隐身巡航导弹采用的主要隐身技术分析

隐身技术是指通过对目标特征的有效控制，使其处在一定的遥感探测环境中能降低目标的可探测性，在一定范围内难以被发现的技术。从广义上讲，隐身技术包括雷达隐身、红外隐身、可见光隐身及声波隐身技术等，当前重点发展的是雷达隐身以及红外隐身技术，特别是雷达隐身技术，这也是狭义上的隐身技术。本文主要对导弹采用的雷达隐身技术和红外隐身技术加以分析。

1、雷达隐身技术

雷达隐身技术是通过减弱、抑制、吸收、偏转目标的雷达回波强度，降低其RCS值，使其在一定范围内难以被敌方雷达识别和发现的技术。雷达隐身技术又可分为电磁对消技术、目标外表的特殊赋形技术及隐身复合材料技术。电磁对消技术在国外已有较长时间的理论研究，但到目前鲜见实际应用的报道，后两种技术主要是要减小目标的RCS技术。

1.1目标外表的特殊赋形技术

当雷达波照射到巡航导弹上时，将形成反射波。反射波强度与多种因素有关，如雷达入射波的方向、巡航导弹外形等，因此在满足基本战术技术要求的情况下，要综合设计巡航导弹的气动布局和外形。分析和试验表明，降低RCS 值的非常实用的外形设计准则主要包括：消除产生角反射器效应的外形组合，如采用翼身融合体、内倾或外倾式单、双垂尾设计等；机/弹体外形采用组合的三维曲度和不断改变的曲率半径，避免长而恒定的曲线，以避免仰视和俯视雷达回波；进气道采用S形、内倾式或背负式等，合理安排进气/排气口，以减弱回波强度；飞行器翼面设计应合理调整其后掠角、展弦比、根梢比等参数，以减少散射源和用边缘衍射代替镜面反射；用某一部件对另一部件进行遮挡，减少机体突出物，尽可能去掉机/弹上外挂物或设计成可收入机内的吊架、雷达天线、风速管等，采用保形设计；尽量缩小机体尺寸。通过以上外形设计，可将RCS值大大降低。据报道，在空气动力学、动力装置没有重大突破的前提下，可将RCS值减少75%～90%；在上述两方面有重大突破后，可将RCS值减少90%～99%；如再提高隐身能力则需将外形技术、机载天线技术与材料技术结合起来，RCS值可减少99%～99.9%或更高。如美国的战斧Block、AGM-129A、法国的强盗-C型巡航导弹均采用以上多项隐身技术。

1.2 隐身复合材料技术

隐身复合材料技术主要指雷达吸波材料、透波材料与导电材料的应用技术。它利用隐身(吸波)复合材料的特殊电磁特性，将入射的电磁波能量转化成热能而耗损掉，以缩减飞行器某些关键部位的雷达回波强度。它是重要的隐身措施之一。

隐身复合材料包括涂敷性吸波材料、结构型复合吸波材料及有源吸波材料等。吸波材料的机理是使入射电磁波能量在分子水平上产生振荡，转化为热能，有效地衰减雷达回波强度。按吸收机理不同，可分为吸收型、谐振型和衰减型三大类。

1.2.1 涂敷性吸波材料

涂敷性吸波材料是用于涂在机体表面的一种吸收雷达波的涂料。80年代广泛应用的吸波涂料是各种铁氧体吸波材料，如用于厘米波段的锤-镐铁氧体，用于毫米波段的镍-锌铁氧体，加宽频带的有锤-锌铁氧体。F-1l7A、B-2、F-22隐身飞机主要采用了铁氧体吸波涂层。1987年美国还研制出一种非铁氧体基吸波材料，它是由多种视黄基席夫碱盐组成的含双键的聚合物，其吸波性能良好，重量仅为铁氧体的1/10，对雷达波的衰减可达80%以上。美国研制出的另一种新型"铁球状"吸波涂层，其特点是价格便宜，涂敷方便，可耐5000℃高温。此外，国外还正在研制含有放射性同位素的涂料和半导体涂料，其特点是吸收频带宽，反射衰减率高，使用寿命长，能较好地满足超音速飞行的气动要求。

1.2.2 结构型吸波材料

结构型吸波材料是一种既可作承力部件，又具有优良的电磁波吸收性能的复合材料。目前国外研制的大致有吸收剂散布型、层板型和夹心结构型三种。吸收剂散布型是由热塑性PEEK、PPS等树脂纺成单丝和复丝分别和碳纤维、玻璃纤维等特殊纤维按一定比例交替混杂成纱束，再将其编织成织物与同类树脂制成复合材料(F-117的V形垂尾、F-22的机身和机翼蒙皮采用了此吸波材料)。层板型是将复合材料制成多层结构，最外层为透波材料，中间层为电磁损耗层，最内层则由具有反射雷达波性能的材料构成。夹心结构型是用透波性良好且强度高的复合材料作面板，以蜂窝结构、波纹结构或锥形结构作芯子，再用石墨、磁粉、泡沫吸收材料填充而制成的复合材料。由于夹心结构型复合材料重量轻、比刚度、比强度高，易做成复杂曲线结构，因此该型复合材料在隐身飞机上已得到广泛应用。例如A-12、F-19、B-lB、B-2、YF-23等飞机上均不同程度地采用了该种材料，其中B－lB飞机上运用的该种材料竟占整个结构材料的30%。

1.2.3 其它新型隐身材料

目前，国外还在不断研究新的吸波材料，如具有螺旋结构、旋光性结构并利用其旋光色散特性吸收电磁波能量的手性聚合材料；具有极好吸波特性的纳米隐身材料；具有轻质宽频带特性的导电高聚物材料；涡流损耗和磁滞损耗来降低电磁波辐射的多晶铁纤维吸收材料；可具有感知功能、信号处理功能、自我指令并对信号做出最佳响应的新型智能型隐身材料等。总之，在不久的将来，新型吸波材料及其相关技术可能会有新的突破。

1.3 电磁对消技术

由于飞行器反射由雷达发射到飞行器上的电磁波，因此雷达会发现该飞行器。那么人们自然会想到，如果利用电磁对消技术，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，这便实现了雷达隐身。

实现电磁对消可采用无源对消技术，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。

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，该系统应具有多种功能，响应速度快，以便调整本机信号源的幅度和相位。显然，有源对消只能作为一种希望得到的方法，待将来时机成熟时再予以考虑。

2、红外隐身技术

红外隐身主要是抑制武器系统在敌方红外探测系统方向上的红外辐射强度。红外辐射源主要来自发动机本身的热辐射、尾喷管喷出的高温尾焰、武器系统表面气动加热、对环境辐射的反射等。对于巡航导弹来讲，主要的红外辐射源为发动机的喷口和尾焰，其次是蒙皮辐射和尾后羽状废气气柱的红外辐射等，如战斧系列海射型巡航导弹BGM-109A/C/D/E/F、Block 3、Block 4采用F-107-WR-103/400涡扇发动机和MK106-0固体火箭助推器，其涡轮进口温度为2033，喷管排气温度为315，燃气温度为3200。尾焰是指发动机喷管喷出的炽热火球，其大小、辐射强度与巡航导弹发动机推力、燃料种类、导弹飞行距离、飞行高度、飞行速度等参数有关，射程在600～1000km的巡航导弹，其尾焰长度在20m以上，在真空时其红外尾焰可达到300m以上，而洲际导弹的红外尾焰在真空时可达900m以上。巡航导弹蒙皮的温度随导弹速度的增加而呈指数规律上升，而红外辐射能量与温度成4次方的关系，因此其红外辐射强度将急剧增加。因此应将改进发动机结构形式、降低尾焰温度及其空间分布作为实现红外隐身的重点。

抑制这些红外辐射的技术主要包括：

•选用涡扇发动机，降低发动机及其尾焰的辐射强度。

•采用合理的外形技术；在采用低辐射发动机的同时，改变发动机及其喷管的外形结构，利用兼顾低辐射与动力要求的外形，来大大抑制其红外辐射程度。

•运用材料技术降低红外辐射。在燃油中掺入添加剂，在喷焰中加入吸收剂和冷却剂，一方面改变红外辐射频段，另一方面通过尾气与大气的迅速混合及冷却剂的作用，达到快速降温和降低辐射强度的目的。

•采用喷涂吸收红外及使用隔热泡沫塑料等材料来降低红外辐射。在高速飞行器表面喷涂吸收红外的迷彩和使用隔热泡沫塑料以及中远红外伪装涂层，可以大大降低高速飞行器的红外辐射强度。

•采用陶瓷复合材料制造喷管，并将喷管安放在弹体上方，遮挡向前下方的红外辐射，并在弹尾安装红外挡板。

•采用二元喷管，降低排气红外辐射。

•采用波瓣混合喷管，降低排气温度，改善温度分布。

•采用红外干扰技术。对于弹道导弹，再入段气动加热是其红外隐身的重点。因为弹道导弹再入大气层时，因剧烈气动加热、头部烧蚀及周围空气电离而形成的电离层尾迹能产生很强的电磁辐射。为减小辐射，提高导弹突防能力，美、俄等国都研制了采用添加易电离材料的推进剂的小型固体火箭发动机，通过控制推进剂配方，使发动机喷焰产生的电离尾迹的电磁辐射强度与真弹头的相近，以保护真弹头突防。另据报道，美国在核弹头上还采用了球形隐身罩和灰体涂层，使弹头在中段和再入段具有多种隐身功能。

3、等离子体隐身技术

所谓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（如对气体施加高能粒子轰击、激光照射、气体放电、热致电离等方法），部分原子中电子吸收的能量超过原子电离能后脱离原子核的束缚而成为自由电子，同时原子因失去电子而成为带正电的离子，这样原中性气体因电离将转变成由大量自由电子、正电离子和部分中性原子组成的与原气体具有不同性质的新气体，且在整体上仍表现为近似中性的电离气体。这种气体又被称为物质的第四态或等离子态。任何物质只要加热到足够高的温度，均能电离而成为等离子体。

等离子体在整体上呈电中性，但具有很好的导电性。等离子体的重要指标是其频率特性。如普通气体中有0.1%的气体被电离，这种气体就具有了很好的等离子体性质，如果电离气体增加到1%，这样的等离子体便成为导电率很大的理想导电体。

等离子体隐身技术与美国研究的"降低识别特征"的常规隐身技术完全不同。这种隐身技术不需要改变飞行器的外形结构便可大幅度降低飞行器的RCS值，使被发现的概率几乎为0。其隐身的基本原理是：利用等离子体发生器、发生片或放射性同位素在飞行器表面形成一层等离子云，控制等离子体的能量、电离度、震荡频率等特征参数，使照射到等离子体云上的雷达波在遇到等离子体的带电离子后，两者发生相互作用，电磁波的一部分能量传给带电粒子，被带电粒子吸收，而自身能量逐渐衰减，另一部分电磁波受一系列物理作用的影响而绕过等离子体或产生折射改变传播方向，因而返回到雷达接收机的能量很小，使雷达难以探测，以便达到隐身目的。等离子体还能通过改变反射信号的频率，使敌雷达测出错误的飞行器位置和速度数据以实现隐身。弹道导弹可采用等离子体包进行隐身，即在弹头外包一个密封的气包，气包内充满等离子体。还可以在弹道导弹的弹头和飞机关键部位采用等离子体涂料隐身。

等离子体隐身技术研究始于20世纪60年代，目前俄罗斯处于世界领先水平。俄罗斯在20世纪80年代初就重点对高空超音速飞行器采用等离子体隐身技术进行了实验，现在俄罗斯克尔德什研究中心已开发研制出第二代等离子体隐身产品。其第一代等离子体隐身技术产品是厚度为0.5～0.7mm、电压几千伏、电流零点几毫安的等离子发生片。该发生片可贴在飞行器的强散射部位，以减弱电磁波，改变信号长度。其第二代等离子体隐身技术产品为等离子体发生器，在等离子发生器里加入了易电离的气体。它除具备第一代隐身系统的功能外，还能向敌人发出假信号，使敌人判断错误。这两代等离子体隐身技术产品已进行了成功实验，并获准出口。目前俄罗斯正在研制第三代等离子体隐身系统。据预测，该隐身系统可能利用飞行器周围的静电能量来减小飞行器的截面积。此外值得一提的是等离子体隐身技术的研制和装备费用都十分低廉，这对于降低研制和装备费用是十分有利的。