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未来隐身战场的巅峰对决丨不可小觑的红外隐身术
中国军网    2018-09-21 10:32:37    文字:【】【】【
摘要:以隐身著称的F-22战斗机,在参加范保罗航展地面展示时,却被意外捕捉到了红外辐射信号。当我们高度关注先进战机隐身性能时,是否忽略了这场“猫捉老鼠”游戏中的重要一员
       
        以隐身著称的F-22战斗机,在参加范保罗航展地面展示时,却被意外捕捉到了红外辐射信号。当我们高度关注先进战机隐身性能时,是否忽略了这场“猫捉老鼠”游戏中的重要一员?日前,美国威斯康星大学研究人员研发出一种超薄红外隐身薄板,可以使被遮挡的人或物体在红外探测器中近乎完美“隐身”。

军事装备领域的隐身,是指通过各种技术手段,显著降低武器装备信号特征的可探测程度。这其中除了可见光信号、雷达信号、射频信号和声信号外,还包括红外信号。红外光是波长介于可见光与微波之间的电磁波,战场上的作战人员和武器装备都会不可避免地产生红外光,进而难逃红外成像设备的“法眼”。红外隐身通过改变武器装备的结构设计或使用物理衰减,有效降低或改变目标的红外辐射特征,进而使红外探测设备难以捕捉目标。

战场上的“慧眼”——

让你插翅难逃的“热追踪”

物体发射的红外光是指波长在0.77-15.4微米之间的电磁波。战场上不论是人体还是各类武器装备,只要能持续发热或维持热量,都会不可避免地辐射强烈的红外光。即便是经过精心设计的现代战斗机,发动机尾喷管等处依旧会辐射大量的红外光,在高速飞行过程中,飞机机身因与空气摩擦也会发热,战斗机表面的涂层还会反射阳光中60%的红外光,这在红外成像设备“眼中”可是绝对逃不掉的“显眼目标”。

第二次世界大战期间,美、德两国就在战场上首次使用了红外探测装置。这些装置通过自带光源产生红外辐射,之后将接收到的目标返回红外信号转换为可视图像进行分析。美军还在岛屿争夺战中第一次尝到了红外成像设备带来的技术代差优势。此后,美国研制出了红外热成像仪,实现了对红外伪装目标的全天候被动式探测,红外隐身与反隐身的较量也逐渐进入到“白热化”阶段。

早在上世纪50年代,美国和苏联就相继研制出采用红外制导的“响尾蛇”和K-5系列导弹。这些采用“热追踪”方式的红外制导导弹,通过获取目标对象辐射的红外光判断目标相对位置,进而对飞行控制发出运动偏转信号。当目标辐射红外光能力足够强时,红外制导导弹甚至具备了“发射后不管”的能力。海湾战争中美军击落的伊拉克战机,有40%都是由红外制导导弹一击命中的,现代空战中红外制导导弹击落的敌机数量几乎占到了空空导弹击落敌机总量的90%。目前的红外制导导弹普遍使用了红外成像导引头,主要采用焦平面阵列成像装置,其中最为典型的AIM-9X红外制导导弹,不仅能实现智能制导,还能对干扰热源和自然热源进行有效辨别。

除红外制导导弹外,安装在战机上的红外搜索跟踪系统能与雷达系统密切配合,进一步破解电子干扰等战场谜题。美国空军还于今年年初发射了第四颗红外导弹预警卫星,主要借助红外探测手段,对导弹和火箭飞出大气层后的发动机尾焰红外辐射进行跟踪,以实现更及时准确的导弹预警。

为隐身绞尽脑汁——

让“发烧的武器”降降温

面对不断改进升级的红外探测技术,红外隐身技术也迅速走上了发展的“快车道”。从上世纪80年代开始,新研制的武器装备已经开始充分考虑红外隐身设计,即便是被相机拍摄到红外辐射的美国F-22战机,也在极力追求红外隐身,其飞行时的红外辐射特征仅有F-15战斗机的几十分之一。为了更好地让“发烧的武器”降温,人们更是想出了红外隐身的各类“盖世武功”。

降低温度。减少红外辐射的根本之策在于降低武器装备各部位的温度,缩小武器装备与背景之间的温差,让红外探测设备“看不见”或者“看不清”。为有效减少舰船排放热废气带来的红外辐射,进入排气管的废气可以通过注入海水进行冷却。现代舰船还带有喷雾自卫系统,能产生细密的水雾遮盖住舰艇反射的光和红外辐射。战斗机也可以通过在燃料中加入添加剂,使尾喷流温度显著降低。

改进设计。通过改进武器装备的结构设计,尽量减小红外辐射的辐射方向,也是实现红外隐身的有效方法。战斗机的红外辐射主要来自发动机的热部件、喷口的排气羽流以及飞机机身。美国在设计隐身飞机时,通常通过遮盖发动机发热部件、冷却排气、用机身结构遮挡尾喷管等方式达到“降温”目的。作为第一款投入实战的隐身战斗机,F-117就在驾驶舱上方设计出名为“鸭嘴兽”的奇特造型,有效屏蔽了战机的热辐射。F-22和F-35战机则通过将水平尾翼延伸到尾喷口之后等设计,努力抑制发动机和喷管的红外辐射。

借助涂层。借助涂层对目标实施保护,也是一种有效的技术手段。能显著降低目标表面温度的泡沫保温材料和硅橡胶,就可用于坦克等地面装备的表面隔热。舰艇上的发热部分也可以使用热绝缘材料和玻璃钢排气烟囱减少红外特征信号。美国空军目前正在为F-35战斗机测试新涂层。这将显著提升涂层表面的耐久性、黏合性并降低红外辐射值。此前,F-16和F-22等战机上就已经使用了红外涂层表面实现机体的“降温”。

技术催生变革——

战场“隐身衣”呼之欲出

事实上,除降低武器装备温度、改进结构设计以及借助涂层隔热散热外,改变目标红外辐射的大气窗口、光谱转换等都是行之有效的“隐身”手段。改变红外辐射的大气窗口,主要是将武器装备的红外辐射值调整到红外探测器的工作范围之外。光谱转换除能改变目标红外辐射的能量与位置外,还能使目标的红外图像成为背景图像的一部分,进而为武器装备披上战场“隐身衣”。

近年来,人们还不断通过各类技术革新找寻红外隐身的新方法。美国威斯康星大学研究人员研发的超薄红外隐身薄板,主要用于确保士兵及其装备在战场上的安全。这种厚度不足1毫米的新型材料的主要成分为太阳能电池中常用的黑硅材料,约94%的红外光都被黑硅吸收以实现隐身效果。研究人员还发现可在超薄红外隐身薄板中置入电热元件,进而发出可迷惑红外探测器的虚假热信号,让坦克等武器装备与公路上护栏的红外光辐射相差无几。

研究人员还从乌贼等“伪装大师”身上获得灵感,设计出一种可自适应反射红外光的弹性新材料,能动态调节自身温度以实现红外“隐身”。除军事伪装外,这种新材料可调节建筑表面温度、智能控温服饰、太空防辐射或生鲜食品储藏等,有望应用于航空航天、抢险救灾、临床护理、可穿戴设备以及智能建筑等多个领域。

近年来,伴随着红外探测技术向着高精度、智能化和多样化方向加速发展,对红外隐身也提出了新的更高要求。未来,红外隐身技术还将向着全波段隐身、全方位隐身、多功能隐身以及低成本等方向加速发展。其中,全波段隐身是红外隐身研究的主流方向,兼顾声波、雷达毫米波、可见光以及紫外等频段的综合隐身技术,或将成为未来战场真正的“隐身衣”。

(制图:徐 鹏)

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