隐身技术

浅谈隐身技术发展与运用

09-621（非合训）杨超

随着科学技术的发展，隐身技术的应用日益广泛。隐身技术是为了减少飞行器的雷达、红外线、光电、目视等观测特征而在设计中采用的专门技术，采用隐身技术是为了飞行器在突防时不易被敌方探测器发现，从而增强攻击的突然性，提高飞机的生存力和作战效能。目前，最具挑战性的隐身技术是隐身涂料的开发与应用。隐身涂料作为一种最方便、最经济、极强适应性的隐身技术已经在航空航天、军事装备上得到广泛应用。近年来，美、英、俄、法等军事强国纷纷投入巨资加大隐身涂料的开发力度。显而易见，隐身涂料的发展不仅标志着一个国家科学领域的进步，而且关系到国防力量的巩固，现阶段存在巨大的生存和发展空间。

一、 雷达隐身涂料

由于雷达侦察是目前世界上用得最多、最有效的侦察手段之一，因此雷达隐身技术自然也就成为一种最重要的隐身技术，国内外有关部门都进行了大量的研究。在雷达隐身与反隐身对抗中，为了防止漏掉最危险的“目标”，必须对每个识别的可信度和威胁级进行综合考虑，因为这涉及到干扰对象的确定和干扰资源的分配，所以只能给出每个识别的可信度和威胁级，才能不贻误战机。而雷达隐身涂料就要最大限度消除被雷达勘测到的可能性，雷达隐身技术的研究主要集中在结构设计和吸波材料两个方面。目前，应用于飞机吸波涂料比较多，如铁氧体吸波涂料价格低廉，吸收能力强，应用广泛；羰基铁吸波涂料为磁损耗型吸波材料，吸收能力强，应用方便，但面密度大；陶瓷吸波涂料，密度较低，吸波性能好；放射性同位素吸波涂料，涂层薄且轻，具有吸收频带宽、耐用性好、能承受高速空气动力等优点，是飞机用理想的吸波涂料；导电高分子吸波涂料涂层薄且易维护，吸收频带宽，是一个较新的研究领域。近年来，纳米吸波涂料成为隐身涂料新的亮点，它是一种极具发展前景的涂料。其一般由无机纳米材料与有机高分子材料复合，通过精细控制无机纳米粒子均匀分散在高聚物基体中，以制备性能更加优异的新型涂料。其机械性能好，面密度低，是高效的宽频带吸波涂料，可以覆盖电磁波、微波和红外，并能增强腐蚀防护能力，耐候性好，涂装性能优异。基于以上优点，各国竞相在此领域投入人力、物力开发研制。 手征吸波涂料是近几年来隐身涂料领域研究的热点。自1987年美国宾州大学研究人员首次提出“手征性具有用于宽频吸波材料的可能性”以来，手征吸波涂料得到进一步发展。它与一般吸波涂料相比，具有吸波频率高、吸收频带宽的优点，并可以通过调节旋波参量来改善吸波特性，在提高吸波性能、扩展吸波带方面具有很大潜能。

二、 红外隐身涂料

红外隐身涂料是指用于减弱武器系统红外特征的信号已达到隐身技术要求的特殊功能涂料，其主要针对红外热像仪的侦查，旨在降低飞机在红外波段的亮度，掩饰或变形装备在红外热像仪中的形状，降低其被发现和识别的概率。实现红外隐身最有效的途径是控制目标的表面温度，尽量减小目标与背景的偏差。用于热红外隐身的材料应具有符合要求的热红外发射率或较强的控温能力；具有合理的表面结构；具有较低的太阳能吸收率；能与其它频段的隐身涂料兼容。红外隐身涂料的主体树脂是单组分橡胶树脂，其与过氯乙烯涂料、环氧铁红底漆、聚氨酯涂料具有良好的配套性。

红外隐身涂料工艺简单，施工方便，坚固耐用，成本低廉，是目前隐身涂料中最重要的品种。

三、可见光隐身涂料

可见光隐身涂料又称视频隐身技术，弥补了雷达隐身和红外隐身的不足，它针对人的目视、照相、摄像等观测手段而采取的隐身技术，其目的是降低飞机本身的目标特征，较少目标与背景之间的亮度、色度和运动的对比特征，达到对目标视觉信号的控制，以降低可见光探测系统发现目标的概率。它要求目标的反射率尽可能与周围环境的反射率一致，因此，可见光隐身涂料通常采用迷彩的方法使飞机隐身，如保护迷彩、仿造迷彩、变形迷彩。保护迷彩适合于单色背景上的固定目标和小型目标；仿造迷彩用于多色背景上的相对固定的目标；变形迷彩用于多色背景上的活动目标。另一种可见光隐身是伪装遮障，遮障可模拟背景的电磁波辐射特性，使目标得以遮蔽并与背景相融合，是固定目标和运动目标停留时最主要手段，而迷彩涂料是这种技术应用的重要组成。总而言之，可见光隐身涂料应用广泛，使用方便、经济，是飞机隐身涂料发展中比较成熟的技术。

四、多频隐身涂料

许多隐身涂料往往只对一种电磁波起作用，而对其它波段毫无反应。随着先进探测设备的相继问世，这种单波段隐身涂料存在很大的局限性，兼容性好的多波段电磁波隐身涂料将具有广阔的发展空间，如雷达/可见光/红外多功能隐身涂料将得到广泛的研究和应用。

五、隐身涂料的研究方向

多波段、多功能兼容隐身涂料的研制具有广阔的应用前景，必须采用新型的吸波材料并改进传统的吸波材料，如铁氧体、羰基铁等。国内外进行了卓有成效的新材料的探索，目前有望成为研究热点的吸波材料主要是纳米吸波材料。多波段、多功能兼容隐身涂料能同时吸收和衰减电磁波和声波，减少反射和散射，从而达到电磁隐身和声隐身的作用。自20世纪90年代初以来，纳米材料和纳米技术的兴起和发展，给隐身涂料带来了突破性进展，已成为当前隐身技术领域研究的热点之一。

六、 纳米材料和纳米隐身涂料

纳米材料是指三维尺寸中至少有一维为纳米尺寸的材料，如薄膜、纤维、超细粒子、多层膜、粒子膜及纳米微晶材料等，由尺寸在10-10～10-7m的物质组成的微粉体系。由于它具有小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应，因而出现常规材料所没有的一些特别性能。如高强度和高韧性、高热膨胀系数、高比热和低熔点、奇特的磁性和极强的吸波性能等，从而使纳米材料获得广泛的应用。因为纳米超细粉末具有很大的比表面积，能吸收电磁波，同时纳米粒子尺寸远小于红外及雷达波波长，对波的透过率很大，因此由它制成的涂层在很宽的频带范围内可以躲避雷达波的侦察，同时能很好地吸收可见光、红外线，具有红外隐身作用，可以显著改善飞机的隐身性能。目前纳米材料作为隐身技术的关键技术之一，易于实现高吸收、涂层薄、重量轻、吸收频带宽、红外微波吸收兼容等要求，是一种极具发展前景的高性能、多功能材料。

综合防雷达、防红外、可见光、激光、声纳等隐身涂料的基本原理是降低目标自身发出的或反射外来的信号强度，或减小目标与环境的信号反差，使其低于探测器的门槛值；或者使目标与环境反差规律混乱，造成目标几何形状识别上的困难。纳米隐身涂料隐身的原因：（1）由于纳米粒子尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米材料对这些范围的波的透过率比常规材料要强得多，这大大减少了波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的效果；（2）纳米粒子的比表面积比常规粉体大3～4个数量级，对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多，这样入射到涂料内部的电磁波与隐身涂料相互发生电导损耗、高频介质损耗、磁滞损耗，并将电磁能转化成热能导致电磁波能量衰减，这就使得探测器得到的信号强度大大降低，因此很难被探测器发现，起到了隐身作用。由于纳米材料的结构尺寸在纳米量级、物质的量子效应和表面效应等对材料性能有重要影响，因此在微波场的辐射下，原子、电子运动加剧，促使磁化，使电磁能转化为热能，从而增加了对电磁波的吸收性能。一般认为，纳米吸波材料对电磁波能量的吸收由晶格缺陷引起的电子散射以及电子与电子之间的相互作用三种效应决定。

纳米材料复合涂料一般都是由纳米材料与有机涂料复合而成的，已有无机纳米材料与有机高分子树脂复合的纳米涂料，它是通过精细控制无机纳米粒子使其均匀分散在高聚物基体中的性能更加优异的新型涂料。纳米材料复合涂料必须满足以下两个条件：一是其中至少有一相的尺寸在1～100nm；二是纳米相的存在使涂料性能得到显著提高或有新功能。广义地讲纳米材料复合涂料还包括金属纳米涂层材料和无机纳米涂层材料。金属纳米涂层材料主要是指材料中含有纳米晶相；无机纳米涂层材料则是由纳米粒子之间的熔融、烧结复合而成。通常所说的纳米涂料均为有机纳米复合涂料。目前用于涂料的纳米粒子有三类：一是金属氧化物，如TiO2、ZnO2、Al2O3、Fe2O3等；二是纳米金属粉末，如Al、Tl、Cr、Nd、Mo等；三是无机盐类，如CaCO3和层状硅酸盐等。 利用纳米粒子的表面效应、小尺寸效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应等特殊性质可以制备紫外屏蔽涂料、吸波涂料、导电涂料、隔热涂料等，从而为提高涂料的性能和赋予涂料新的功能开辟了一条新的途径。当这种涂料用于隐身时，就成为纳米隐身涂料。可使涂覆目标能够对可见光、雷达、红外等现代探测仪器有隐身作用。 雷达和红外隐身技术是隐身领域中研究的重点。传统的隐身涂料往往以特定的波段为对象，有些兼顾型隐身涂料则往往牺牲主要隐身方向的优越性能，或降低装备的战斗能力。而纳米材料与有机涂料结合后，有如下特点：机械性能如粘结性、耐磨性等大大提高，可以减少其他助剂及填料的使用；高效的宽频带吸波性能可以覆盖电磁波、微波、红外等波段；能够增强基体的防腐蚀能力；耐候性好；涂装性能优良，施工性大为改善。 国内外纳米隐身涂料的现状

纳米材料具有极好的吸波特性，同时具有兼容好、质量小和厚度薄等特点，由它制成的涂料在很宽的频带范围内可以降低探测器的探测距离，同时也有可见光、红外和声隐身作用。因此，一些西方国家都在加速发展纳米隐身涂料，把纳米隐身涂料作为新型隐身手段进行研究和探索。经过几十年的发展，隐身涂料已不仅仅用于飞航导弹等飞行器上，几个主要工业化国家和军事强国已开始将隐身涂料技术应用于各种技术装备上。

美国在隐身技术基础理论和实际应用研究方面始终居于前列。其F-117A机身表面包覆了红外与微波隐身材料，这种隐身材料中含有多种超微粒子特别是纳米粒子，其对不同波段的电磁波有强烈的吸收能力，可以逃避雷达的监视。美国花费巨资研制的纳米雷达波吸波涂料技术，可以使每辆坦克花5000多美元，就可获得涂层薄、吸收率高、吸收波带宽的隐身涂层，它采用金属、铁氧体等纳米微粒与聚合物形成的复合涂层和采用多层结构的复合涂层，能吸收和衰减电磁波和声波，达到电磁隐身和声隐身，有很高的军事价值。法国研制成功的一种宽频纳米隐身涂料，由粘合剂和纳米级微填充材料（含Co、Ni合金和SiC纳米颗粒）构成。这种涂层具有超薄电磁吸收夹层结构，有很好的微波磁导率和红外辐射率，吸波涂层在50M～50GHz频率范围内有良好的吸波性能。 我国纳米科技研究始于20世纪80年代末，目前的研究主要集中在纳米材料的合成和制备、扫描探针显微学、分子电子学以及极少数纳米技术的应用方面。国内一些研究机构，在隐身方面取得了一定的突破，在某些方面达到了较高水平。由于科研条件的限制，我国与一些工业发达国家仍然存在很大差距。纵观国内外纳米隐身涂料的应用研究，可以认为纳米科技的发展程度及纳米材料的制备技术制约和影响着纳米隐身涂料在军事上的应用，随着纳米科技的快速发展，纳米材料将为纳米隐身涂料提供更坚实的物质基础，促使纳米隐身涂料向更高层次发展。目前，一些发达国家已实现纳米隐身涂料在装备上的应用，国内一些企业和研究机构利用纳米技术在民用涂料的生产和研制方面取得了可喜的进展，其研制和开发思路对我国纳米隐身涂料的发展有很大的参考价值。 纳米隐身涂料的发展趋势

从国内外隐身技术发展的现状看，“薄、宽、轻、强”是隐身技术的发展方向。因此，研制和发展宽频带兼容性好、成本低廉、多功能的纳米隐身涂料是必然趋势。首先，军事侦察的斗争越来越需要性能更好的隐身材料；其次，纳米科技的发展为纳米隐身涂料提供了技术基础与物质储备，这两种因素将促使纳米隐身涂料向更高的水平发展。随着各国对隐身技术的日益重视，对纳米隐身涂料的研究将更加深入，各种军事装备大量应用纳米隐身涂料必然成为可能。随着科学研究的不断深入，新的隐身涂料将不断问世。由于高度的军事敏感性和技术保密性，使得隐身涂料的发展与应用处于迷雾中，同时，各种反隐身技术和手段正在积极发展之中。隐身和反隐身技术的竞争必将成为新世纪军事斗争的亮点。

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