電漿隱形

電漿是繼固體、液體、氣體之後的第四種特質形態,因而也被稱為物質的第四態。以水為例:正常條件下,當溫度低於0度時水呈固態,也就是所謂的冰;當溫度超過0度時,水呈液態也就是通常所說的水;當溫度超過100度時水呈氣態,也就是水蒸氣;再將水蒸氣繼續加熱至幾千度水就進入了第四種形態,也就是等離子態。 電漿根據溫度的高低可分為熱電漿和冷電漿。

何謂電漿及電漿隱形

熱電漿溫度可達幾千、幾萬、甚至上億攝氏度。冷電漿的溫度則接近於常溫;從成因上看電漿又何分為天然或者人造二種形式。地球環境中的電漿主要是閃電、隕星再入所致。而在地球之外電漿則大量存在,距地表幾百公里的電離層就是一個電漿層,太陽之類的恆星也是一個大電漿,據稱宇宙中97%的物質都是以電漿的形式存在; 人類製造的電漿也是多種多樣,核彈爆炸會產生大量高溫電漿。而日常生活中的霓虹燈、燈棒、等離子電視等也會產生電漿。只是這些電漿都是低溫電漿,主要是能過電離某些惰性氣體而產生;所以,切莫以為電漿距離我們很遙遠,其實它是無處不在,甚至每天都存在於我們的身邊;

電漿為什麼具有隱形功能呢?這主要是因為電漿對無線電波具有折射與吸收作用。對此可以引述一下相關的材料給予說明:“電漿是一種特殊的濾波器,當雷達頻率低於電漿頻率時,雷達波被全反射,電漿能以電磁波反射體的形式對雷達進行電子干擾,即通過雷達波往返傳播途徑彎曲,雷達顯示屏上出現的是攻擊武器的虛像,而不是武器的真實位置。當雷達頻率高於電漿頻率時,雷達波能進入電漿被吸收,從而使雷達接受到的攻擊武器的信號大為減弱。以上這些功能,使電漿成為新型電子干擾和隱身物質,其中套用隱身技術是最有發展前景的一項技術。”

關於電漿對於無線電波的吸收作用可以從衛星/飛船回收過程中所經歷的“黑障區”有個直觀的認識:當衛星/飛船以極高的速度返回大氣層時,其表面的溫度會因劇烈的空氣摩擦急速上升到幾千、上萬攝氏度,此時衛星與飛船的表面空氣會因為溫度升高而變成電漿並將衛星/飛船嚴密包裹起來;由於電漿對無線電有強烈的吸收作用,因此地面跟蹤雷達將會因為沒有回波信號丟失目標,無線通信也因等離子氣團的包裹而無法進行。此時衛星/飛船與地面之間的一切聯繫將中斷,即形成所謂的“黑障區”。只有等衛星/飛船速度下降、表面空氣溫度降低,電漿消失之後雷達才能重新跟蹤,通信也才能恢復正常。正是基於電漿這種奇妙的電波吸收與禁止作用,軍事強國都對電漿隱形抱有極大的興趣,試想:如果在己方的飛機、軍艦、飛彈等主戰裝備上也都包裹一層電漿,那敵方的雷達豈不都成了睜眼瞎?

電漿隱形技術發展的現狀及優缺

關於電漿隱形技術的套用,目前以俄羅斯為先。俄羅斯發展電漿隱形的主要思路是在飛機等主戰裝備表面形成電漿氣團,從而達到吸收、折射對方雷達波之目的;其具體思路是:利用電漿發生器、發生片、放射性同位素在主戰裝備表面形成一層等離子云,並設計等離子的特徵參數(能量、電離度、振盪頻率和碰撞頻率等)滿足特定要求。

優點

俄羅斯及別的國家理論研究表明,電漿隱形有幾個突出的優點:

(1) 隱形效率高。

首先,電漿可以達到99%的吸收或折射效果,這樣的效率遠遠超過現有吸波材料,接近完全吸收;其次,電漿具有很寬的吸收波段,基本可以對所有波段的雷達波進行吸收和干擾。而目前美國的隱形技術只對短波雷達有效,對於長波雷達效果卻不甚理想。

(2) 不改變裝備的外形結構。

傳統吸波材料效率不是很高,所以要實現隱形主要是寄希望於外形設計,因此美國的隱形飛機與飛彈都特彆強調隱身外形,這對飛行器的飛行性能必然會產生不良影響;電漿由於具有極高的吸波效率,根本就不需要對裝備有什麼特別的外形要求,只要能在裝備表面形成一層電漿就完全可以達到目的。所以電漿隱形可以保留裝備的原有外形及戰術、技術性能。

(3) 相對簡單廉價。電漿隱形技術如果能投入實際套用,其技術相對簡單、成本也相對較低。比起傳統的隱形技術,更便於大規模使用。

缺點

但是,目前這種在裝備表面形成電漿進行雷達隱形的思路也存在著一些嚴重的問題與困擾,正是由於這些難以解決的問題限制了電漿隱形技術的實用化。

(1)難以在裝備表面形成均勻持續的等離子層。

對於飛機/巡航飛彈這類高速飛行器而言,很難通過設定若干電漿排放口的方式對飛行器進行完全螢幕蔽。這類飛行器的表面氣流很快且非常紊亂,即便在飛機表面象篩子那樣設幾百個電漿排放口也難以對飛機形成全螢幕蔽;對於軍艦、坦克這類低速或時常靜止的裝備而言,在其表面形成均勻連續的電漿層也是很困難的,這不僅需要在裝備表面設定大量的電漿排放口,還需要相應的鼓風系統,這需要功率極大的電漿發生器和電源系統;由此可見:電漿製造技術是成熟的,但是如何在裝備表面連續形成均勻的電漿層才是確保隱形的關鍵,對於現代高性能雷達而言,只要有一處沒有被禁止就會讓裝備馬腳畢現,前功盡棄;現在即便是俄羅斯人也沒有解決這個難題,所以俄國人現在所吹噓的電漿隱身只是“局部使用”:在進氣道這類強反射部位使用電漿隱形,而在其餘部分則依然使用吸波塗料。這種隱形充其量只能說是混合隱身,不能算是全電漿隱形,其效果也是有限的。

(2)等離子層在欺騙對方雷達的同時也會對自己禁止,從而使己方耳聾眼瞎。

假設未來技術發展能夠在裝備表面形成持續均勻的等子體團,但是這會導致一個嚴重的後果:被電漿禁止的飛機、軍艦、巡航飛彈等戰戰裝備的雷達也無法透過電漿發現目標,無線電信號也無法穿過,其結果是在隱蔽自己的同時也讓自己耳聾眼瞎!這種隱身的意義不大,也非常不利於現代信息化戰爭。

(3) 不利於多軍兵種通用.

對於衛星、彈道飛彈這類在外層高真空環境中活動的裝備而言,在其外表形成等離子層的困難很大,或者說是不可能形成連續的電漿;對於軍艦和戰車這類開放或半開放型裝備而言,在周邊形成連續長時間形成電漿團對於其上的人員與技術裝備也會有不利的影響;

上述問題表明:以俄羅斯為代表、在主戰裝備外表面製造等離子層實現雷達隱形的思路並不是很完美,因為這種思路所導致的一些問題很難解決或者無法解決!因此有必要尋找新的途徑對電漿隱形技術補充和完善。

所謂“內封閉電漿隱形技術”,顧名思義就是將電漿置於主戰裝備外表內,“內封閉”是與目前在外表以外製造電漿相對而言的; 具體技術方案:“透波夾層+電漿”。就是將傳統飛機/飛彈的單層蒙皮改作雙層結構,最為外層採用玻璃鋼透波材料製造。之後將電漿罐充於雙層蒙皮之間,從而達到雷達隱形之目的; 其隱形原理是:敵方入射的雷達波先穿透外層玻璃鋼,接著進入透波夾層內的等離子層,此時雷達波將會被電漿大量吸收和散射,從而使雷達難以接收到足夠的回波無法發現目標;

技術要點:

(1) 透波材料

透波材料的技術要求是要有很高的透波率,以保證敵雷達波能儘可能多地穿過並進入夾層中的電漿被吸收掉。這種透波材料可以使用與雷達整流罩相同的玻璃鋼材料製作,現有技術下這類玻璃鋼可以達到95%-99%的透波率;對於軍艦和戰車而言,還可以用透波材料製成夾層吸波瓦並在內部罐充電漿達到良好的隱形目的,這在下面另述;

(2) 電漿的形成

第一種:是用電漿發生器製造電漿,即使用高頻電磁能將空氣雪崩成電漿。如果飛行器採用這種方式產生電漿,需要有相應的“氣體循環系統”進行支持,其作用是:將電漿發生器製造的電漿快速輸送到夾層中,並將夾層中的電漿再次循環至發生器進行再次生成。因為電漿離開發生器後會很快恢復到正常的空氣形態,只有反覆經過發生器調製才能保證透波夾層中電漿形態的穩定,始終維持良好的隱形效果。

第二種:通過給惰性氣體充電的方式形成電漿。這與電棒、霓紅燈的原理一樣:即將惰性氣體充入透波夾層中,當給惰性氣體通電時就形成電漿狀態,從而對入射的雷達波進行吸收和散射;這種方式具有很好的靈活性:需要隱形時只要通電就能將透波夾層中的惰性氣體電離為電漿,使之達到隱形目的。當斷開電路時雷達又能發現目標。這種靈活的隱形選擇既有利於戰時隱身又有利於平時的航行管制;當然這種電漿生成方式儘管在原理上電棒、霓紅燈相同 ,但畢竟是以反雷達為目標而不是為了照明,因此可以採用措施防止生成電漿的同時向外輻射可見光,比如可以在玻璃鋼外殼上塗非透明油漆;

“內封閉電漿隱形技術”的優點:

(1) 更易於電漿隱形技術的套用、降低技術難度。

大家都知道,普通空氣是不良導電體,否則人會被空氣傳導的電流擊死。普通空氣除了被“高溫化”之外很難通過通電的方式使之電漿化,所以俄羅斯的電漿隱形技術也是自帶特種氣體源,一旦特種氣體用完了也就沒法生成等離子了,這具有很大的局限性;“內封閉電漿隱形技術”是在封閉的透波夾層中存放電性良好的特種氣體,通過充電或者高頻電磁能的作用非常容易生成電漿。而且由於特種氣體是存放於密封的透波夾層中,不存在氣體泄露,因而也就不存在特種氣體消耗殆盡的問題,有利於保證連續形成電漿。也就是說,“內封閉電漿隱形技術”在技術上更加簡單易行,更能長時間維持隱形狀態;而且“內封閉電漿隱形技術”更能對電漿參數(能量、電離度、振盪頻率和碰撞頻率等)靈活調製使之對不同的雷達進行最佳欺騙與干擾。

(2) 解決電漿表面分布不均地難題。

對於飛機、巡航飛彈這類高速飛行器而言,“內封閉電漿隱形”是將電漿放置在透波層的內部,無論飛行器表面氣流如何迅疾與紊亂,都不可能對夾層內的電漿造成什麼妨礙,無論在什麼情況下夾層內的電漿都可以形成均勻連續的等離子層,對裝備形成完全的禁止;對於軍艦、坦克這些低速或時常靜止的裝備而言,可以使用透波材料製造的、內部充有惰性氣體的夾層吸波瓦在裝備表面密集的鋪設,當給這些吸波瓦通電時惰性氣體就會形成電漿並對軍艦與戰車表面形成密集的禁止從而躲過對方的雷達偵察。

(3) 不會對己方形成禁止和干擾。

由於電漿全部在透波殼的內部,飛機、軍艦、戰車上的通信天線將不會被電漿禁止,既隱藏了自己又不會堵塞了自己的耳朵;同時可以將飛機、巡航飛彈的玻璃鋼雷達罩設計成雙層結構,內部充滿惰性氣體,當需要隱身時給雷達罩夾層中的惰性氣體充電製造電漿,需要開動雷達時就斷開電源讓雷達罩夾層中的電漿消失,以利於己方雷達的探測。

(4) 有利於多軍兵種使用。

對於彈道飛彈、衛星這些在真空環境中運動的裝備而言,在其外表面製造並維持等離子層是不可能的。但是“內封閉電漿隱形”則完全可以做到:在彈頭或衛星表面先設定相應的透波夾層,在其內部充上惰性氣體,通過通電控制隨時製造等離子層讓對方雷達失去目標。 這種技術的套用將會讓美國正在發展的NMD/TMD完會失去效能,因為美國的各種飛彈預警和跟蹤雷達都將無法發現和跟蹤被電漿禁止的飛彈彈頭,而且這種技術比彈道變軌還要簡單便宜;對於軍艦、戰車來說,傳統的外表面製造電漿的方法會對開放、並開放的空間中的人員及裝備形成影響,但是“內封閉電漿隱形技術”不存在電漿外泄,因而不會對人員與設備造成影響,有利於多軍兵種的廣泛套用。

(5) 維持電漿隱形技術的既有優點。

“內封閉型電漿隱形”在具有獨特優勢的同時,也將電漿隱形技術的既有優點給予保持。如吸波頻頻寬,吸收率高,隱形效果好,不改變裝備的外形、使用簡便,使用時間長,價格便宜等等。

綜上所述:電漿隱形具有獨特的優勢及廣闊的套用前景。但是由於目前發展的思路是在裝備表面製造並維持等離子層,因此也導致的一些困難與不足,限制了電漿隱形技術的早日實用化;“內封閉電漿隱形”則從一種全新的思路進行了探討,它在保持電漿隱形技術原有優點的同時又避免其不足。

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