看不見的矛與盾

陳杰

在不少文學和影視作品中，隱身往往是主角的一項重要能力?！豆げㄌ嘏c死亡圣器》中三大圣器之一的隱身衣，是哈利·波特最終擊敗伏地魔的重要助力。在現(xiàn)實中，隱身技術(shù)通常被應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，其專業(yè)定義是指在武器裝備研制過程中設(shè)法降低其可探測性，使之不易被敵方發(fā)現(xiàn)、跟蹤和攻擊的專門技術(shù)。既然有了“矛”，那勢必就會有“盾”。隨著隱身技術(shù)的發(fā)展，反隱身技術(shù)也在飛速進步，出現(xiàn)了隱身與反隱身技術(shù)比拼而循環(huán)上升的局面。

“隱身衣”的奧秘

在海灣戰(zhàn)爭的首次空襲中，F(xiàn)-117A隱身戰(zhàn)機出動的數(shù)量僅占多國部隊出動飛機總數(shù)的2%，但它們卻完成了空襲總?cè)蝿?wù)的40%且無一損失，原因就在于當時伊拉克軍隊的雷達根本發(fā)現(xiàn)不了它們。那么，F(xiàn)-117A是怎樣做到如入無人之境的呢？讓我們來揭開隱身技術(shù)的神秘面紗。

隱身技術(shù)運用于軍事領(lǐng)域，就是通過在總體設(shè)計中減少聲響、雷達、紅外線、光電等觀測特征。應(yīng)用了這項技術(shù)的武器裝備，不僅可“隱真”保存自己，而且還能“示假”迷惑對方。隱身技術(shù)的出現(xiàn)是提高作戰(zhàn)武器生存能力的作戰(zhàn)需求和電磁理論、電子技術(shù)發(fā)展的共同作用的結(jié)果。

目前，實現(xiàn)隱身的技術(shù)主要包括雷達隱身技術(shù)、紅外隱身技術(shù)、電子隱身技術(shù)、可見光隱身技術(shù)和聲波隱身技術(shù)等，其中，雷達隱身技術(shù)、紅外隱身技術(shù)是當前發(fā)展的重點。

欺騙雷達“千里眼”

雷達隱身技術(shù)采取多種措施降低目標對雷達電磁波的反射特性，使雷達接收到的目標回波信號能量大幅度減少，從而對目標的探測距離大大縮小。武器的雷達散射截面與其外形、材料、雷達波入射角等因素有關(guān)。隱身措施之一是設(shè)計隱身外形。利用現(xiàn)代設(shè)計手段和制造工藝，在一定限制條件下，優(yōu)化裝備及其外形設(shè)計，使其雷達散射截面最小，同時保持一定的性能。較為經(jīng)典的隱身外形是美國F-117A隱身戰(zhàn)機的“鉆石形”布局和B-2隱身轟炸機的“飛翼式”布局。措施之二是利用隱身材料。通過使用能吸收或透過雷達波的涂料或復(fù)合材料，使敵方發(fā)射的雷達波有來無回、多來少回，從而達到難以探測的目的。B-2隱身轟炸機同時利用隱身涂料與隱身布局，使其雷達散射截面積僅有一扇窗戶大小。措施之三是采用等離子體隱身。利用等離子體發(fā)生器，或者放射性同位素在武器表面形成一層等離子云，通過設(shè)計等離子體的特征參數(shù)，使照射到等離子云上的一部分雷達波被吸收，另一部分雷達波改變傳播方向，從而使得返回到雷達接收機的能量很少，達到隱身的目的。有關(guān)報道稱，采用等離子體隱身技術(shù)的飛行器被敵方發(fā)現(xiàn)的概率可降低99%。措施之四是通過電子手段隱身。自適應(yīng)加載技術(shù)、電子對抗措施、有源對消技術(shù)等都可以降低武器的雷達散射截面，從而抑制雷達對目標反射波的接收。

此外，還有不少武器裝備利用多種技術(shù)組合的方式來提升其隱身性能。例如，美國的F-22隱身戰(zhàn)斗機的隱身技術(shù)包括外形優(yōu)化、電磁及熱信號屏蔽、關(guān)鍵部位覆蓋隱身涂料、加裝電子欺騙、電子干擾等手段。俄羅斯的C-37“金雕”戰(zhàn)斗機，首次試飛時間與F-22首次試飛時間僅差18天，盡管隱身性能比F-22略遜一籌，但采用了類似F-22的平滑流線型外形設(shè)計，前掠翼幾乎全部采用復(fù)合材料制成，機體外涂敷雷達吸波材料，隱身性能位居世界前列。

紅外隱身的秘訣

顧名思義，紅外隱身就是通過降低或者改變物體的紅外輻射特征，以實現(xiàn)目標的低可探測性的技術(shù)。近年來，其主要的技術(shù)措施包含兩項：一是改變物體紅外輻射特征。即通過改變紅外輻射波段，調(diào)節(jié)紅外輻射傳輸過程（包括方向和特征），從而使紅外探測器失效。如F-117隱形轟炸機的排氣管轉(zhuǎn)移在飛機背部。二是降低紅外輻射強度。主要是采取降低物體的溫度和采用有效的涂料，或發(fā)動機尾噴管采用閉合回路冷卻系統(tǒng)來降低目標的輻射信號，提高紅外探測設(shè)備探測的難度。但是這其中不少措施并非完美無缺，例如B-2隱身轟炸機的抗紅外輻射涂料，每一次飛行后都要重新涂刷，且價格昂貴。

隱于“奇幻之光”

想必不少讀者朋友都看過好萊塢大片《碟中諜4》。劇中主角伊森·亨特（湯姆·克魯斯主演）為完成一項任務(wù)，扮成俄軍將領(lǐng)，在隊友的配合下潛入克里姆林宮。為欺騙警衛(wèi)，他使用了投影儀，將環(huán)境背景呈現(xiàn)在銀幕上，以假亂真騙過了警衛(wèi)，潛入了密室。盡管這是出現(xiàn)在電影中的“黑科技”，但利用可見光來實現(xiàn)隱身已經(jīng)成為了現(xiàn)實。目前，運用最廣泛的就是利用合適的顏色實現(xiàn)隱身。就飛機而言，在正常光照條件下，飛機同天空背景亮度的差別與飛機的飛行高度密切相關(guān)。飛行高度越高，亮度差別就越大。對不同飛行高度的飛機涂以不同的顏色，可以實現(xiàn)飛機的可見光隱身。例如，B-2隱身轟炸機的巡航高度在1萬米以上，其底部涂成深灰色，并裝有可見光傳感器，飛行員根據(jù)此傳感器給出的信息，升高或降低到適宜的飛行高度，使飛機底部顏色與天空背景始終基本保持一致。利用相同原理隱身的還有軍艦。各國軍艦根據(jù)自身實際，會采用灰白色和深灰色。同樣的還有士兵們穿著的迷彩服，也是利用接近環(huán)境的顏色來進行制作，起到在一定程度上與周邊的環(huán)境融為一體的效果，以降低可視度。

俄羅斯的巨型雷達天線陣

上圖為P-12雷達，下圖為P-18雷達

P-12/P-18的雷達顯示控制臺

反制隱身的秘訣

1991年在伊拉克上空不可一世的F-117A隱身戰(zhàn)機，1999年卻在東歐上空被南聯(lián)盟老舊的薩姆-3導彈給打下來了，直接導致F-117A粉墨登場不久就黯然退役的慘淡下場。隱身能力超強的F-117A為何神話破滅？就讓我們從反隱身的技術(shù)層面來一探究竟吧。

反隱身技術(shù)主要包括雷達反隱身技術(shù)和無源探測技術(shù)。前者主要有兩類：一類是抑制目標的隱身技術(shù)，提高目標的雷達散射截面，如采用諧振雷達技術(shù);另一類是提高雷達探測能力，如加大雷達輻射功率以增強回波信號強度。

F-117A的天敵? 甚高頻（VHF）雷達的反隱身能力源于其較長的波長，當入射波長接近目標尺寸時，反射波會與目標上的其他行波（如繞射波）產(chǎn)生諧振，從而產(chǎn)生強烈的回波信號。甚高頻雷達的波長為1.65～1.90米，此時飛機上的主要部件都可能產(chǎn)生電磁波諧振，波長越長，利用涂覆型吸波材料達到隱身目的就越難。

甚高頻雷達在冷戰(zhàn)時期就已經(jīng)出現(xiàn)，當時蘇聯(lián)已經(jīng)研制出P-14“Tall King”與P-12/P-18B/D型雷達（代號“匙架”）。南聯(lián)盟正是憑借蘇聯(lián)的P-12/18系列雷達和SNR-125 “Low Blow”數(shù)字化升級雷達發(fā)現(xiàn)美軍的F-117A，并將其擊毀。目前，俄羅斯是國際上甚高頻雷達技術(shù)最發(fā)達的國家。

但甚高頻雷達也存在諸多如靈敏度較差，跟蹤低空目標時雜亂回波抑制性能較差，易受到電視、調(diào)頻式或便攜式電臺等信號的干擾等不足。對付甚高頻雷達的最有力的措施是在外形上消除那些尺寸較小的零部件。例如B-2轟炸機上最小的部件尺寸都以米計，而對于機身上最關(guān)鍵的部位則采用厚截面的多層隱身材料。

長短結(jié)合總相宜? ?雙基（DB）雷達，顧名思義就是該雷達的發(fā)射與接收不在同一地點。即便隱身飛機通過外形設(shè)計改變反射角度使反射波偏離發(fā)射源，仍難以避免會有回波被雙基雷達接收。

現(xiàn)代隱身飛機針對的都是工作于1～20吉赫頻段內(nèi)的常規(guī)厘米波雷達，在米波和毫米波雷達面前卻無能為力。米波雷達的作用原理就是當波長與目標尺寸相近時，會發(fā)生諧振作用，從而提高回波強度，但缺點是雜波干擾大，探測精度低，主要用于警戒，但作用距離長。而毫米波雷達由于波長很短，當照射至目標表面時，目標上的任何不平滑部位都會起到反射器的作用，形成很強的電磁反射，導致雷達散射截面增大，從而使隱身性能大打折扣。毫米波雷達具有分辨率高、抗干擾能力強、低空性能好等優(yōu)點，非常適合探測一些小目標，可以比較精確地提供目標的速度、距離和角度等信息，但缺點是作用距離短。

如果將長波雷達與短波雷達相結(jié)合形成雙基雷達，那么可以大大提高雷達的探測能力。但是雙基雷達并不總是有效的，因為飛機在空中飛行，雷達波的反射方向隨時在變，所以雷達上獲得的信號總是閃爍的。目前，俄羅斯已經(jīng)研制成功巨型雷達天線陣。

千里眼中的千里眼? ?超視距（OTH）雷達也被稱為“超地平線雷達”，它的探測頻率完全在標準雷達波段范圍之外。它通常工作于HF頻段，波長為5～150米，利用天線傳播機制，可以探測距離為900～4000 千米的目標。它能克服地球曲率半徑限制，通過地球電離層反射目標信號來實現(xiàn)超視距探測和跟蹤。雷達波經(jīng)電離層反射一次能探測距離為5000 千米左右的目標。超視距雷達一般有兩種：一種是利用電離層反射，被稱為“天波超視距雷達”;另一種是利用地面繞射，被稱為“地波超視距雷達”。

超視距雷達的另一個重要作用是能夠?qū)Ω恫捎梦ㄍ繉拥娘w機。它的缺點主要包括精度低、只能獲得目標的大概方位信息，此外雷達系統(tǒng)非常龐大，干擾因素多，受氣候變化影響大，在中波、短波波段，頻譜擁擠。

超視距雷達原理圖

九天之上的掃瞄者? ?天基雷達，也被稱為“星載雷達”或“太空雷達”。它被設(shè)置在3600千米高空的同步衛(wèi)星上，其原理是利用直徑30米左右的天線系統(tǒng)把太陽能提供的發(fā)射功率輻射至地面，再由地面的天線陣來接收運動目標的信號，構(gòu)成大面積的搜索范圍。

天基雷達的工作頻段主要有L、C、X三個波段，具有功能多、分辨率高、全天候和全球覆蓋等優(yōu)點，能夠?qū)崟r獲取靜態(tài)和動態(tài)目標的信息以及精確的三維圖像。近年來，美國、日本、法國、德國、英國、印度和中國等國都在發(fā)展天基雷達系統(tǒng)。

沉默的監(jiān)視者? ?無源探測技術(shù)已被美國列為目前最有效的反隱身手段，其最大特點是本身不發(fā)射電磁波，而是依靠被動接收目標輻射的電磁波來發(fā)現(xiàn)和跟蹤目標。隱身飛機在突防過程中，為搜尋目標、導航定位、指揮聯(lián)絡(luò)等，必須要使用自身的雷達來輻射電磁波，由此就恰好能被無源雷達所發(fā)現(xiàn)。無源探測技術(shù)具有高度的隱蔽性、廣泛的適應(yīng)性、寬廣的時域性、精確的目標識別特征。它可以從對方雷達中接收到足夠的信息，對其進行識別和定位。無源探測技術(shù)除了受大雨影響外，基本上不受其他氣候條件和戰(zhàn)場煙塵等影響，可以全天候、全天時工作。

隱身與反隱身技術(shù)，這一對“矛與盾”，在幾十年的攻防發(fā)展歷程中，不斷進步著。隱身與反隱身技術(shù)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。世界各國還將大力研發(fā)隱身與反隱身技術(shù)，不僅僅用于軍事領(lǐng)域，同樣也會拓展至其他領(lǐng)域，便利人們的生活。