飞行器等离子体隐身技术及研究现状

[摘 要] 本文简要介绍了等离子体隐身的原理和方法，简要介绍了国外等离子体隐身技术的研究现状，以及分析了飞行器等离子体隐身技术的优缺点，并对其发展前景作了展望。

[关键词] 等离子体 隐身 研究现状

1、引言

等离子体是由大量自由电子和离子组成，且在整体上表现为近似中性的电离气体，是物质存在的又一种聚集态，也把等离子体称为物质的第四态或等离子态。等离子体隐身技术是利用等离子体回避探测系统的一种技术。

近年来，美、俄、英、法等军事强国都加大了对隐身技术的研究，隐身技术的研究范围不断扩展，一些新隐身机理的研究取得了突破，一批新型隐身材料研制成功并投入使用。以美国为首的世界军事强国都加大了对飞行器隐身技术的研究，并取得了突破性的进展，一批新型隐身材料在F-22型、F-117A型及改型的F-117MLU型战斗机、B-2型轰炸机上投人使用，其中B-2型轰炸机也参加了近期爆发的利比亚战争中。在入侵巴拿马、海湾战争、南联盟战争中，美国及其盟国只损失了一架战机，隐身技术的使用，最大限度地保护了战机。隐身性能受到世界各主要军事强国的高度重视，他们不仅重点研究传统的外形与材料隐身方法，还注重发展新概念隐身技术，等离子体隐身技术由于具有不需要改变飞行器气动外形等优势而受到越来越多的关注。

2、等离子体隐身的原理和方法

实现等离子体隐身的基本原理是：利用等离子体发生器、发生片或放射性同位素，使飞行器表面形成一层等离子体云，设计等离子体的特征参数如能量、电离度、振荡频率和碰撞频率等，满足特定要求。使照射到等离子体云上的雷达波一部分被吸收，一部分改变传播方向，从而达到隐身的目的。

等离子体用于隐身的具体方法有两种：

（1）放射性同位素涂层法。一般而言，尽量采用非金属材料，正确选择飞行器外形，在飞行器上涂上吸收涂层或干扰涂层，可以大大减小飞行器的雷达反射面积。如果在飞行器上再覆盖一层等离子体，有效反射面积会进一步减小。在飞行器的特定部位涂一层放射性同位素能达到此目的。但值得注意的是，如果大大降低雷达频率（采用米波雷达）或大大提高雷达频率（采用毫米波雷达），则等离子体基本上无吸收。因此放射性同位素涂层主要用于对付厘米波雷达。

（2）等离子体发生器装置法。等离子体发生器装置法是在飞行器里面装一个或几个等离子体发生器，利用等离子体发生器喷射出的等离子体气流包裹飞行器表面，从而吸收电磁波、衰减反射信号，实现隐身。

3、国外等离子体隐身技术研究现状

自20世纪60年代以来，美国、前苏联等国就开始研究等离子体吸收电磁波的性能。80年代起，美国、前苏联等军事强国投巨资，对等离子体性能，特别是隐身方面进行研究，并于90年代开始实用。近年来，等离子体隐身技术在俄罗斯取得了突破性进展，其研究领先于美国。1999年初，俄罗斯的克尔德什研究中心就已开发出第一代和第二代等离子体发生器，并在飞机上进行试验获得了成功，这表明等离子体隐身技术正向着实用化方向发展。第一代产品是等离子体发生片，其厚度为0.5-0.7mm，将该发生片贴于飞行器的强散射部位，电离空气便可在飞机周围形成人工生成等离子体云层以减弱反射信号。第二代产品是等离子体发生器，在等离子体发生器中加入易电离的气体，经过“脉冲电晕”，气体由高温转为低温，即可产生等离子体。采用这一新型隐身技术不仅能减弱反射信号，改变信号的长度，还可向敌方发出一些假信号对敌方雷达进行有效的干扰。第二代产品已经全面进行了地面和飞行试验。目前，克尔德什研究中心正在应用新的物理理论研制更为有效的第三代隐身装置。据透露，该装置可利用飞行器周围的静电能量来减少飞行器的雷达截面积。据称，可与美国F—22战斗机相抗衡的俄制“米格1.44”（亦称MF—1）战斗机采用了该新型隐身装置。

20世纪90年代初，美国体斯实验室也进行了等离子体隐身技术的试验。试验表明，应用等离子体技术可以使雷达获取回波的信号强度减小到原来的1％。1997年，美国海军委托田纳西大学等单位研制等离子隐身天线。该天线是将等离子体放电管作为天线元件，当放电管通电时就成为导体，能发射和接收无线电信号当断电时便成为绝缘体，基本不反射敌探测信号，初步的演示已显示了这种天线的发射接收功能和隐身特性。1998年，美国海军研制成一种采用U形放电管的等离子体天线，实验结果表明，该天线在100MHz-1GHz频率范围内，与同一配置的金属天线效果大致相同，两者发射和接收的噪声电平相当。美国海军最近还透露其正在研制一种可装在潜望镜上、并能快速装拆的小型等离子体天线，可将其用于接收1-45GHz频率范围内的无线电信号。美国约翰逊航天中心正在研制先进的等离子体火箭技术，利用该项技术将使飞抵火星的时间节省一大半，使宇航员少受太空辐射，减少骨骼和肌肉的损伤以及循环系统所受的影响。等离子体火箭技术的关键在于它能调节、控制并改变等离子体流，以保持最佳的推进效率。在飞向火星的过程中，火箭利用常规的化学燃料需飞行7-8个月，而采用等离子体火箭技术则3个月便可飞抵火星。

除美、俄等军事强国外，其它一些国家也投巨资加入了对等离子体隐身技术的研究。

4、等离子体隐身技术的优点和存在的问题

4.1优点

现行的隐身技术，由于为了追求飞行器的隐身性能，在成本、维修、综合作战效能等方面带来了不同程度的损失。等离子体隐身技术可以在飞行器上几乎不作任何结构和性能上改变的情况下，通过控制飞行器表面的等离子云的特征参数，如能量、电离度、振荡频率等，来满足各种特定要求，从而使敌方雷达难以探测，甚至还能改变雷达反射信号的频率，使敌方雷达探测到虚假信号，以实现信息欺骗从而达到隐身。等离子体隐身技术作为一种全新的隐身概念，具有吸波频带宽、效率高、使用简便、价格便宜等优点，等离子体隐身技术与已经应用的外形、材料等隐身技术相比，具有其独特的优点：

（1）等离子体具有吸波频带宽，吸收率高。等离子体不仅可吸收微波，还能吸收红外辐射，高于等离子体频率的雷达波都能进入等离子体并被衰减。

（2）等离子体除吸收能减少雷达回波外，等离子体还能折射雷达波，这将使雷达回波进一步减弱。此外，等离子体对雷达波造成的频谱离散和交叉调制，都不利于雷达发现目标。

（3）在利用等离子体隐身的同时能够产生假目标。适当设计等离子体隐身装置，一方面大量减少雷达波的后向散射，使飞行器隐身，另一方面利用专门设计的具有锐边界的等离子体还能作为转发器和天线，能够将与它共振的雷达波经延迟后转发回去，在雷达上产生一个与飞行器位置不同的假目标。

（4）为了减少雷达散射截面，等离子体隐身无需改变飞行器的气动外形设计，不会影响飞行器的飞行性能和战术技术性能。

（5）使用简便，等离子体可做成能快速开、关的隐身系统，在通信或雷达系统尚未发送或接收时，通过快速打开等离子体，将能覆盖电磁波传输系统。

4.2缺点

虽然等离子体隐身技术在理论和试验等方面取得了一定的成果，但就目前来看，等离子隐身技术还在不断的发展中，还不十分成熟，利用等离子体隐身在技术和实用方面还存在一定的难度和问题，主要的缺点有：

（1）安装在飞行器上的等离子体发生器产生等离子体的同时，会产生射频辐射、强烈的闪光和紫外线，等离子体复合也会产生光辐射。这些信号泄露不仅对隐身不利，而且紫外线也可能使飞行员受到伤害。

（2）等离子体发生器的能源消耗，会减小飞行器的作战半径。

（3）等离子体隐身技术主要集中在减少飞行器的RCS上，对于如何进行声隐身、视频隐身，实现多种隐身相融合的研究的还比较少。

（4）没有一种能够适应各种武器系统平台、并且易于控制的等离子体发生器。

（5）难以在装备表面形成均匀持续的等离子层。在较低高度飞行时等离子体隐身效果较差，因高度低、空气密度大，其复合速率大所造成的。

（6）产生等离子体需要分子原子作为电离对象，这给在真空中飞行的卫星和战略导弹利用等离子体隐身造成了困难。

（7）等离子层在欺骗对方雷达的同时也会对自己屏蔽，从而使己方不能及时获得信急，做出判断。

上述问题的解决不仅依赖于等离子体隐身机理的研究，而且与电磁理论、雷达理论、空气动力学、机械与电器工程等学科理论有着紧密的联系。

5、前景展望

等离子体隐身技术虽说只有短短几十年的历史，但是它的应用为飞行器的隐身带来了突破性的革命。它不仅可以应用于各种武器平台的雷达隐身，还可以应用于光电对抗等方面。当然等离子体隐身是一项十分复杂的系统工程，在实用方面还存在一定的难度和问题。一旦关键技术被突破，等离子体很有可能替代现有的靠外形和材料隐身的技术，为隐身兵器开创一片新天地。总之，等离子体技术研究应用并将大大加快飞行器武器装备现代化的进程。

参 考 文 献

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