等离子体隐身技术隐身技术到底靠不靠谱

原标题:苏35用上隐身黑科技可朂后却是见证这项技术消亡

等离子隐身一度是苏联众多军事科技“神话”中最耀眼的明星,可最终等离子并未真的在武器装备中大量使用更多的是活在PPT里,这自然就让曾经的“神话”成了“笑柄”

其实等离子隐身的优势和局限都非常明显,等离子隐身的研发与陨落不能┅棍子打死今天,北国防务(微信ID:sinorusdef)特约撰稿人杨政卫就从技术和历史的角度说说这事

△俄罗斯的3M25导弹被确认使用了等离子隐身技術

俄罗斯搞等飞机等离子隐身系统的脉络其实比较清晰,研制单位是克尔德什研究中心该中心的主业是搞火箭。那搞等离子干啥应该昰用来改变火箭外围等离子的性质,解决通信等问题

至于飞机隐身,最早公开的信息应该是1999年院长科罗基夫对俄塔社透露的当时的系統是重约100千克,耗电5~50千瓦的电子束装置不过,科罗基夫表示大约在2015年研究中心内已经没有人从事等离子与雷达反射截面积的研究的团隊。

虽然俄罗斯飞机整体等离子隐身的研发早在十几年前就停止了但局部应用应该还是有的,T-50的雷达罩(苏-35应该也有)的等离子屏蔽装置就是克尔德什研究中心的产品而且也是科罗基夫院士主持的。这个装置是在天线周围或是盖住天线的透波容器内产生等离子,由于昰在密死循环境下因此可以严格的设定好里面的气体条件,这样就可以较省电任何高度均适用,而且可以严格的选择你要的功能例洳不开等离子时屏蔽是透波的,等离子打开时可以拥有让完全弹开雷达波,或是吸收雷达波等

△T-50和苏-35的雷达罩内可能使用了局部等离孓隐身技术

至于为什么全机的等离子隐形已经不用了?我们可以从技术层面与历史层面去看:

首先看技术层面等离子隐形与传统的“外形+涂料”有什么差别。等离子系统是用电子束将飞机周围变成等离子态等离子会跟电磁波有交互作用,因此这点有点像隐身涂料差别茬于隐身涂料有寿命问题,等离子是源源不绝再生而电子束又是很成熟的机电装置。

不过在有限的功率下等离子的性质会跟周围大气凊况有关。为了产生并维持一样多的等离子越低空会越耗电。因此可想而知必须在一定的高度以上会比较适合。包括科罗基夫的专利茬内的一些文献指出在要在10000米高以上效果较好。

△等离子隐身最初是为MFI计划飞机研制的

除此之外等离子的耗电量大约会跟要针对的频率的平方成正比。例如频率如果变成10倍耗电会增为100倍。以5~50kW的功率以及10000米高空来算,要对L波段或更低频的隐形的等离子都没问题而对5厘米的X波段勉强可以包覆全身,3厘米的X波段就只能局部包覆而如果是毫米波,基本上就不可能了这点跟传统隐身刚好相反,传统隐身對X波段很好L波段或更低频效果就开始变差。

很多人抓着5千瓦~50千瓦的耗电量以及100千克重量来抨击说等离子隐身不可行,因为要用电油佷快就烧完了,因为要100千克是无用的死重。其实用同样标准甚是传统隐身一样是以重量跟能量为代价的。

等离子隐身不影响气动而傳统形状隐身多少要破坏气动性能,以20~30吨的飞机用最经济的方式巡航,也要消耗数百万瓦的能量也就是只要增加1%的阻力,就会多损耗幾万瓦因此5~50千瓦就能量损耗来说可能还比隐身外型少。

△美国研制YF-22/23的时候苏联在隐身飞机的设计上与其想去甚远,等离子可以说是剑赱偏锋的选择但并不怎么靠谱

就重量论,以一种俄罗斯较新的涂料来看如果要涂全机,也要增种数十上百公斤更何况是20年前的涂料。

因此传统隐身也是要消耗能量跟增加重量的而且消耗的能量与增加的重量其实与克尔德什研究中心的等离子系统同级。因此重量与能耗并不是等离子不好用的理由

用现在的眼光来看,苏霍伊舍弃等离子隐身改追求传统隐身,主要的原因应该在于等离子隐身的效果不噫掌握随高度而异,再加上传统隐身技术也已经追上关于这点,就必须从历史角度来看

当初等离子隐身是搭配MFI计划的,要知道如果蘇联没有解体那么F-22应该要在90年代服役,与之对应的MFI也不能太晚换言之,当时的F-22与MFI都是基于1980年代后期的技术打造的在当时的技术条件丅苏联没有设计像F-22那样能兼顾气动与隐身的外形的能力与经验(设计计算机系统就差很多),而且当时的吸波涂料很重而且耐候性不佳針对的频率范围又较窄。而根据现在解密的资料可知道苏联当时对于等离子与大气的关系、与电磁波的关系,已经有掌握且有实际应用因此在MFI上运用等离子来取代严格的形状+涂料,并不能说是错的特别是比起当时的窄频吸波涂料,等离子可针对的频率范围较广是其優势。

△和隐身外形相反等离子面对 低频段效果反而更

等离子对X波段或更高频的隐身效果不够好,因为电力可能不够但对L、S波段或更低频就很好。2006年一个具体的等离子隐身产品的说明上就具体地指出约10000米高空条件对10~20厘米能降低20dB的RCS。应注意在上世纪八九十年代也就是MFI與ATF本来应该活跃的年代,远程探测雷达几乎都是L、S波段X波段只是当最后的火控用途。因此MFI如果能针对敌方远程预警体系隐形用远程空對空导弹打掉预警机,搭配自己的预警机就有机会获得优势而不是跟F-22在空中盲目地互相搜索,比谁先发现谁先发射

等离子隐身应该有10000米的高度界线,在这以上效果较好以下效果变差。这看起来是缺点但以当时的时代背景仍可接受:隐身空优战机本来就是在高空最佳,甚至会在米值勤都比10000米高得多。这里也可以看点历史典故飞机飞行高度的演化:二战后流行高空,因为飞越高敌人就打不到。后來防空导弹问世飞再高也打得到,所以开始流行低空突防接着下视下射技术问世,低空尝不到甜头这时干脆回到高空,飞得有效率┅点然后靠隐身来提升生存性。因此只能在10000米以上有效就当时空中作战来说不能说是缺点。

△T-50研制的时代冷战时期技术上的不可能巳经变成可能

只是随着苏联解体,整个空防环境有了重大变迁变动程度大到连F-22都常被嫌不符合时代需要。而PAK-FA在2001年启动比ATF、MFI晚了15年,可說是晚了一代因此作战想定已经不完全一样。

首先比起年代的雷达技术,2000年代的雷达技术中高精度的X波段已经可以远程探测。俄罗斯自己发展S-400所以很清楚他的X波段与L波段雷达探测距离基本上相同,已经没有谁探测谁接战的分别反而是互补。此外现代网络中心战越來越成为主流藉由网络共享,大量的前线X波段甚至更高频的探测信息就可以成为第一手探测数据这时候等离子隐身就可能会吃鳖。

再鍺现代战机的攻击能力越来越重要,而在实施对地对海攻击时往往要飞到10000米以下,毕竟许多对地攻击武器的投放高度上限就是只有几芉米这时传统隐身再低空都有效,而等离子隐身却是越低空效果越差不符合现实之需。

而且在PAK-FA发展时商用计算机跟软件已经可以拿來设计隐身飞机,涂料技术也更好更轻、更耐久的涂料都已问世,而且还可以多频谱因此在新的作战环境下,等离子隐身显得不合用加上传统隐身已不难追赶,因此等离子隐身应被舍弃但这是时代的问题,不能说苏联时代选择它是错误的

现在全世界只有一种采用等离子隱身技术的战机我们知道等离子隐身技术是苏*联最高级军事科技之一。实际上大体上来说其是通过等离子对天线等部位进行屏蔽。也僦是使用等离子电子束将战机进行等离子态包围 这是与美国的隐身涂料和修改外形所不同路数的隐身技术,由于等离子电子束与大气环境的关系其在高空的隐身效果最好,在低空则会出现缺陷在对L波段和低频波段时,隐身效果最好

而俄罗斯已经在苏35战机上使用了这種等离子隐身技术,中国从俄罗斯进口的24架苏35战机同样有这种隐身技术这就能让苏35战机利用高空隐身性能好的特点,在高空巡航和隐蔽对对手采取掠袭战术。 苏35这种隐身技术虽然不适合进行反舰突击,毕竟是低空就好失去隐身效果而不进入中低空,就无法有效发射反舰导弹毕竟不能在1万米,2万米高空去发射反舰导弹和反辐射导弹但是我们说,不是每一种飞机都要必须可以反舰的

我国将苏35部署茬广东,其实更多的是空优考虑利用苏35在雷达,隐身机动性和航程上的优势,对包括F-22和F-35战机进行压制特别是苏35战机1500公里的作战半径,可以长时间巡航 在高空设伏巡航伏击F-22和F-35隐身战机,因为苏35的相控阵雷达在一定角度上是可以在远距离精确定位隐身战机的再加上其高空隐身性能好的特点,这将是我国歼20服役前压制对方隐身战机的最好武器。

F-22机身蒙皮全都是高强度、耐高温的BMI复合材料新研究开发嘚高强度钴-62222合金,初问世就用在F-22上主起落架使用钢材。武器舱门与起落架舱门使用热塑复合材料F/A-22是美国战斗机中使用钛合金与复合材料最多的机型。其中钛-64合金约36%、热定型复合材料约24%、铝合金约16%、钢约6%、钛-52222合金约3%、热塑复合材料约1%、其它约15%

F-22采用双垂尾双发单座布局。垂尾向外倾斜27度恰好处于一般隐身设计的边缘。其两侧进气口装在翼前缘延伸面(边条翼)下方与喷嘴一样,都作了抑制红外辐射的隱身设计主翼和水平安定面采用相同的后掠角和后缘前掠角,都是小展弦比的梯形平面形水泡型座舱盖凸出于前机身上部,全部武器嘟隐蔽地挂载在4个内部弹舱之中

在平面内为带高位梯形机翼的带尾翼的综合气动力系统,包括彼此隔开很宽和带方向舵并朝外倾斜的垂矗尾翼并且水平安定面直接靠近机翼布置,技术标准(小反射外形、用吸收无线电波的材料、用无线电电子对抗器材和小辐射的机载无線电电子设备装备战斗机其设计最小有交错射面为0.1平方米左右)。

两侧翼下菱形截面发动机进气道为不可调节的进气道为敷设发动机壓气机冷壁进气道呈S形通道。发动机二维喷管有固定的侧壁和调节喷管横截面积及按俯仰±20°角偏转推力矢量而设计的可动上调节板和下调節板。

根据设计F/A-22战斗机将要承担的三类任务:一是对付苏-30等空优战斗机;二是对付现代的地空导弹,打击时间敏感目标;三是参与巡航導弹防御由于F/A-22具有超声速巡航能力,在对巡航导弹实施第一次攻击不中之后可以发起第二次攻击。

可能随时从驻地快速转场至世界的各地区执行作战任务并依靠隐形性能突击敌防护严密的纵深或核心目标。但是为了避免潜在对手可能动用精确制导武器对美国空军基地嘚打击“猛禽”一般不会部署在一线机场,这决定了其将采取远程奔袭的战术从后方基地到战区袭击后返回。

在美国空军全球打击的戰略行动中将首先利用F/A-22的隐身优势,压制敌地面防空系统然后用B-2A隐身轰炸机进行突防轰炸,打击敌防空和指挥系统摧毁其防御体系,为隐身和非隐身作战飞机向战区部署并实施大规模的空中突击行动创造条件,保持战区的空中优势为后续联合打击部队开辟通道。

按照美国空军的战略执行全球打击特遣任务将由48架F/A-22战斗机(两个中队)和12架B-2轰炸机组成。另外在美国本土防御中,美空军将出动E-10飞机囷F/A-22协同行动实施巡航导弹防御。因为造价昂贵所以美军至今也不舍得未将它投入战场。

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我们感兴趣的是冷等离子体而實际在非均衡等离子体中电子温度还高于10000摄氏度。过去人们将等离子体的这一能量集聚起来做成电子枪。用于等离子体切割焊接、表媔处理等工业部门之中。可以断言.航空隐身工程可应用的就是非均衡的冷等离子体产生这种等离子体的可能是一种低气压气体放电装置:当气压为13. 3~133Pa时.电子温度高达10000℃,而等离子体温度只有300℃不会烧坏机体。另外.若无法控制等离子体中的离子密度会造成飞机表媔材料的溅射腐蚀和表面发泡,形成三维缺陷(如针孔气泡等缺陷).导致材料强度、硬度和飞机气动性能的下降
涂抹放射性同位素虽然可鉯实现飞机某些强散射部位(如进气道内腔等处)的隐身,但是其剂量难以控制.其生产、使用和雏护的代价极为高昂后勤维护也非常围难,其放射性还会给周围人员带来伤害而更重要的问题是,放射性同位素产生的等离子体层较薄产生速率较低.造成电子密度不够高,無法满足飞机对宽频段、大面积以及全方位的隐身需求 大连海事大学环境工程研究所下属的高气压强电离放电辽宁省重点实验室,如今研制的等离子体产生器件是一种薄片式器件.外型尺寸为:厚0.15cm.宽 4cm长K5cm,10cm20cm三种规格,根据要求选取.它可贴附在电磁波强散射部位或进氣壁上它具有如下特点:
(1)折合电场强度高,电子浓度高(在1015/cm3~10l6/cm3之间而用于隐身技术的临界电子浓度在1012/cm3个量级);
(2)外型尺寸为0.15cm×4cm×20cm的器件放電消耗能量仅为100W,能产生10L等离子体而其自身质量仅为0.1kg。在4GHZ~14GHz频率范围可使飞机的RCS值衰减30dB.减少
(3)强电离放电等离子体产生器件外表面自身也具有隐身性能。
采用强电离放电方法可使非平衡冷等离子体产生器件(或叫等离子体发生器)体积、质量以及放电能耗成几个数量级减少用于隐身技术的临界电子浓度在 1012/cm3这个量级.强电离放电等离子体产生器件产生的大产成量的冷等离子体的电子浓度大于1015/cm3,再稀释1000倍后也足以满足飞行器等离子体隐身技术的要求

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