第三节 伪装与隐身技术
一、伪装技术及其应用
伪装就是利用各种技术措施隐真示假,提高目标的生存能力,最大限度地发挥兵力、兵器的作战效能。伪装的基本原理是减小目标与背景的特性差别,降低目标被敌方探测的概率。
军事目标存在可探测特征。目标的可探测特征主要包括:目标的形状、尺寸、色泽、阴影、痕迹等可见光(即波长0.4~0.76微米的光波)信号特征,热辐射(即波长为0.76~1 000微米的红外辐射)特征,电磁信号(即波长1毫米以上的无线电波和微波信号)特征,声频(即频率20Hz~20 000Hz的声波)信号特征等。这些特征自然暴露,只要侦察接收到,就可发现目标。伪装就是要把这些目标特征尽可能地消除或降低到最低限度,采用相应技术手段可降低目标被发现的概率。
伪装技术措施主要包括:天然伪装、迷彩伪装、植物伪装、人工遮障伪装、烟幕伪装、假目标伪装及灯火与音响伪装等。
1.天然伪装技术,就是指利用地形、地物、夜暗、不良气候条件等,降低目标的可探测性(主要对付目视和可见光探测器材)。
2.迷彩伪装技术,就是利用涂料、染料等材料改变目标、遮障背景的颜色及斑点图案,以改变目标外形、消除目标的光泽、降低目标的显著性,可有效地防可见光探测,也能防紫外、近红外探测。迷彩伪装包括五大类:保护色迷彩,变形迷彩,仿造色迷彩,光变色迷彩,多功能迷彩。
3.植物伪装技术,是指利用种植、采集植物或改变植物颜色等方法对目标实施伪装。如利用树枝进行伪装等。
4.人工遮障伪装技术,是利用各种器材、材料设置遮蔽目标的屏障。主要有伪装网和变形遮障等。
5.烟幕伪装,是指将一些对光电波束有良好吸收和散射作用的固态或液态物质,通过机械分散方式或化学凝集方式分散在气体中而形成的。主要就是使用各种发烟器材。
6.假目标伪装,是指利用人工制造或设置的假目标,与真目标放置一起,以降低被敌方探测的概率。
二、隐身技术及其简要原理
隐身技术又称隐形技术,是降低目标原有信号特征的一种“低可探测和跟踪技术”,它实际上就是消除、降低或改变兵器在动态时所特有的雷达波、红外辐射、声响及可见光等物理信息特征,使现行侦察设备探测不到或探测距离大大缩短,制导系统无法跟踪或跟踪困难的一种技术。因此,隐身技术的实质就是反侦察和反跟踪技术。目前采用较多的隐身技术有反雷达、反红外、反可见光及反声测技术,也称为雷达隐身、红外隐身、可见光隐身和声波隐身技术。
(一)雷达隐身技术
要想提高目标的反雷达探测能力,就必须要减小目标的雷达散射截面积(RCS)。目标的雷达散射截面积可以这样来理解:假定在目标所处的位置上,有一个与入射雷达波束垂直的金属物体,投射在此物上的电磁波能量均匀地向各个方向散射。当雷达接收到的由该金属物体反射回的电磁波强度,与某个目标反射的电磁波能量强度恰好相等时,这时就可理解为目标的雷达波散射截面积与物体的面积等效,这时,我们就可把等效物体的面积当作是目标对雷达波的有效散射截面积(RCS)。科学家们发现,雷达能探测到某个目标的最大距离,在不考虑雷达的技术参数时,与目标的雷达散射截面积的四次方根成正比关系,即Rt=K(RCS)1/4,式中Rt为雷达探测到目标的距离,K为常数。简言之,当散射截面积增大10 000倍时,探测距离扩大10倍,当散射截面积缩小10 000倍时,探测距离就会缩短10倍。可见,要想缩短兵器被雷达探测到的距离,就应千方百计地减小目标的雷达散射截面积(RCS)。
具体的措施有:
1.改进外形和结构设计
可采取以下几个技术措施:第一是尽量缩小兵器的体积,减小兵器的表面积。第二是合理控制兵器的整个外形,避免表面采用较大的平面和凸状弯曲面,以抑制镜面强反射。第三是尽量减少兵器外形结构上的垂直相交表面,合理设计腔体,避免出现两面体、角反射的矩形槽等凹状强反射结构,以消除角反射等形成的高强反射。第四是合理设计机翼和尾翼,以使雷达反射波偏离探测(入射)方向,如改平尾翼为后掠翼、三角翼等。第五是去掉兵器外挂等装置,以减少其中存在许多角反射、镜面反射结构。第六是外表各部分尽可能地做到圆滑过渡,避免引起雷达散射突变,减小目标特征。
2.使用雷达吸波和透波材料
隐身材料主要分为雷达吸波材料和雷达透波材料两种。
雷达吸波材料是一种能将入射到兵器表面的电磁波转化为热能等其他形式的能量,或使电磁波因干涉而消失,达到吸收雷达波能量的一种材料。按其工作原理可分为三大类:

雷达透波材料是对雷达波保持透明状态的非金属复合材料,当雷达波辐射到这类材料上时,就如同光线照射到玻璃上时能穿透玻璃一样,能使雷达波穿过它继续向空中辐射,从而有效地降低雷达波沿入射方向反射回传的信号强度,达到隐身目的。雷达透波材料中最普通的有石墨一环氧树脂、凯夫拉等。
3.抑制兵器自身的电磁辐射
兵器在动态时都不同程度地存在着电磁辐射,必须采取有效的措施加以抑制。如尽可能地减少无线电设备;减小电缆的电磁辐射;用低截获概率技术改进电子设备等。
4.应用多重反射技术
任何形式的电磁波在辐射到介质表面时,都不可能将入射能量100%地反射回去,也就是说,电磁波经过反射后,能量都会有所损耗。雷达波在辐射到兵器的表面后,反射波的能量约相当于入射波能量的60%~70%,即损耗率为30%~40%。当雷达波照射到兵器表面后,若能在表面形成多次的重复反射,就能使回波信号强度大大下降。如可在兵器的表面开一些较小角度的“V”型槽,这样雷达波在照射到兵器表面后就会在其中反射多次。以每反射一次消耗30%的能量计算,经10次反射后,回波强度就会下降到入射波能量的2.7%,被敌雷达探测到的距离就会大大缩短。
以上措施的综合采用,使隐身兵器对雷达波的有效散射截面得到大幅度下降,如美军的B-1B、B-2A隐身轰炸机与B-52轰炸机的体积大体相当,但其雷达散射截面却降到了B-52的百分之一到千分之一,被敌雷达探测到的距离下降到B-52的三分之一到十分之一,大大改善了攻击时的隐蔽性,提高了攻击效果。
(二)红外隐身技术
通常情况下,兵器的热辐射源主要有以下三类:一类是发动机工作时产生的热源,如发动机的热辐射、喷气束的辐射等,辐射波长集中在2~5微米之间;二类是各种火器射击时产生的热量,如导弹尾翼的火焰、火炮的炮口(管)等;三类是运动体与介质之间的摩擦生热及兵器表面反射的太阳热辐射等。
一般来说,目标与背景之间的热辐射存在着差距,如飞机、导弹、火炮等目标比背景的温度要高出数百至上千度,其辐射能量强度要高出1~3个数量级。正因为如此,使用红外探测设备能将目标从背景中区分出来。红外隐身技术就是从这一点出发,通过降低或改变目标的红外辐射特征,使敌红外侦察系统侦察不到或出现至盲,从而有效降低红外探测概率,提高红外隐身能力。目前所采取的措施有:降低红外辐射强度;改变红外辐射特征;调节红外辐射的传输过程;实施红外对抗和干扰等。
(三)可见光隐身技术
实验表明,可见光探测系统的探测效果取决于目标与背景之间的亮度、色度、运动等因素的对比特征(即反差),其中目标与背景之间的反差是最重要的因素。可见光隐身技术就是通过减少目标与背景之间的这种亮度、色度和运动反差特征,控制目标的视觉信号,以降低被可见光探测系统发现的概率,提高目标的生存能力。主要技术措施有:
1.改进目标外形的光反射特征。如飞机和直升机的座舱设计成多面体,用小平面的多向散射取代大曲面的镜面反射,从而将太阳光向四周散射开去,减少光学探测系统发现目标的概率及瞄准、跟踪的时间。
2.控制目标的亮度和色度。
3.控制目标发动机喷口的火焰和烟迹信号。如采用不对称喷口、转向喷口或进行遮挡,改进燃烧室设计让燃料充分燃烧,或在燃油中加入添加剂,以减少烟迹等。
4.控制目标照明和信标灯光。
5.控制目标运动构件的闪光信号。试验表明,使用多叶旋桨和高于16赫兹的旋桨频率,都可有效避免桨叶的闪光信号。
(四)声波隐身技术
声波隐身技术就是控制目标的声波辐射特征,降低声波探测系统探测概率的一种技术。目前所采用和正在研究的声波隐身技术措施有:一是改进发动机和辅助机的设计,降低发动机噪声;二是应用吸声和声阻尼材料,如采用橡皮、塑料等材料,可有效地吸收、遮挡噪声的辐射;三是采用减振和隔声装置;四是增加螺旋桨叶数,以减小对周围介质的扰动噪音。如潜艇旋桨由4叶改为7叶时,空泡噪声可降低30分贝。
三、隐身武器及其应用
20世纪80年代以来,美国的多种隐身飞机大量装备军队,并先后投入战场,其他一些国家也在纷纷仿效,开始研制和发展隐身飞机和其他隐身兵器。特别是美国几种已经参战过的隐身飞机,在战争中发挥了重要的作用,正受到越来越广泛的关注。
(一)隐身飞机
1.F-117A隐身战斗轰炸机
F-117A是美国洛克希德公司研制的单座高亚音速隐身战斗轰炸机,主要用于携带激光制导炸弹对地面目标实施精确攻击。1983年开始交付空军使用,1990年交付完毕。美国空军共定购了59架,其中在训练中摔毁3架,1999年3月科索沃战争中被击落1架,其余55架现已全部退役。该机先后参加过美军入侵巴拿马战争、海湾战争、科索沃战争、阿富汗战争和伊拉克战争。
2.B-2A隐身战略轰炸机
该机1996年起开始装备。美国国防部宣布其单价约26亿美元。机长21.03米,翼展52.43米,机高5.18米,最大起飞重量168.4吨,最大武器载荷25吨。装有4台通用电气公司的F-118-GE-100无加力涡扇发动机,单台推力84.5千米,巡航速度M0.8,实用升限15 240米,作战航程8 045千米,进行一次空中加油可达18 500千米。其主要特点是:别出心裁的隐身外形设计;良好的隐身结构设计及独到的隐身材料设计等。一系列的隐身技术措施,使得B-2A的隐身能力远远超过以往的任何战略轰炸机,其雷达散射截面下降到了0.3~0.1平方米,仅为同等体积B-52飞机的千分之一。此外,B-2A还具有良好的超低空飞行能力,能在100米的高度高速突防,进一步降低了雷达发现的概率。该机参加过科索沃战争和伊拉克战争。
3.其他隐身飞机
除F-117A、B-2A以外,其他一些具有隐身能力的飞机还有SR-71高空隐身战略侦察机、B-1B隐身轰炸机、“暗星”侦察机,及美军于21世纪初服役的F-22先进技术战斗机。该机最大飞行速度可达M2.0,载弹量可与F-16等现役战斗机相当,造价昂贵,现已批量装备。
(二)隐身舰船
美国“海影”号隐身舰。1993年4月1日首次公布,长53米,宽23米,排水量约650吨,漂在水上犹如一只救生筏,具有较好的雷达隐身和声波隐身特征。其主要任务是:发射地对空导弹,保护己方航空母舰舰队免遭空袭。该舰由生产F-117A飞机的美洛克希德公司研制,首制舰研制费用高达2.5亿美元左右,单舰造价约在5 000万美元。
其他还有法国“拉斐特”隐身护卫舰等。
(三)隐身坦克
随着高技术反坦克武器的发展,提高坦克在战场上的生存能力的首要因素便是提高坦克的隐身性能。进入90年代以来,隐身飞机在战场上所取得的奇效,也进一步刺激了坦克隐身技术的发展。这些技术分别是:外形隐身技术,降低坦克的雷达波等反射特性;降低信号特征技术,减小动态时坦克的红外辐射;降低噪声;配备烟幕施放装置,利用烟幕阻敌光学侦察等。
(四)其他隐身装备
其他主要有导弹等隐形装备。如美国AGM-129型隐身战略巡航导弹。该导弹采用了有源冷却装置、红外抑制器和二元喷管等红外隐身技术;两个全动式腹部方向舵面和翼面均用全复合材料制成,以减小雷达散射截面积;导航系统采用地形轮廓匹配系统,并用激光雷达取代了雷达亮度表,被敌人发现的可能性显著减小,同时还因分辨率高而提高了命中精度。此外还有AGM/MGM-137型隐身战术导弹。另外还有隐身通信系统。它是通过扩展频谱和削减功率,并对产生的噪声进行编码,可使通信信号隐蔽在噪声中,使敌方误以为噪声而达到通信隐身的目的。近些年,美国、日本、俄罗斯分别宣称已经研制出了隐身衣。2003年日本科学家在因特网上公布了几张他们研制出的隐身衣的图片。据介绍,这种隐身衣是由光纤技术加上微型摄像机和显示器等组成,穿上了隐身衣之后,其身后的景物均能看到,从而达到了隐身的目的。