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  • 軍事 軍事文摘
    紅外隱身與反隱身:未來隱身戰場的巔峰對決
    華夏經緯網   2018-09-21 10:04:34   
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        原標題:紅外隱身與反隱身的攻防博弈,成為未來隱身戰場的巔峰對決——不可小覷的紅外隱身術

        以隱身著稱的F-22戰斗機,在參加范保羅航展地面展示時,卻被意外捕捉到了紅外輻射信號。當我們高度關注先進戰機隱身性能時,是否忽略了這場“貓捉老鼠”游戲中的重要一員?日前,美國威斯康星大學研究人員研發出一種超薄紅外隱身薄板,可以使被遮擋的人或物體在紅外探測器中近乎完美“隱身”。

        軍事裝備領域的隱身,是指通過各種技術手段,顯著降低武器裝備信號特征的可探測程度。這其中除了可見光信號、雷達信號、射頻信號和聲信號外,還包括紅外信號。紅外光是波長介于可見光與微波之間的電磁波,戰場上的作戰人員和武器裝備都會不可避免地產生紅外光,進而難逃紅外成像設備的“法眼”。紅外隱身通過改變武器裝備的結構設計或使用物理衰減,有效降低或改變目標的紅外輻射特征,進而使紅外探測設備難以捕捉目標。

        戰場上的“慧眼”——

        讓你插翅難逃的“熱追蹤”

        物體發射的紅外光是指波長在0.77-15.4微米之間的電磁波。戰場上不論是人體還是各類武器裝備,只要能持續發熱或維持熱量,都會不可避免地輻射強烈的紅外光。即便是經過精心設計的現代戰斗機,發動機尾噴管等處依舊會輻射大量的紅外光,在高速飛行過程中,飛機機身因與空氣摩擦也會發熱,戰斗機表面的涂層還會反射陽光中60%的紅外光,這在紅外成像設備“眼中”可是絕對逃不掉的“顯眼目標”。

        第二次世界大戰期間,美、德兩國就在戰場上首次使用了紅外探測裝置。這些裝置通過自帶光源產生紅外輻射,之后將接收到的目標返回紅外信號轉換為可視圖像進行分析。美軍還在島嶼爭奪戰中第一次嘗到了紅外成像設備帶來的技術代差優勢。此后,美國研制出了紅外熱成像儀,實現了對紅外偽裝目標的全天候被動式探測,紅外隱身與反隱身的較量也逐漸進入到“白熱化”階段。

        早在上世紀50年代,美國和蘇聯就相繼研制出采用紅外制導的“響尾蛇”和K-5系列導彈。這些采用“熱追蹤”方式的紅外制導導彈,通過獲取目標對象輻射的紅外光判斷目標相對位置,進而對飛行控制發出運動偏轉信號。當目標輻射紅外光能力足夠強時,紅外制導導彈甚至具備了“發射后不管”的能力。海灣戰爭中美軍擊落的伊拉克戰機,有40%都是由紅外制導導彈一擊命中的,現代空戰中紅外制導導彈擊落的敵機數量幾乎占到了空空導彈擊落敵機總量的 90%。目前的紅外制導導彈普遍使用了紅外成像導引頭,主要采用焦平面陣列成像裝置,其中最為典型的AIM-9X紅外制導導彈,不僅能實現智能制導,還能對干擾熱源和自然熱源進行有效辨別。

        除紅外制導導彈外,安裝在戰機上的紅外搜索跟蹤系統能與雷達系統密切配合,進一步破解電子干擾等戰場謎題。美國空軍還于今年年初發射了第四顆紅外導彈預警衛星,主要借助紅外探測手段,對導彈和火箭飛出大氣層后的發動機尾焰紅外輻射進行跟蹤,以實現更及時準確的導彈預警。

        為隱身絞盡腦汁——

        讓“發燒的武器”降降溫

        面對不斷改進升級的紅外探測技術,紅外隱身技術也迅速走上了發展的“快車道”。從上世紀80年代開始,新研制的武器裝備已經開始充分考慮紅外隱身設計,即便是被相機拍攝到紅外輻射的美國F-22戰機,也在極力追求紅外隱身,其飛行時的紅外輻射特征僅有F-15戰斗機的幾十分之一。為了更好地讓“發燒的武器”降溫,人們更是想出了紅外隱身的各類“蓋世武功”。

        降低溫度。減少紅外輻射的根本之策在于降低武器裝備各部位的溫度,縮小武器裝備與背景之間的溫差,讓紅外探測設備“看不見”或者“看不清”。為有效減少艦船排放熱廢氣帶來的紅外輻射,進入排氣管的廢氣可以通過注入海水進行冷卻。現代艦船還帶有噴霧自衛系統,能產生細密的水霧遮蓋住艦艇反射的光和紅外輻射。戰斗機也可以通過在燃料中加入添加劑,使尾噴流溫度顯著降低。

        改進設計。通過改進武器裝備的結構設計,盡量減小紅外輻射的輻射方向,也是實現紅外隱身的有效方法。戰斗機的紅外輻射主要來自發動機的熱部件、噴口的排氣羽流以及飛機機身。美國在設計隱身飛機時,通常通過遮蓋發動機發熱部件、冷卻排氣、用機身結構遮擋尾噴管等方式達到“降溫”目的。作為第一款投入實戰的隱身戰斗機,F-117就在駕駛艙上方設計出名為“鴨嘴獸”的奇特造型,有效屏蔽了戰機的熱輻射。F-22和F-35戰機則通過將水平尾翼延伸到尾噴口之后等設計,努力抑制發動機和噴管的紅外輻射。

        借助涂層。借助涂層對目標實施保護,也是一種有效的技術手段。能顯著降低目標表面溫度的泡沫保溫材料和硅橡膠,就可用于坦克等地面裝備的表面隔熱。艦艇上的發熱部分也可以使用熱絕緣材料和玻璃鋼排氣煙囪減少紅外特征信號。美國空軍目前正在為F-35戰斗機測試新涂層。這將顯著提升涂層表面的耐久性、黏合性并降低紅外輻射值。此前,F-16和F-22等戰機上就已經使用了紅外涂層表面實現機體的“降溫”。

        技術催生變革——

        戰場“隱身衣”呼之欲出

        事實上,除降低武器裝備溫度、改進結構設計以及借助涂層隔熱散熱外,改變目標紅外輻射的大氣窗口、光譜轉換等都是行之有效的“隱身”手段。改變紅外輻射的大氣窗口,主要是將武器裝備的紅外輻射值調整到紅外探測器的工作范圍之外。光譜轉換除能改變目標紅外輻射的能量與位置外,還能使目標的紅外圖像成為背景圖像的一部分,進而為武器裝備披上戰場“隱身衣”。

        近年來,人們還不斷通過各類技術革新找尋紅外隱身的新方法。美國威斯康星大學研究人員研發的超薄紅外隱身薄板,主要用于確保士兵及其裝備在戰場上的安全。這種厚度不足1毫米的新型材料的主要成分為太陽能電池中常用的黑硅材料,約94%的紅外光都被黑硅吸收以實現隱身效果。研究人員還發現可在超薄紅外隱身薄板中置入電熱元件,進而發出可迷惑紅外探測器的虛假熱信號,讓坦克等武器裝備與公路上護欄的紅外光輻射相差無幾。

        研究人員還從烏賊等“偽裝大師”身上獲得靈感,設計出一種可自適應反射紅外光的彈性新材料,能動態調節自身溫度以實現紅外“隱身”。除軍事偽裝外,這種新材料可調節建筑表面溫度、智能控溫服飾、太空防輻射或生鮮食品儲藏等,有望應用于航空航天、搶險救災、臨床護理、可穿戴設備以及智能建筑等多個領域。

        近年來,伴隨著紅外探測技術向著高精度、智能化和多樣化方向加速發展,對紅外隱身也提出了新的更高要求。未來,紅外隱身技術還將向著全波段隱身、全方位隱身、多功能隱身以及低成本等方向加速發展。其中,全波段隱身是紅外隱身研究的主流方向,兼顧聲波、雷達毫米波、可見光以及紫外等頻段的綜合隱身技術,或將成為未來戰場真正的“隱身衣”。(許玥凡 張璦敏  解放軍報

     

    責任編輯:胡光曲

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