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低可侦测性技术

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Stealth technology”的各地常用别名
中国大陆隐形技术[1]
隐身技术[2]
台湾匿踪技术
港澳隐形技术
美国F-117是第一种透过电脑运算,针对低侦测技术要项设计的作战军用飞机
美国F-117是第一种透过电脑运算,针对低侦测技术要项设计的作战军用飞机

低可侦测性技术(英语:low observable technology),也称为“隐形技术”(英语:stealth technology),是通过特殊设计、表面材质或装置,降低物体被侦测到的机会或缩短其可被侦测距离的科技。当前此等科技的主要应用在于军事用途,通过降低自方武器装备等目标物的信号特征,使对方难以发现、识别、追踪及攻击;从而提高己方战略战术目标的达成率,以及战场存活率。迷彩潜艇是该技术早期就有的代表,而隐形战机当前是该技术最先进的代表。

在战场上运用隐形技术的构想可能始于第二次世界大战期间的纳粹德国[3]经过一段探索时期,美国及其他少数军事科技先进国于1960、1970年代陆续投入技术的全面发展,然后自1980年代起开始将各种发展成熟的隐形技术应用在武器装备上。当前战场上的侦测系统,主要运用无线电波段(例如雷达)、红外线波段、可见声波(例如声纳)等原理;相应于此,军事隐形技术的研究发展也以抑制雷达、红外线、可见光、声波等面向的可侦测性为主。

无线电波段

具备隐形设计的波兰PL-01坦克
具备隐形设计的波兰PL-01坦克

无线电波段侦测手段使用最广的当属雷达,雷达在许多侦测手段上的有效探测距离和追踪的精确度最高,压制雷达的侦测能力是低可侦测性科技研究上的主要项目。目前公开的技术方面包括:减少反射讯号的强度,改变反射讯号的方向,以及降低自身发散的讯号。该技术最早被应用在战机上,现今也开始逐步运用于战车与水面舰艇

减少反射讯号

减少雷达反射讯号以达隐形效果的方式,包括运用等离子、雷达波吸收材料(Radar-Absorbing Material,RAM),以及改变外型设计等。

等离子隐形技术是利用等离子吸收电磁波的特性来取代雷达波吸收材料,据说可在不改变外型的情况下将雷达反射截面积降低十倍以上;这个技术的理论基础很早就出现,对于无线电讯号的隔绝现象也早有研究,不过目前尚未有正式公开或证实已研发成功的成品。现阶段以俄罗斯最热衷于开发等离子隐形技术,因为俄国并未跟美国一样有开发出隐形涂料与隐形外型,故以传统外型的战斗机加上等离子隐形系统进行试验,但至今仍遇到耗电量大的问题而有待改善。

在飞行器结构材料或是表面涂料上,使用雷达波吸收材料也是一种较早获得应用的做法;除此之外,还有以相反相位讯号抵销雷达反射讯号的做法,但发射主动讯号抵销雷达反射的技术层次相当高,目前公开拥有这种技术并系统实用化的国家只有美国与法国

改变反射讯号方向

雷达截面积(RCS)反射的范例
雷达截面积(RCS)反射的范例

计算反射的雷达截面积(Radar Cross Section, RCS)是一种衡量物体将讯号反射到雷达讯号接收装置强度的方式;截面积愈大,表示在该方向上反射的讯号强度愈大,该物体也就愈容易被雷达侦测到。减少雷达反射截面积的主要方式,是利用物体的外型将入射的讯号反射到其他方向上,使得雷达无法在该方向上取得足够的讯号强度。


在外型隐形的应用上,可利用物体外型的特性(如:钻石面构造)将电磁波向平行角度折射,同时减少或隐藏大量增加反射截面积的物件,例如涡轮扇发动机的第一级风扇、鸭翼等,达到隐形的效果;然而,由于利于隐形的外型常与符合空气动力学的设计要求冲突,设计隐形航空器的最大挑战,即在于如何在低可侦测性与运动性能两方面取得良好的妥协。由于改变反射讯号的方向必须考虑到物体的外型以及入射与反射之间的角度关系,在设计的阶段必须能够计算物体的形状,角度与反射的讯号方向的关联以及加以预测和计算。有关这方面的理论研究来自于苏联的科学家,然而当时研究的目的却与军事一点关系都没有。美国空军在发现相关的论文之后加以翻译,交给洛克希德臭鼬工厂的两位电脑专家,花了六个星期的时间开发出第一套可以计算与预测的计算机程序。这一套程式的第一个作品就是F-117夜鹰战斗攻击机

此概念于海军水面舰艇上的运用,如瑞典伟士比级护卫舰法国拉法叶级巡防舰英国45型驱逐舰等,是早期利用几何形体设计的隐形船舰。

降低自身散发的讯号

除了抵销入射的讯号之外,还必须严格控制自己发出的各种讯号,包括雷达、通讯以及其他电子装备散发出来的噪声。这方面牵涉到的考虑以及运用方式很广,譬如说雷达在操作时的必须精确的控制发出的能量,以免被其他的侦测系统接收等等。

阻碍讯号效率

雷达讯号在空气中有十足的效果,然而在其它介质的环境如水中效果会变得非常差,因此只要进入讯号无效的环境便可防止被侦测。潜艇在水中航行时雷达是侦测不到的,因此不需投入任何新技术即可达到隐形的效果。

红外线波段

机械或者是电子装置在运作的时候都会产生废热,人体本身也会散发能量出来,这些都可以利用红外线波段的侦测装置加以搜集。目前主要的控制方式包括两类:一种是利用周遭较冷的空气或者是其他的媒体吸收发出的热量,减低散发的讯号强度。另外一种是采用涂料或者是其他的手段,改变产生的红外线讯号的波段到比较容易被大气吸收或者是常见的侦测装置使用的波段以外,以达到遮蔽讯号的目的。

对于军用车辆,使用混合动力技术可以降低废热。

可见光波段

可见光的隐蔽手段可以说是人类向大自然与其他物种学习的一个例子,由其他生物与生俱来的能力中得到的启发来达到隐蔽的目的。最简单的手段就是利用人类无法在夜间看到远处和深色物体的天生缺陷(早期的隐身术即是该技术的运用),其他常见的使用方式包括与环境类似的迷彩,或者是可以欺骗眼睛判断能力的图形或者是颜色。另外,潜艇潜至深海不可透光处(约海平面200 m以下)与早期夜间战斗机在视野差的黑夜里作战也是该技术的运用。未来的研究方向是将自身周遭的光线加以折射,类似改变雷达波反射方向的概念,使得肉眼或者是可见光侦测装置无法看到目标。

科幻题材文学、影视、娱乐作品中出现的“光学迷彩”系可见光波段隐形的运用。

声波

虽然声音的传递距离有限,效果不佳,但是这可以说是各种生物,尤其是动物都具备的侦测能力,人类自然也不例外。降低声音的手段非常的多,譬如利用软性材料加以吸收,改变机械装置的设计减少摩擦或者是碰撞产生的音响讯号,使用混合动力技术等等。因水对声音的传导性极佳,因此目前监控水面下潜艇的最常用方法便是用声纳,所以军用潜艇的设计非常重视降低噪音。

目前美国生产的海狼级核潜艇维吉尼亚级核潜艇与俄罗斯生产的基洛级潜艇奥斯卡级核潜艇等主力潜舰,具有先进的吸音瓦,以减少敌舰声纳发射的讯号反射。其中俄制基洛级潜艇由于隐蔽性极佳,被军事专家昵称为“大洋黑洞”,同时成功外销到中国越南伊朗印度等国。

低噪音直升机在军事及民用上都很实用。

混合动力军用车辆可以降低噪音、废热(红外线),而且又可以减少燃油消耗量(战场上运费很贵、风险也很高),在军事上也很有实用性。

参考文献

  1. ^ 空中幽灵!美媒称B-21隐形技术远超B-2. 新华网. 2016-05-16 [2019-11-28]. (原始内容存档于2019-11-28). 
  2. ^ 美媒:隐身战机近期仍难被侦测摧毁. 新华网. 2019-04-18 [2019-11-28]. (原始内容存档于2019-11-28). 
  3. ^ Myhra, David (July 2009). "Northrop Tests Hitler's 'Stealth' Fighter". Aviation History 19 (6): 11.

外部链接

参见

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低可侦测性技术
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