弊端也是很明顯的。流線型設計會讓飛機對于電磁波而言像一塊巨大的鏡子，不僅對隱形性能無益，反而比一般物體更容易被雷達發(fā)現。因此現在的戰(zhàn)斗機多采用平面拼接的設計方法，極大的提高了飛機的隱形性能。典型的例子就是F-117，其在設計的時候并沒有在機身上設計任何一個曲面。當然，采用傾斜垂尾也符合隱形設計，B-2更是直接取消了垂尾。

2.1.2 雷達探測的難點

首先，隨著戰(zhàn)機的更新換代，戰(zhàn)機的作戰(zhàn)半徑與戰(zhàn)斗高度都有所提升，這就意味著新型雷達若要探測到戰(zhàn)機就需要適應性地提高。其次，隱形飛機對于雷達波的吸收能力逐漸增強，但是雷達發(fā)射的雷達波強度不能一味的增大，因此為了探測雷達需要探索新式的探測方法。同樣，在戰(zhàn)略中雷達遇到這些難題，在失事的隱形飛機搜救工作中也同樣會遇到，而隨著隱形飛機技術的提高，搜救設備也應有上述改進。

2.2 所遇到的實際需求問題

在正常探測的時候，雷達也會接收到非雷達發(fā)出的反射電磁波信號，稱為“雜音”。但是一般而言雷達反射波的強度會遠大于“雜音”的強度，因此可以根據強度進行“除雜”。但是隱形飛機具有吸收雷達電磁波的能力，故而反射回來的電磁波強度很低，甚至有可能被當作“雜音”而除掉。雷達的“除雜”功能反而削弱了其搜救隱形飛機的能力。

3 方案設計與研究計劃

3.1 主要內容

從隱形飛機的隱形原理角度和改進雷達探測能力的角度，增強雷達搜索失事隱形飛機的能力。使用手段使得失事前后飛機的隱形性能可以改變其隱形性能，使得失事后的飛機可以被雷達發(fā)現從而達到及時搜救的目的。

3.2 工作原理

首先想到，使用可拋棄式隱形材料，使得飛機失事之后可以拋棄隱形材料，飛行員可以主動拋棄隱形材料，主動被雷達掃描到，有助于搜救隊工作。但是在實際操作中這個方案是很難實現的。因為首先可拋棄的隱形涂料意味著涂料更容易磨損而且有可能在飛行過程中由于飛行員操作失誤而拋棄隱形材料，另一方面拋棄涂料的裝置會增加飛行配重，使得飛機更加難以設計。由此可見，就算可拋棄式材料可能實現，其難度也是非常大的。那么從雷達的角度分析又有沒有實現的可能呢？答案是肯定的。雷達返回波強度符合公式：

雷達發(fā)出的電磁波功率不能無限制的放大，但是我們可以通過別的方式來獲得很大的回波強度進而使得失事飛機更容易被探測到。

3.3 方案設計與實現

新型雷達有以下幾種，可以更好的探測到隱形飛機。一種是無源雷達。雷達發(fā)射功率有限，這種雷達就反其道而行，只吸收電磁波不反射電磁波。這種雷達將使世界上絕大部分的隱形飛行器失去隱形效果。由于不發(fā)射電磁波，飛行員甚至不會得知自己被雷達觀測到。這種雷達的鑒別能力主要取決于目標之間的表面溫差與表面反射系數，理論上最小可檢測半徑與電子相當。二是超視距雷達。這種雷達有極長的工作波段，飛行器采用的雷達波吸收材料對這種長波吸收效果甚微。同時，由于其波段較長，可以通過電離層反射后到達，而飛行器的雷達隱形措施主要是針對地面雷達的，對來自上方的雷達波隱形效果并不好，可見超視雷達探測隱形飛機的能力是不一般的。三是空中反隱形平臺。反隱形也能從空中平臺上探測。預警飛機是重要的空中反隱形平臺，它裝有下視雷達，可以增加探測范圍。例如，一架美國的 E3A“望樓”預警機的探測范圍，相當于三十多部地面雷達的探測范圍，因此對隱形目標威脅很大。除預警飛機外，反隱形的空中預警平臺還包括預警氣球、飛艇乃至衛(wèi)星等。當然還有長波低頻雷達、毫米波雷達、多頻雷達、超寬帶脈沖雷達等新型雷達對當下的隱形飛機都有不錯的探測能力。當然搜救與戰(zhàn)略探測并不能相提并論，從成本，可行性等角度考慮無源雷達與超視雷達的原理用在搜救設備上有比較理想的未來。

4 方案測試結果

4.1 測試的主要內容

新型材料的隱形效果以及新型雷達的探測能力測試。

4.2 測試仿真過程

無源雷達難以找到實用的成品，但是可以通過其發(fā)展歷程總結其可行性。1922年美國海軍實驗室進行電磁波傳播實驗時用兩臺儀器發(fā)射60MHz 連續(xù)波信號時無意中發(fā)現了河中的木制小船，1933年Taylor、Young 和Hyndland 申報題為“通過無線電探測運動物體的系統(tǒng)的專利”利用無線電發(fā)射臺和兩個接收裝置來測量運動物體的回波信號的多普勒頻移。1974 年，美國的 Marko 等人利用調頻廣播臺作為外部輻射源，雙基地接收設置的無源雷達來測定目標的位置。該系統(tǒng)利用互相關技術測量目標反射信號相對于外輻射源直達波信號的延遲時間，得到目標所在的等距離橢圓，再結合反射信號的到達角測量，即可對目標進行定位。

4.3 測試結果分析

從測試結果看出，無源雷達在二戰(zhàn)之后經歷了一段時間的“休眠期”，但是其探測實力是不容小覷的，因此以其原理制成的失事飛機探測器也有很高的發(fā)展價值。是為了減少事故傷亡而另辟蹊徑的成功方向。

5 結束語

新型雷達的使用不僅會提高搜救工作的效率，還會發(fā)展雷達科技，從而使得軍隊在戰(zhàn)場上會有更出色的發(fā)揮。但是從另一面說，雷達的發(fā)展又會必然導致隱形飛機的發(fā)展，因此雷達與隱形飛機的進步不會禁錮著，而是會始終保持著共同發(fā)展的態(tài)勢。