隐身技术发展历程

隐身技术是对目标的特征信号进行有效控制或抑制的技术，也称低可观测技术（LO技术）。隐身的根本目的就是降低目标的可探测性，以提高目标的生存能力，从而提高目标的综合作战效能。目标的可探测性通常指武器系统的辐射能量被防御武器系统探测、捕获、跟踪，并用于将导弹导向目标。这些辐射特征包括雷达、红外、光学和声响特征等，还包括偶然和必然的电磁辐射。目前各种武器平台针对探测器可能出现的可探测频谱及目标特征信号如下图所示。

对飞行器而言，其面临的探测威胁主要由雷达、红外等。飞行器的隐身设计是个“木桶效应”，如只重视雷达隐身，性能要求提的非常高，红外隐身性能没有提出要求或相对较差，将导致红外探测器很早发现目标。

隐身的概念是在不让敌军发现友军存在的情况下进行行动或隐藏。这个概念首先是通过伪装来探索的，以使物体的外观融入视觉背景。伪装自古就为兵家所重视。《孙子兵法》指出:“兵者，道也。故能而示之不能，用而示之不用，近而示之远，远而示之近。”这是关于在战争中如何运用伪装的最早论述。
追根溯源，现代隐身技术首先应用于航空领域。1913 年，美国作战部进行了几次研究试验，打算用以评价建造一种用肉眼看不到的飞机的可行性，飞机机翼用“一种部分为赛璐璐的半透明材料”制造。1914 年，《飞机杂志》报道过类似的试验。“只有机体隐约可见。隐约的机体以及马达、飞行员和乘员展现的轮廓如此之小，以至在今天飞机的飞行速度下，枪炮要精确地瞄准几乎变得不可能了。”第一次世界大战期间，德国人尝试使用Cellon（醋酸纤维素）这种透明覆盖材料，试图降低军用飞机的能见度。福克 E.III Eindecker单翼战斗机、Albatros CI两座观察双翼飞机和Linke-Hofmann RI原型重型轰炸机的均采用Cellon进行覆盖。设计师希望穿过透明外蒙皮的光线将使德国飞机在远距离上几乎无法察觉。早期的测试表明，这种革命性的透明材料实际使飞机更加可见——蒙皮的光学特性反射了阳光。此外，这种透明材料还被发现会因阳光和飞行中温度变化而迅速降解，该项目被无限期搁置。Cellon覆盖的福克单翼飞机如下图所示。

有趣的是，同时期俄罗斯空军工程学院的设计师尼古拉·茹科夫斯基也设计了一种“隐形” 雅科夫列夫 AIR-3单翼飞机（如下图所示），也采用透明蒙皮。虽然这种材料为飞行员提供了更广阔的视野，但工程师发现闪亮涂层的反射使飞机在明亮的日光条件下高度可见。


1916年，英国改装了一艘小型SS级飞艇，用于对西线德军防线进行夜间侦察。该飞行器配备了静音发动机和黑色气囊，从地面上看去既看不见又听不见，但在德国控制的领土上空进行的几次夜间飞行几乎没有产生任何有用的情报，因此这个想法被放弃了。

随着第二次世界大战雷达的出现，设计一种革命性的雷达技术无法探测到的战机竞赛开始了。英国飞机设计师凭借德哈维兰 DH.98 蚊式战斗机（如下图）取得了早期领先。这款双引擎战斗机于 1941 年推出，其机身由雷达吸收胶合板制成。虽然从一开始就没有专门设计为隐形的，但该飞机的低特征以及近 600 公里/小时的最高速度使其成为雷达操作员难以跟踪的目标。

第一架为躲避雷达而设计的飞机为德国的Horten Ho-229（如下图所示），它是由德国空军一个绝密计划研制的，其外形与 B-2隐身飞机颇相似。从喷气轰炸机革命性的扁平飞翼设计、没有垂直尾翼到木框镶板和木炭胶涂层，一切都据说是为了使盟军传感器无法检测到飞机而设计的。尽管Ho-229于1944 年 3 月首次飞上天空，并立即获得40 架的订购计划，但在第三帝国崩溃之前只生产了三架。战争结束时，美国特工意识到这种全新飞机的存在，立即冲进德国市中心，在原型机被苏联俘获之前将其走私出去。战后数十年，诺斯罗普的工程师据说研究了幸存的 Ho-229，它的设计为B-2 隐形轰炸机的开发提供了信息。


第二次世界大战期间，德国在其潜艇的通气管上涂上了雷达吸收涂料，以使其不易被盟军反潜飞机携带的雷达发现。德军设计飞翼式喷气试验机和在潜艇上使用吸波材料，是今天雷达隐身技术中隐身外形和隐身材料技术的首次应用，这些都是早期的隐身技术的运用。
1945年美国研制出RADAR含铁吸水涂料。它能够使飞机减少雷达反射，但很重；这种被称为 MX-410的材料的多层涂层可能会使飞机变得笨重，甚至太重而无法飞行。然而，隐形发展在战后几年仍在继续。特别是这段时期杰克·诺斯罗普 (Jack Northrop) 设计了YB-49 飞机（如下图所示），它具有光滑的表面和圆形边缘，但没有尾翼。在雷达屏幕上产生的图像相对较小，但当时并没有引起太大兴趣，YB-49 于 1949 年被取消。

在 20 世纪 60 年代，一篇不起眼的论文《衍射物理理论中的边缘波方法》（Method of Edge Waves in the Physical Theory of Diffraction）中，俄罗斯物理学家彼得·乌菲姆采夫 (Pyotr Ufimtsev) 提出一个模型，用于预测电磁波（例如雷达）在2D 和 3D 表面如何散射，该模型可以计算从平坦表面反射的电磁波并用于估计雷达的回波。该论文提出的创新的方程式以预测几何形状的雷达反射率，后来被美国人称之为“带来隐身技术突破的魔法石”。他的发现被所有人忽视，包括俄罗斯人。直到美国国防承包商洛克希德公司注意到这一点并将他的作品翻译成英文，该理论在美国隐形飞机 F-117 和 B-2 的设计中发挥了关键作用。乌菲姆采夫的工作成为现代隐形技术的基础，他也被称为俄罗斯隐形技术之父。


20世纪60年代，世界各国开始部署综合防空系统。地基和空基雷达与指挥控制系统相连，指挥控制系统反过来可以向地对空导弹连和空军基地发出战斗机准备起飞的命令。在越南、中东和西欧，这种紧密的整合有望摧毁任何试图突破的轰炸机部队。尽管美式飞机拥有逼近极限的飞行性能和强大的电子对抗措施，仍然在越南和中东战场上吃尽了萨姆-2、米格-21的苦头。

在采用降低特征信号以提高飞机生存能力的强烈需求推动下，提出了研制以降低雷达截面为主要目标的、实用的、真正的隐身飞机的要求。为此美国航空工业从70年代开始秘密研究“隐身”设计，依靠机体的特殊外形偏转或者吸收入射雷达波，尽量降低雷达反射信号的强度，进而大幅降低敌方雷达的截获概率和探测距离，从源头上降低导弹的拦截效能。最初的研发团队没有洛克希德公司，该公司领导层从五角大楼探听到隐身计划的消息后正式向DARPA提出要参与项目，中情局也批准“臭鼬工厂”可以和DARPA讨论“黑鸟”项目所涉及的隐身技术。DARPA最初拒绝了洛克希德的请求，因为项目资金不足，在多次交涉后洛克希德终于被批准自费入局。差不多在同一时间，正在研究隐身设计问题的“臭鼬工厂”数学家和雷达专家Denys Overholser碰巧从资料库中翻出一份彼得·乌菲姆采夫被埋没多年的论文《物理衍射理论中的边缘波行为》，当时美国空军外国技术部刚刚把它翻译成英文。当时，苏联没有超级计算机能力来求解文章中提到的方程。洛克希德公司在计算机模拟中应用了这一点，设计了一种新颖的形状，他们称之为“无望钻石”（这个名字来自世界上现存最大的蓝色钻石 “Hope Diamond - 希望钻石”，因为实在不像能飞起来的样子而被说了反话），由“臭鼬工厂”时任董事长本·里奇设计。

最终带资入组的洛克希德公司笑到最后，赢得了合同，在此基础上研制了世界第一款全隐身技术的战机F-117A，也即第一代隐身飞机。1989 年 12 月，美国将 F-117 战斗机投入到入侵巴拿马的实战中，引起了世人的广泛关注。1991年1月，F-117 在海湾战争中雄风再现、名声大震，为隐身技术荣登宝座提供了难得的机遇。美国在海湾部署了43架F-117A隐身飞机，出动了1270 架次，攻击了伊拉克40%的战略目标。


美国空军1981年开始发展第二代隐身飞机-B-2隐身轰炸机的研制。B-2 隐身轰炸机作为一种世界上最先进的、具备全球作战能力的极其有力的武器，自1995年试飞圆满结束以后已于1997 年在美国空军投入使用。2000年有21架B-2飞机进入服役状态。

美国的三代隐身飞机的特点和雷达截面大小如下图所示。

此外F-16CF/A-18C/DB-1B 等也采用了部分隐身技术隐身技术还推广到各种导弹直升机无人机水面舰艇当中。潜艇的噪声以每10年降低10~20dB 的度下降世界上最好的核潜艇的噪声已经降低到90~100dB低于海洋环境噪声。在第一、第二代隐身飞机多次参加军事行动并取得显著战果后，20 世纪90 年代，美国开始研制第三代隐身飞机。同时，隐身技术开始向导弹、舰艇、直升机、战车，甚至弹药、地面设备等领域推广和移植。美国空军于 20 世纪80年代开始设计F-22“猛禽”战斗机，1993 年开始研制“联合攻击战斗机”它们都属于第三代隐身飞机。


据报道，美国空军发布了一份针对下一代隐身战斗机（NGAD）平台的工程与制造开发合同的招标书，计划将于2024年正式授予合同。该项目将用一种与无人机并肩作战的战斗机取代洛克希德·马丁公司的F-22“猛禽”第五代隐身战斗机。NGAD战斗机将使反空中任务同时具备打击空中和地面威胁的能力，以实现空中优势并支援联合部队。NGAD配备了“太赫兹”反隐身雷达，具备更强的抗干扰能力和更高的探测精度，能够在敌军武器装备释放干扰弹、烟雾的情况下，也准确地侦测到目标，对隐身目标的探测能力也非常强。动力系统从它的尾部喷口更加扁平可以看出来其采用的是变循环发动机，相比美国标准第四代航空发动机，耗油率降低25%。再加上（NGAD）采用无尾翼布局，没有垂尾产生额外气动阻力，燃油效率可进一步提升，同等条件下，航程能够提升35%以上。

此外，在舰艇方面，世界各国为降低大型水面舰船目标特征投入了相当的资源，研究了大量舰船目标特征控制技术，原理上采用了与飞行器相类似的隐身技术，主要包括：如雷达外形整形、雷达吸波材料技术等，在业界称为“小水线面双体船型”“单体穿浪内倾船型”“内置式垂直发射武器系统”“综合桅杆(天线) 技术”等。在红外隐身方面，主要有：舰船发动机排气系统红外抑制器技术、舰艇表面水雾喷淋降温红外抑制技术等。其中最著名的应用是美国的“朱姆沃尔特”级驱逐舰 DDG -1000，革命性的外形设计和新技术的大量使用使其可能成为未来大型舰船隐身设计的标杆。但也是因为新技术应用太多，造价昂贵、研制进度拖后。

隐身技术涉及到多个学科的理论和基础技术，除了电磁学、热力学、光学和声学等直接相关的学科外，还涉及流体力学、结构力学、材料、化学、高分子、通信、目标特性特征分析及测量技术等。隐身设计要求的贯彻与隐身技术应用在飞行器研究和研制中面临着许多的挑战，包括多种隐身基础理论、技术途径、技术要求的制订、综合设计以及与武器平台其他性能要求的系统综合，还包括工程开发、工艺实现、装备实践、工程师的认识和用户习惯等大量的工程应用问题。告诉大家一个好消息，近期将举办“电磁隐身结构设计和宽带耐大功率透波技术研讨会”，具体通知如下。




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