科幻照进现实,等离子体隐身技术距离我们还有多远?


隐身技术是目前各型军事武器装备发展的重要方向,随着科技手段的不断进步,战争正向着全时、全频、全天候的方向发展。以前打仗,比谁火力猛,谁的装甲厚,而现代战争比的则是谁打得准,谁能率先发现,谁能不被发现。举个例子,海军炮舰时代,战列舰的装甲厚度、舰炮口径不断攀升,而到了反舰导弹时代,“皮”再厚,也没有几枚导弹解决不了的。所以目前水面舰艇发展的趋势主要集中在隐身设计,以及防空反导能力。以至于出现了多次货船撞军舰,货船没咋地,军舰沉了的糗事。

科幻照进现实,等离子体隐身技术距离我们还有多远?

近几年,水面舰艇和航空器的隐身技术主要围绕在隐身设计和新材料的使用上,以此达到减小雷达反射面积的作用。比如战斗机将机身剖面改为棱形、采用翼身融合的设计思路、采用DSI进气道设计、武器内置等等。这些方法虽然很大程度降低了飞机的雷达散射面积,但也或多或少降低了飞机的某些性能,比如武器内置减少了载弹量、大规模采用翼身融合或飞翼式布局影响了飞机的飞行性能。而除了隐身设计,所谓“等离子体隐身技术”同样也是国内外的研究热点,通过这篇文章,笔者和大家简单地聊聊,这等离子体隐身技术到底是个啥。

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我们先来说说“隐身”。现在我们所提到的“隐身”是一个不算太严谨的说法,隐身不代表看不见,而是指如何将目标雷达散射面积(简称RCS)降到最小。所以我们所说的“隐身”是针对雷达等电磁波探测手段。如果放到二战,那隐身的概念应该是声学意义上的隐身和光学意义下的隐身。而等离子体隐身技术,则围绕着如何让雷达看不见,而相比于隐身设计的被动模式,等离子体隐身技术则是一种主动的隐身方式,让雷达变“瞎”。

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其实这“等离子体”不是啥新鲜事,其与我们的生活日常息息相关。官方给出的定义是“包含足够数量的非束缚态电荷的多粒子体系”,实际上我们日常生活中所看到的闪电、极光、火焰等等这些都存在等离子体,属于自然形成。而人工等离子体包括日光灯、霓虹灯、等离子体显示屏等等。可见等离子体已经与我们的生活息息相关。而把等离子体应用在隐身技术领域的想法则是某种意义上的巧合。

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人类最早发现等离子体对电磁波散射存在差异是在1957年。苏联发射第一颗人造卫星时人们发现,人造卫星在等离子体层的影响下,其电磁散射特性与普通金属球体不一样。而到后来美苏在进行低空核爆试验过程中形成的等离子体区域,对雷达电磁波有十分明显的“黑障”作用。这一现象引起了科学家们的注意,在冷战背景下,等离子体对雷达波的黑障作用很快便与军事产生了紧密联系,并展开了相关研究。但由于技术受限加上隐身作战在当时很少被关注,直到1990年“等离子体隐身技术”这一概念才被搬到台面上。

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举个例子,就我个人理解,玩过《红警》的应该知道,有个东西叫做“裂缝发生器”,有了它,对面的间谍卫星就看不到你了,这个“裂缝发生器”很可能和这个等离子体隐身技术相类似,只不过游戏毕竟是游戏,更加科幻罢了。

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等离子体隐身技术在原理上实际上并不难,只是距离实现还有一定距离。等离子体对电磁波的作用主要分为两种,一种是折射一种是吸收。这两种都好理解,折射就是将特定频率电磁波“弹”出去,吸收就是通过等离子体和电子的一些性质,使得电磁波逐渐衰减。而具体采用哪种方式更为有效,还需要继续探索,不断研究。

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说了这么多,那等离子体隐身技术比传统的隐身设计好在哪呢?传统的隐身设计实际上生存空间正被逐渐压缩,随着雷达探测波段频带范围的不断增加,探测精度日渐提高,各种大型反隐身雷达的使用,都对传统的隐身设计造成了不小的威胁,而等离子体隐身目前不存在这些问题,除非关于等离子体或电磁波理论有相关的,突破性的理论提出。

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采用等离子体隐身技术能够将飞行器或水面舰艇从有棱有角的隐身设计中解放出来, 无需改变平台原有的外形设计,不会影响武器效能。类似B-2这样的飞翼式布局,虽然把隐身设计发挥到了极致,但极大影响了其飞行性能,一旦被敌方发现,基本没有逃跑的可能性。而采用等离子体隐身技术则可以在实现雷达隐身的同时,兼顾机动性和突防能力。换句话说,一旦技术成熟,把歼-7拉出来也能实现隐身。

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此外就是使用成本低,维护简单。众所周知现有的隐身战机使用新材料和特殊的吸波涂层,十分娇气。不光是飞机本身维护费用高昂,其对停放条件也较为苛刻,比如美国的F-22需要特殊的恒温恒湿机库,机库和附加设施建造成本高昂,而随着隐身涂料技术的发展,目前以F-35、歼-20为主的隐身战机已经不过分强调停放环境,但维修保障成本依旧十分高昂。从这些角度来看,虽然等离子体隐身技术尚不成熟,但未来势必会成为隐身技术的一大发展趋势。

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目前等离子体隐身技术主要存在以下几个问题,首先就是能耗较高。等离子体发生装置想要维持一定密度和一定范围的等离子体能耗较高,想要安装在“寸土寸金”的飞机上不太现实。其次就是装置的小型化的问题,等离子体发生装置的体积是影响其实用化的重要因素之一,想要安装在体积较小的战机上面临不小的困难,同时虽然实现了装备隐身,但等离子体发生装置本身无法实现隐身。

还有一个不能忽视的因素,等离子体在吸收或折射敌方雷达电磁波时,对己方的雷达信号、通讯、导航等都会造成严重影响。而产生的等离子体参数与预设值存在一定差异,容易影响隐身效果。在电弧放电产生等离子体时,会产生射频辐射和较为强烈的紫外线,不仅会对飞行员和飞机本身造成一定的损伤,这些信号也会被敌方轻易探测到。种种原因导致,目前等离子体隐身技术尚不成熟。

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一旦相应问题被解决,该技术很可能会最先应用于水面舰艇,并逐步过渡到飞行器。笔者毕竟不是专业的,但对于未来隐身技术的发展,我还是更为看好等离子体隐身技术,因为目前各国在该技术的人力、物力都远不如对隐身设计和新材料领域的研发,如果能足够重视起来,在科技发展日新月异的今天,一切都不成问题,更何况,摆脱隐身设计的条条框框,工程师们能够发挥天马行空的想法,相信战机的性能又将会上升到一个新的层面。