概述
當任何不帶電的普通氣體在受到外界的高能激勵作用(如對氣體加高能粒子轟擊、雷射照射、氣體放電，熱致電離等方法)後，部分原子中的電子脫離原子核束縛成為自由電子，原子因失去電子而成為帶正電的離子，這樣原來中性氣體就因電離而轉變成由大量自由電子、正電離子和部分中性原子組成的巨觀仍呈電中性的電離氣體，這
電漿球體圖片類氣體稱為電漿。電漿被認為是繼固態、液態和氣態三種形態之外的第四態物質即等離子態，其運動主要受電磁力的支配。儘管電漿在整體上呈電中性．卻其有了很好的導電性，普通氣體中如有0.1%的氣體被電離．這種氣體就具有很好的電漿特性，如果電離氣體增加到l%，這樣的電漿便成為導電率很大的理想導電體。
赤道上空電漿發光電漿按其熱容量大小。可分為高溫電漿、熱電漿和低溫電漿。
高溫電漿
高溫電漿是完全電離的核聚變電漿，溫度高達l08K數量級，由核聚變反應產生。
熱電漿
熱電漿為部分電離、溫度約為104K數量級的電漿，可以由穩態電源、射頻、微波放電在1000Pa以上產生。熱電漿又分熱平衡與非熱平衡型，熱平衡電漿中的電子在電場中獲得的能量充分傳遞給重粒子，電子溫度與重粒子溫度相等：非熱平衡電漿中的電子在電場中獲得的能量不能充分傳遞給重粒子，電子溫度高於重粒子溫度。
冷電漿
冷電漿是電子溫度很高、重粒子溫度很低、總體溫度接近室溫的非平衡電漿，可以由穩態電源、射頻、微波放電在1000PA以下產生。這種電漿是常用機載隱身電漿。
運用電漿隱身的方法主要有兩種： 一 種是利用電漿發生器產生電漿．即在低溫下，通過高頻和高壓提供的高能量產生間隙放電，以便將氣體介質激活電離形成所需厚度的電漿以達到吸波和隱身的目的；另一種足在飛行器的特定部位如強雷達散射區塗一層放射性同位素，它的輻射劑量應確保它的射線在電離空氣時所產生的電漿雲具有足夠的電離密度和厚度，以確保對雷達電磁波具有足夠的吸收和散射能力．
利用價值
機理和特點
電漿隱身技術的原理是利用電磁波與電漿互相作用的特性來實現的，其中電漿頻率起著重要的作用。電漿頻率指電漿電子的集體振盪頻率，頻率的大小代表電漿對電中性破壞反應的快慢，它是電漿的重要特徵。若電漿頻率大於入射電磁波頻率，則電磁波不會進入電漿．此時，電漿反射電磁波，外來電磁波僅進入均勻電漿約2mm，其能量的86%就被反射掉了。但是當電漿頻率小於入射電磁波頻率時，電磁波不會被等離於體截止，能夠進入電漿並在其中傳播，在傳播過程中．部分能量傳給電漿中的帶電粒子，被帶電粒子吸收，而自身能量逐漸衰減。
電漿聚變圖電漿之內電子密度越大。振盪頻率越高，和離子、中性粒子碰撞的頻率就高．對雷達波的吸收就越大。同時雷達波在電漿中傳播時．由於在電漿中有大量的中性分子或原子．所以還存在著介電損耗。電漿介質在雷達波交變電場的作用下產生極化現象，在極化過程中，電荷來回反覆越過勢壘，消耗電場的能量．表現為電導損耗，鬆弛極化損耗 ，和諧振損耗等。另外．由電漿發生器噴射到飛機外圍空間的電漿是非均衡電漿，處於非熱動力平衡狀態，經過一定時間離子間的碰撞才達到趨向密度均勻和溫度均勻的熱力學平衡狀態。
獨特的優點
(1)吸波頻頻寬、吸收率高、隱身效果好．使用簡便、使用時間長、價格極其便宜；
(2)由於電漿是巨觀呈電中性的優良導體，極易用電磁的辦法加以控制．只要控制得當．還可以擾亂敵方雷達波的編碼，使敵方雷達系統測出錯誤的飛行器位置和速度數據以實現隱身
(3）無需改變飛機等裝備氣動外形設計，由於沒有吸波材料和塗層，維護費用大大降低，
(4)俄羅斯的實驗證明，利用電漿隱身技術不但不會影響飛行器的飛行性能．還可以減少30%以上的飛行阻力。
存在難點
雖然電漿隱身具有很大優越性，但也存在以下難點。
(1)電漿對雷達波的吸收能力在不同條件下相差非常大，與多方面的因素有關．如電漿的密度、碰撞頻率、厚度等．入射電磁波頻率，電磁波入 射角和極化方向等，如何在套用中實現最佳參數並隨外界條件進行調節．有一定難度；
(2)飛行速度對電漿的影響：
(3）電漿是一項十分複雜 的系統工程，涉及到大氣電漿技術、電磁理論與工程、空氣功力學、機械與電氣工程等學科，具有很強的學科交叉性。
產生電漿的方法
產生電漿主要有熱致電離、氣體放電．放射性同位素、雷射照射、高功率微波激勵等方法．而在機載條件下常用的方法主要是氣體放電法和塗抹放射性同位素兩種方法(二者均產生非均衡冷電漿)，其中常用的氣體放電法分為以下幾種：
電漿放電(1) 大氣壓下的介質阻擋放電和輝光放電：大氣壓下利用介質阻擋放電和輝光放電來產生電漿．無真空裝置，因此系統結構簡單，已在許多技術領域廣泛套用。利用介質阻擋放電產生電漿．可以在局部獲得1014/cm3左右的電了密度，但是由於介質阻擋放電實際上是絲狀流光放電，在兩電極間放電絲是隨機分布的，這樣電漿是極不穩定的同時，在兩電極間加的是高交變電壓，在一個周期內的一個放電電流脈衝只維持幾微秒的時間．其占空比很小．在電流脈衝過後，電漿擴散過快．以致於在大部分時間內，雷達波並末被電漿所吸收，所以．利用介質阻擋放電來產生用於隱身的電漿受到極大的限制。國內測試了在梳狀電極問施加受流高壓所產生的介質阻擋放電電漿對微波的衰減情況．採用不鏽鋼電極，並用薄玻璃管套封，電極問距離為1.5cm，當電壓在 3～5kv．100～10kHz範圍內變化時．利用網路分析儀在2～l8GHZ內掃描，幾乎無法測出等離了體對微波的衰減。在一定條件下．流光放電可以轉化，得到大氣壓輝光放電。國內外均對此電漿的特性進行了大量研究。研究表明．雖然該電漿均勻性較差、厚度較薄．但當放電電壓和頻率適當時．所產生的電漿對微波具有一定的衰減作用。由於人氣輝光電漿可通過復蓋在目標上的梳狀平行電極來產生．入射徽波可直接進入電漿並與之發生作用。如果能改善其均勻性．提高其厚度，並能從理論上找到最佳電壓和頻率．將有助於加速其在隱身上的套用。
(2)電暈放電：
有時也稱為單極放電，是指發生在電擊穿之前的電氣上受壓狀態的氣體中的尖端、邊緣和絲附近的高電場區的一種湯森暗放電現象。電暈根據所加電壓，的不同可分為直流電暈和脈衝電暈。對於直流電暈，由於氣體直流耐壓的限制，電暈電流相當小．因而電漿密度低．很難達到隱形的要求。當採用脈衝電暈時．可以大大提高放電電流．因而電漿密度可以大幅度提高。當針電極布置得足夠密．範圍足夠大時．可以形成電漿“簾”。但是，利用
脈衝放電．除非脈衝重複頻率足夠高．否則會出現與利用介質阻擋放電時一樣的占空比問題。
(3) 直流輝光放電：
直流輝光放電是一種研究得比較透徹．理論比較完善的技術，是指採用直流或脈衝直流高壓．使氣體發生正常或異常輝光放電，但通常利用其正常輝光區。需要指出的是，放電多是在封閉腔中產生的，必須有真空容器和抽真空的相應裝置．真空腔應採用透微波的材料，如玻璃。利用直流輝光放電裝置產生等離於體，其電子密度、溫度等參數基本能滿足要求．但是在通常的套用場合下，這些裝置產生的電漿體積均較小，如經典直流放電管的直徑通常只有l～2cm左右．兩電極間距離也只有幾厘米．遠遠不能滿足隱身要求。根據氣體放電的相似性原理，如果增大電極的面積和間距，而放電電壓不變，則會相應地降低電漿的密度；同時，由於放電是在低壓(通常≤100Pa)下發生的．其電漿碰撞頻率約為108Hz量級，遠小於雷達波頻率，因而碰撞衰減較小。如果在經典的輝光放電裝置中引入外加磁場(通常採用磁鏡結構)，形成氣體的潘寧放電，則一方面可以在增大其體積的同時增大電子密度和碰撞頻率．同時還引入了電子和離子對微渡的同鏇共振吸收．從而有利於增大電漿對電磁波的吸收。但是，與高氣壓下電漿的寬波段碰撞吸收不同．該吸收的頻寬較窄，並受碰撞頻率的影響。
(4)強電離氣體放電：
太陽電池在電漿中的放電國內有人提出將高氣壓強電離氣體放電方式產生的非平衡電漿用於隱身，並展開了相應的研究，認為利用強電離氣體放電方法產生非平衡電漿的實用型電漿發生器，可望解決當前電漿隱身技術普遍存在的一些主要問題。但這一研究還處於初步階段，理論模型尚需要完善．工程實驗也需要進一步深入下去。
在兵器特定部位(如強散射區)塗一層放射性核素是另一種產生電漿的常用方法，其塗層輻射劑量應確保它的a射線電離空氣所產生的電漿包層具有足夠的電子密度和厚度，以確保對雷達波有最強的吸收。與氣體放電法相比，塗抹放射性同位素這種方法比較昂貴，而且維護困難。
另外．熱致電離法也可產生熱電漿，這是產生電漿的一種最簡單的方法。任何物質加熱到足夠的溫度後都能產生電離，當粒子所具有的動能，在粒子間的碰撞中足以引起相碰粒子中的一個粒子產生電離時．才能得到電漿。如將銫放至密閉的容器中加熱而得到電漿。實驗表明．只有在鹼金屬存在的條件下，熱致電離才能產生一定密度的電漿．
如用於磁流體發電的低溫電漿。而微波產生的冷電漿比直流或射頻電漿有更高的電子溫度，用微波產生電漿的過程是氣體擊穿，擊穿的條件是微波電場的均方根值大
於擊穿電場強度。當外磁場存在時．如果微波頻率在電子迴旋頻率附近，擊穿空氣所需的電場強度大大降低，這可以降低機載條件下高功率微波電漿的產生條件。
研究進展
從20世紀60年代開始
美國和前蘇聯等軍事強國就著手研究電漿吸收電磁波的性能。前蘇聯最早開始進行電漿實驗的重點是電漿在高空超音速飛機上的潛在套用：90年代初，美國體斯頓實驗室進行的一項為期兩年、投資65萬美元的實驗表明，套用等離子本技術可使一個13cm長的微波反射器的雷達截面在 4～l4GHZ頻率範圍內平均降低20dB，即雷達獲取回波的信號強度減少到原來的1% l997年．美海軍委託田納西大學等機構發展電漿隱身天線，其機理是：將電漿放電管作為無線元件，當放電管通電時就成為導體，能發射和接收無線電信號，當斷電時便成為絕緣體，基本不反射雷達發出的探測信號．初步的演示已顯示了這種天線的發射接收功能和隱身特性。美國在其(1997年國防部基礎研究計畫)中也提到．“中性電漿效應可以為軍用飛機和衛星提供隱身條件”，可見美國對電漿技術給予了足夠的重視。
電漿隱身技術在俄羅斯取得了較多進展，其研究成果領先於美國。據報導，俄羅斯克爾德什研究中心已經開發出第一代和第二代電漿發生器，通過在地面模擬設備、自然條件下以及飛機上進行實驗充分證明了這種隱身技術的實用性。、第一代產品是電漿發生片．其厚度為0.5~O.7mm，電壓幾千伏。工作電流僅為零點幾毫安。將這種電漿發生片貼在飛行器的電磁波強散射、部位，即可電離空氣產生電漿。第二代產品是電漿發生器。在等離子發生器中加入易電離的氣體(還需攜 、帶專用氣體)，即可產生電漿(但產生的電漿厚度仍嫌過小)．第二 。代產品重量不到100kg．耗電不超過幾十千瓦(對飛機所能承擔的有效載苛與供電功率而言仍嫌過大)。經飛行試驗，它除了具備第一代等離於體隱身系統的功能外．還能改變反射信號的頻率．通過向敵人發出假信號．使敵人判斷錯誤來實現隱身。據報導，這種技術不涉及飛機本身的空氣動力系統．在不影響飛機技術性能的同時，採用該技術的飛行器被敵方一定頻率的雷達發現的機率可降低90%以上。第一代和第二代等離於體隱身技術產品都已進行了成功實驗。
米格1.44又名米格1.44本世紀初
俄羅斯公開的可與美國F22相抗衡的第五代米格1.44戰鬥機據說就是試驗了這項先進技術。克爾德什研究中心正在研製更有效的第三代產品。據推測，第三代產品可能是利用飛行器周圍的靜電能量來減小飛行器的雷達反射截面。俄羅斯的最新試驗表明，套用第三代電漿隱身技術。在4～14GHZ頻率範圍內可以使米格飛機的RCS值減少到原來的1%。
除美、俄外．法國的研究人員正在研製一種新的有源隱身系統，據報導可能會採用電漿禁止技術。對等離子的某些研究成果很可能用於作戰飛機特別明顯部位的禁止．如空氣進口，排氣口或機頭。澳大利亞國立大學也已研製出了電漿隱身天線。
鑒於隱身技術在軍事上的重要作用．中國在電漿隱身方面的研究也進行了約l0年時間。有不少科研機構和大專院校的有關院系都在進行等離子技術及其套用的研究，在對等離子雷達隱身方面已經取得了原理驗證上和工程試驗的成功，並有很多獨到的創新，預計再經過大約10年左右的時間。我國飛行器即有望實現全面等離子隱身。
發展前景
美蘇兩國研究
自60年代以來，美國、前蘇聯等軍事強國就開始研究電漿吸收電磁波的性能。80年代初，前蘇聯最早開始進行電漿實驗，研究的重點是電漿在高空超音速飛行器上的潛在套用；90年代初，美國休斯實驗室進行的一項為期兩年、投資65萬美元的實驗表明，套用電漿技術，可使一個13厘米長的微波反射器的雷達截面能夠在4-14吉赫茲頻率範圍內平均降低20分貝，即雷達獲取回波的信號強度減小到原來的1%。1997年，美國海軍委託田納西大學等單位發展電漿隱身天線。其機理是；將電漿放電管作為天線元件，當放電管通電時就成為導體，能發射和接收無線電信號；當斷電時便成為絕緣體，基本不反射敵探測信號。初步的演示已顯示了這種天線的發射接收功能和隱身特性。
突破性進展
電漿隱身技術在俄羅斯取得了突破性進展，其研究領先於美國。據報導，俄羅斯克爾德什研究中心開發出第一代和第二代電漿發生器，並在飛機上進行了試驗，獲得了成功。第一代產品是電漿發生片，其厚度為0.5－0.7毫米，電壓為幾千伏，電流為零點幾毫安，將該發生片貼在飛行器的強散射部位，電離空氣即可產生電漿。第二代產品是電漿發生器，在電漿發生器中加入易電離的氣體，經過“脈衝電暈”，氣體由高溫轉為低溫，即可產生電漿。第二代產品的重量不到100公斤，已經全面進行了地面和飛行試驗，它不僅能減弱雷達反射信號，還能通過改變反射信號的頻率以實現隱身。克爾德什研究中心正在套用新的物理知識研製效果更好的第三代產品，據預測，第三代產品可能利用飛行器周圍的靜電能量來減小飛行器的雷達截面。
俄羅斯未來的1.42隱身戰鬥機樣機並沒有像美國那樣的隱身外形設計，其隱身能力是利用他們稱之為“自己開發的減少雷達特徵的方法”來實現的，這很可能包括電漿隱身技術。由於電漿隱身技術已受到世界軍事強國的關注，因此它將可能具有廣闊的套用前景。
局限性
它本身的不足之處
電漿隱身也有它本身的不足之處，如電漿發生器有較大的重量和體積，產生電漿的功耗比較大等；飛機上安裝電漿發生器的部位本身無法雷達隱身和電漿發光暴露目標的問題：電漿的高溫損壞機體材料以及電漿對機體材料的腐蝕問題：採用放射性同位素的問題是同位素的劑量難以控制等。實現等離子隱身的關鍵在於如何對電漿包層的電子密度進行控制。另一方面，從掌握的資料看。電漿隱身的有效頻率範圍一般在20GHZ以內．還沒有看到電漿隱身技術適用毫米波波段的報導。電漿發生器一般採用氣體放電法產生非平衡冷電漿．這類發生器很大的重量、體積和功耗構成了阻礙電漿隱身技術實用化的主要問題。因電漿隱身需要的電子密度和振盪頻率較高，並需要大面積使用，所以．若要求復蓋KU波段以前的所有雷達電磁波。所需要的電漿電子數密度為4.02×1012/cm3的量級．相應的電子與中性粒子的碰撞頻率為50～200GHz——這比當前工業上使用發生器能力高出l～2個量級。而又因為電漿發生器發出的電漿要噴射到機體外部空間使用以形成變密度的電漿雲．導致與密封空間情況完全不同，電漿複合速率大大增加。按飛機所需空間計算，電漿雲最小體積為25～ 30m3，使用壓力0～1個大氣壓，這是現有電漿發生器難以達到的量級一要達到這個量級．等離子發生器重量和體積都會有幾個數量級級別的增長，這是內部空間有限並且有效載荷有限的飛行器所不可接受的．
在實驗室條件下
而且．在實驗室條件下，雖可利用常規放電方法來產生這樣電子密度量級的電漿，但不足在飛機外圍這么大的空間中使用。而要產生在飛機外圍空問使用的體積為30m3的電漿雲，即使電離最易電離的氨氣，所需功率也高達95000千瓦．這對機載電源來說，是很難達到的。何況，飛機上還不希望攜帶惰性氣體。而若直接電離飛機周圍的空氣．因空氣更難電離，所需功率比上述值還要大一個數量級。高溫問題也是電漿在航空隱身工程套用中遇到的重要問題之一。因為高溫不僅毀壞機體．也會引起額外輻射。
不足
我們感興趣的是冷電漿，而實際在非均衡電漿中電子溫度還高於10000攝氏度。過去，人們將電漿的這一能量集聚起來做成電子槍。用於電漿切割，焊接、表面處理等工業部門之中。可以斷言．航空隱身工程可套用的就是非均衡的冷電漿。產生這種電漿的可能是一種低氣壓氣體放電裝置：當氣壓為13. 3～133Pa時．電子溫度高達10000℃，而電漿溫度只有300℃，不會燒壞機體。另外．若無法控制電漿中的離子密度，會造成飛機表面材料的濺射腐蝕和表面發泡，形成三維缺陷(如針孔氣泡等缺陷)．導致材料強度、硬度和飛機氣動性能的下降。
塗抹放射性同位素雖然可以實現飛機某些強散射部位(如進氣道內腔等處)的隱身，但是其劑量難以控制．其生產、使用和雛護的代價極為高昂，後勤維護也非常圍難，其放射性還會給周圍人員帶來傷害。而更重要的問題是，放射性同位素產生的電漿層較薄，產生速率較低．造成電子密度不夠高，無法滿足飛機對寬頻段、大面積以及全方位的隱身需求。
結語
以上這些因素決定了在現階段電漿隱身技術依然處於試驗階段，所有相關研究成果報導也僅限於實驗室的試驗結果與數據．遠非實用產品的實際使用報導，電漿隱身技術距離完全實用化還有一段距離。也就是說，電漿隱身在現實中還不是實用技術．還只是我們的理想。
新思路
研製電漿產生器件
國內有關研究單位提出了將高氣壓強電離氣體放電方式產生的非平衡冷電漿用於隱身．並展開了相應的研究，認為利用強電離氣體放電方法產生非平衡冷電漿的實用型電漿發生器，可望解決當前電漿隱身技術普遍存在的一些主要問題。
提出問題
2005 年，我國大連海事大學環境工程研究所下屬的高氣壓強電離放電遼寧省重點實驗室，在高氣壓強電場電離放電理論及方法的研究取得了突破性進展，強電離放電間隙中大多數電子具有的能量足以把氨、氧等作為空氣成分的氣體分子電離成高濃度電漿．其電漿濃度也可能達到1015/cm3左右(而用於隱身技術的臨界電子濃度在1012/cm3這個量級)．遠高於弱電離放電7個數量級。這就有可能使現有的弱電離放電非平衡冷電漿源及其反應器的 體積、質量、能耗等主要參數也相應減少5個數量級左右．為其在軍事裝備和工業上套用鋪平了道略。再加上強電離放電的電子平均能量達到氣體分子的平均電離能．這就能解決過去科學技術無法解決的軍事和軍事上的一些重大的技術疑難問題。它在未來的軍事、經濟上的套用意義是難以估量的。
研製
大連海事大學環境工程研究所下屬的高氣壓強電離放電遼寧省重點實驗室．還在2005年進行了外加非均勻強電場、空間電荷形成的本徵電場對離子(正、負離子) 的作用力及其定向運動《漂移)規律的研究。基本上掌握了高濃度離子(>1014/cm3)在雪崩頭空間積累電荷的物理演變過程及其物理量概算方法，並著重研究本徵電離子的運動速度影響規律。這就為研製強電離放電非平衡冷電漿源提供了理論基礎。另外，他們採用通過氣體把外加力作用到強電場中的離子上．當外加怍用力大於電場束縛力時，就可使強電離放電非平衡冷電漿源里的高濃度電漿部分或全部被輸送出去。己經做到一個有效放電體積技為 0.8cm3的高氣壓非平衡電漿源，處理氣量達到12m3 / h，輸出的電漿濃度達到了1012/cm3以上，還有提高2個數量級的餘地。
特點
大連海事大學環境工程研究所下屬的高氣壓強電離放電遼寧省重點實驗室，如今研製的電漿產生器件是一種薄片式器件．外型尺寸為：厚0.15cm．寬 4cm，長K5cm，10cm，20cm三種規格，根據要求選取．它可貼附在電磁波強散射部位或進氣壁上。它具有如下特點：
(1)折合電場強度高，電子濃度高(在1015/cm3～10l6/cm3之間，而用於隱身技術的臨界電子濃度在1012/cm3個量級)；
(2)外型尺寸為0.15cm×4cm×20cm的器件放電消耗能量僅為100W，能產生10L電漿，而其自身質量僅為0.1kg。在4GHZ～14GHz，頻率範圍可使飛機的RCS值衰減30dB．減少
到原來的0.1%：
(3)強電離放電電漿產生器件外表面自身也具有隱身性能。
採用強電離放電方法可使非平衡冷電漿產生器件(或叫電漿發生器)體積、質量以及放電能耗成幾個數量級減少。用於隱身技術的臨界電子濃度在 1012/cm3這個量級．強電離放電電漿產生器件產生的大產成量的冷電漿的電子濃度大於1015/cm3，再稀釋1000倍後也足以滿足飛行器電漿隱身技術的要求。
總結
綜上所述，國內有關高氣壓強電離氣體放電法產生的非平衡冷電漿的理論研究與工程試驗為今後電漿隱身技術實用化打下了堅實可靠的基礎。
雖然現階段等離子隱身技術還不是成熟實用的技術。但是．我國在高氣壓強電離氣體放電方式製備電漿方面的開創性研究為電漿隱身指明了一個嶄新的可行的方向，也提供了誘人的電漿隱身技術實用化前景。相信今後在我國科技人員的參與下．國際上對於電漿隱身技術的研究必將迎采一個加速發展，快速突破的時代。
