电磁亦疯狂主动反雷达隐身技术.docx

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电磁亦疯狂主动反雷达隐身技术

电磁亦疯狂－－主动反雷达隐身技术

主动反雷达隐身技术也称为雷达干扰技术，指采用有源干扰或无源干扰方法来规避敌方雷达探测设备探测的一种技术。

由于它是一种积极主动的雷达隐身技术，相对于被动反雷达隐身技术来说，主动反雷达隐身技术具有成本低、易制造、容易在现有飞机上安装、维护简便等优点。

该技术近十几年来越来越受到各国专家的重视，主要包括低截获概率雷达技术、电磁对消技术、具有压制性干扰和欺骗性干扰的射频干扰机／雷达诱饵技术、等离子隐身技术、锌铂条、角反射器等。

低截获概率雷达技术　　这种技术就是在保证完成任务的情况下，尽量减少机载电子设备电磁信号被截获的机会，如自动管理发射功率，雷达一旦捕获到目标，立即自动将辐射能量降低到跟踪目标所需能量的最小值。

在时间、空间和频谱方面控制雷达的发射，并快速改变其发射频率等，使敌方以为是杂波而难以发现察觉。

例如F/A-22的AN/APG-77火控雷达系统就采用了这种技术，它由大约2000个很小的发射／接收模块组成有源电子扫描阵，可以同时进行搜索、干扰和通信功能。

它可以在很短的时间内发出电磁波脉冲，而且似乎以随机变化频率和波形射向不同的地方，使敌方很难探测或者被搞得晕头转向。

　F-22利用雷达等传感器和计算机存储器识别敌方的雷达信号，确定敌方雷达锁定目标所需的时间，以便在敌方雷达重新启动锁定循环的同时将雷达波束转到执行其他任务，并在适当时间转回来对敌方进行干扰，直到离开敌方雷达的探测范围。

F-22的雷达对敌方雷达进行干扰时，只要分出一些发射／接收模块来发出一股很细的波束在很窄的频段内进行干扰即可。

F-22采用的干扰方法可能涉及保密的速度门拉离和距离门拉离技术，以此来躲避敌雷达被动探测或反辐射导弹的攻击。

与此同时，F-22的飞行员还可利用其雷达来了解敌方的电子战次序（EOB），这个术语是指确定战场上的电子信号，识别遇到的设备（如引导面空导弹的雷达）并精确标出它们的位置。

电磁对消技术　　由于雷达靠稳定的电磁波同波来探测目标，因此利用电磁对消技术，使飞行器等效为一个无反射体，那么飞行器就不会被雷达发现了，也就实现了雷达隐身，这就是电磁对消技术的原理。

电磁对消可分为无源对消技术，即阻抗（或电抗）加载技术，以及有源对消技术，或称有源加载技术。

　　无源对消技术就是在目标表面引进另一个回波源，例如在表面开槽或开孔，通过合理设计，使其散射场和原散射场相抵消。

这种方法的优点是不破坏原有外形，不增加自重，结构简单、制造容易、经济性好等。

但这种方法只对简单形体容易实现，而对有众多散射中心的复杂目标，实现起来比较困难。

此外，无源对消技术不可能覆盖所有频率，因此发展前景不大。

　　有源对消技术是建立在逆反射基础上的，目标必须能预知本身的电磁散射特性，然后发射一幅度与之相等、相位与之相反的电磁波，使之与目标本身的散射场相对消。

要实现对消就要对目标本身成像，这就要求设计出一套先进的系统。

该系统应其有多种功能，响应速度快，以便调整本机信号源的幅度和相位。

有源对消法采用相干手段使目标散射场和人为引入的辐射场在敌方雷达探测方向相干对消，使敌方雷达接收机始终位于合成方向图的零点，从而抑制雷达对目标反射波的接收。

目前，美国装备的B-2隐身轰击机所载的ZSR-63电子战设备就是一种有源对消系统，它主动发射电磁波来消除照射在其机体上的雷达能量，大大降低了自身的RCS。

雷达干扰技术　　雷达干扰技术是现代飞机等飞行器应用最广泛最成熟的一种技术，已有几十年的历史。

该技术利用雷达告警接收机、射频干扰机以及诱饵等进行电子欺骗和干扰，可使作战飞行器战场生存能力提高50%以上。

通过全向雷达告警在360°范围内探测接收来自地面和机载的电磁波信号；用先进计算机鉴别战斗机可能遭到威胁的雷达工作频率，用射频干扰机发射这种频率脉冲，使敌方雷达屏幕上出现虚假信号；或在兵器上安装干扰机，不断发射干扰信号；或采用先进的空射或拖曳诱饵系统。

这种诱饵能辨认敌方雷达或红外探测信号，并能快速产生对抗信号，使敌方误认为诱饵是真目标。

目前，美欧空军都十分重视雷达电子干扰技术，大部分现役战斗机，如F-15、F-16、F/A-18、EF-2000、“阵风”等都装有先进的雷达电子干扰设备。

等离子体隐身技术　　等离子隐身技术是目前谈论最多的一种隐身技术，很多苏俄武器迷对它寄予厚望，希望这种技术与苏式超级机动战斗机结合，可以打造出能够与美式新战机一较高低的未来超级战斗机。

　　这种隐身技术依赖的等离子体是指当任何不带电的普通气体在受到外界高能作用后，部分原子中电子成为自山电子，同时原子因失去电子而成为带正电的离子。

这样，原中性气体变成由大量自由电子、正电离子和部分中性原子组成的新气体，该气体被称为物质的第四态或等离子态。

等离子体能够吸收雷达电磁波。

当外界雷达波的频率高于目标等离子的本底频率时，高频雷达的波信号进入等离子体，通过波与带电粒子的相互作用，把波的能量转移到等离子体的带电离子上，从而减少反射回雷达站的电磁波信号。

　　当外界雷达波的频率低于目标等离子的本底频率时，电磁波具有绕过等离子体的倾向。

这是因为等离子体对电磁波来说相当于一个凹面镜，电磁波进入等离子体后会偏折方向，自然绕过等离子体，从而绕过被等离子体包裹的物体。

　　等离子体能够使反射的电磁波失去原有的频率和相位特征。

入射的雷达电磁波信号在等离子体中会通过散射而发生频谱展宽、频移、相移，甚至通过激发不稳定性而发生模式转化，使得出射电磁波完全丧失入射电磁波的特征。

即使雷达站截获反射信号，也无法计算得到目标的准确位置和速度信息。

　　生成隐身等离子体的方法　主要有脉冲放电式、电子束式、微波／激光激发式、碱金属燃料燃烧、放射性同位素涂层等。

　　脉冲放电式即在低温下，通过电源以高频和高压的形式提供的高能量产生间隙放电、沿面放电等形式，将气体介质激活，电离形成等离子体。

　　电子束式是一种仿照老式电视发射机的阴极电子束产生装置，在真空中产生电子束，将气体介质激活，电离形成等离子体。

　　碱金属燃料燃烧是在燃料中掺有铯、钾、钠等易电离成分，从而形成火箭和喷气式发动机的燃气射流，这些都可以形成弱电离等离子体。

　　微波激发式采用微波与自转磁体的组合方法激发易电离气体介质，生成等离子体。

　　激光激发式采用激光激发易电离气体介质，生成等离子体。

　　放射性同位素涂层是在飞行器的特定部位（如强散射区）涂层放射性同位素对雷达波进行吸收。

与前者相比，放射性涂料对其成员和维护保障人员十分危险，维护困难且维护成本极高。

（注：

在这里有必要说明一下，被动隐身技术与主动隐身技术有时难以截然分开，例如在被动隐身技术中采用放射性同位素涂层产生等离子隐形的功能也包含了积极的隐身技术成分）。

　　隐身等离子体存在方式　目前在飞行器表面产生隐身等离子体的存在方式分为外部开放式（开式）和封闭循环式（闭式）以及二者混合式。

　　·外部开放式　就是用于隐身的等离子气体是覆盖在飞行器体表上。

根据产生等离子体物质的来源不同又分为大气电离式和携带工作气体介质等离子体发生器。

其中，大气电离式就是采用各种激发方法将飞行器外表面的大气电离而形成等离子体，通过大气等离子体来吸收反射干扰雷达波而达到隐身目的。

而携带工作气体介质等离子体发生器是利用放电、微波等各种激发方式将工作气体在发生器内电离，然后利用压力差释放到飞行器外面形成等离子体层，从而达到隐身目的。

显然，这种发生器相对于大气放电形式具有结构简单、工作可靠、维护便利、成本低廉等优点。

　　外部开放式等离子体隐身技术与传统的被动隐身技术相比具有很多优点：

吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好（尤其对长波）、对飞机的外形没有特殊的要求、无须改变飞机的气动外形设计。

此外，在气动上利用等离子体隐身技术还可以大大减少飞行阻力，经试验减阻可达30%。

其缺点主要有对电源要求高，电源要有较高的功率。

大气放电需要超过万伏的高压、要覆盖整个飞行器的表面，必须大功率电源才能产生足够量的低温等离子体，能耗太大，电源和燃料都太重。

因此，用大气压放电的方法产生包覆整个飞行器的等离子体层不太现实，只能用在重点强反射部位。

而等离子发生器也面临同样问题。

　　外部开放式等离子体流场难稳定维持，很难形成大面积均匀等离子体覆盖层。

在大气中高速运动的飞行器表面低温等离子体极难控制。

磁约束系统太重，能耗太大，亦不可行，要在飞行器表面形成长时间稳定的大面积均匀等离子体更非易事。

　　等离子体产生器对于机载弹药也十分危险。

产生等离子体通常需要高压，甚至高频微波来电离气体，有引爆机载油料和弹药的潜在危险。

等离子体屏蔽雷达探测信号的同时也屏蔽了飞行器自身的导航、通讯、火控等电磁系统，使飞行器和外界失去了联系。

　此外，其最致命的缺点是等离子体自身也辐射一定频率的电磁波（尤其是本底频率），极容易被敌方采用无源被动雷达所探测。

另外，开式等离子体有强烈的可视和红外信号源，容易被目视（夜间）和红外探测所发现和攻击，应用前景受到很大限制，不容乐观。

　　因为开式等离子技术存在上述的种种缺点，限制了其在飞行器上广泛的采用，顶多用在重点强反射部位，其它部位还得使用常规隐形方法。

目前只有美国“三叉戟”型潜射弹道导弹装备采用了这种等离子隐身技术。

　　·封闭循环式　为了解决外部开放式等离子体隐身在大气中高速运动时飞行器表面等离子体难控制、流场难维持稳定以及降低可视和红外信号等问题，科学家自然想到了采用向日光灯那样将等离子体密封屏蔽在透波的材料中的办法。

美国早在上世纪80年代初就实验了将等离子发生片布置在以酚醛树脂为透波封闭材料的隐身无人机技术，其基本原理就是将等离子发生装置产生的等离子体封闭在酚醛树脂为表面透波材料密闭的空间内，这样做不仅能减小发生器的体积重量、发射功率、还节约了能量，等离子发生器的开闭可自由控制，以实现飞机的隐身或不隐身两种状态。

　　除了在气动上不能减阻外，相对于开式等离子技术，采用各种透波材料制作的真空腔体内放电激发等离子体的封闭循环式具有的优点是：

控制简单，类似控制日光灯，可以解决屏蔽自身通讯问题，激发功率也小得多。

最简单的直流辉光放电就能满足要求，消耗能量少、等离子的密度高、对电源的要求低、重量轻、用透波材料制造瓦片覆盖飞行器表面，非常容易实现长时间稳定的大面积均匀等离子体。

而且因为是在腔体内放电，不受外界气流的影响，无论周围大气多复杂、气压变化多大、空气成分如何、飞行器运动多快、飞行姿态如何、甚至在空气稀薄的大气层之外也没有任何影响。

　　采用封闭式等离子隐身的最大难点在装配制造上。

如果将飞机的所有表面上铺设闭式等离子材料，其一是结构重量增大，影响机动性能。

另外，最难的是飞机机身与机翼接合处、进气道、座舱、起落架、尾喷口等外形复杂的过渡如何加工制造及铺设（这就要求飞机有像B-2那样简单一体化的外形设计），因此将闭式等离子体隐身装置瓦片覆盖整个机身表面也不太现实。

B-2就采用将闭式等离子体隐身装置瓦片覆盖在飞机局部雷达回波强反射区内的方法。

它的缺点是载机雷达如何在被动工作状态探测工作以及主动工作时隐身的问题。

　　自20世纪60年代以来，美国、苏联等国就开始研究等离子体吸收电磁波的性能。

美军早在80年代就秘密掌握了等离子隐身技术，并成功应用在弹道导弹和B-2大型隐身战略轰炸机上。

近年来，等离子体隐身技术在俄罗斯也取得了突破性进展。

　　1999年初，俄罗斯克尔德什研究中心就已研究开发出第一代和第二代等离子体发生器（其实这两种都属于外部开放式等离子体隐身技术）并在飞机上进行试验获得了成功。

据悉，其第一代产品是等离子体发生片（高频大气放电式），其厚度为O.5-0.7毫米，将该发生片贴于飞机的强散射部位，电离空气即可产生等离子体。

第二代产品是等离子体发生器，在等离子体发生器中加入易电离气体，经过脉冲放电，对电离介质的电离，即可在发生器安置部位周围产生等离子体云层。

经飞行试验证明，它不仅能减弱雷达的反射信号，还能通过改变发射信号频率实现隐身。

　目前，克尔德什研究中心正在应用新的物理知识研制效果更好的第三代产品。

据称，第三代产品可能利用飞行器周围的静电能量来减小飞行器的雷达截面。

不过笔者认为，俄罗斯遮遮掩掩所谓第三代产品也不过是像B-2那样采用的是封闭循环式等离子隐身技术罢了。

另外，英、法等国在等离子体研究领域的某些方向上也取得了突破性的成果。

如法国航空航天研究院成功地研制了完全隐身的等离子体雷达天线。

这种等离子体天线将首先用于反导弹防御系统的预警及跟踪，海军则用于对远程超声速反舰导弹的防御。

另据报道，法M-51弹道导弹可能也将采用等离子隐身技术。

　　综上所述，无论是外部开放式和封闭循环式等离子主动隐身技术，其相对于传统的被动隐身技术具有优点是：

吸收、反射、干扰的频带宽、效率高、隐身效果好（尤其对长波），其中外部开放式对飞行器外形没有特殊要求、无须改变飞机的气动外形设计，还可以大大减少飞行器飞行阻力等。

但该技术也存在着许多缺点和不足：

要想实现飞行器整体隐身，就得使等离子体层覆盖整个飞行器表面，导致所需电源功率极高，整体设备体积庞大笨重。

以今天的科学技术，这种飞行器的能否飞行还不得而知。

　　此外，其致命的缺点是等离子体自身也向外界辐射大量的电磁波（尤其是本底频率），极容易被敌方采用无源被动雷达所探侧，如捷克“维拉”、美国“寂静哨兵”反主动隐身雷达或者利用F-16在2003年就实现的AT30战术目标定位技术。

实际上该技术就是利用三角定理与多普勒原理实现对包括地面、海上和空中目标的辐射源测距定位，以及对敌方与空防有关的射频辐射源进行快速和精确定位。

3架飞机联网并共享精确信号测量结果，在不使用任何外界硬件的情况下，能够覆盖从360°方向上任何角度来的敌方辐射源进行快速精确定位。

那种奢望将等离子体覆盖整个机身表面而实现全面主动隐身的想法还不太现实，只能应用在某些局部的雷达强反射区。

笔者认为只有等离子隐身技术（适合用于在远程对长波段雷达隐身）和其他隐身技术综合互补，才能取得更好的效果。