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      反隱身技術(shù)編織的天羅地網(wǎng)

      2021-09-07 10:39:45龍琛芮
      科學(xué)24小時(shí) 2021年9期
      關(guān)鍵詞:發(fā)射站隱身技術(shù)散射截面

      龍琛芮

      天空-M雷達(dá)

      一直以來,隱身可謂是許多人夢(mèng)寐以求的超能力。雖然掌握“來無影去無蹤”的特異功能對(duì)我們來說還是遙不可及的夢(mèng)想,但是從技術(shù)上我們?cè)缫颜业搅穗[身的“基因密碼”。

      我們能看到物體,是因?yàn)槲矬w發(fā)射或者反射的光通過瞳孔、晶狀體進(jìn)入眼睛,從而被我們接收。而如果這些光線通過散射、反射或吸收等方式被改變,使得觀察者看不到物體的存在,就能實(shí)現(xiàn)視覺上的隱身。有的國(guó)家通過使用特殊材料,已經(jīng)研制出了隱身斗篷。這里的隱身是指對(duì)人眼或者目視觀察時(shí)的隱身。

      而在軍事領(lǐng)域,戰(zhàn)斗機(jī)、導(dǎo)彈等武器裝備的作用距離早已突破了人類目視觀察的極限,但它們?cè)诎l(fā)展過程中同樣追求隱身的功能。自20世紀(jì)末期,美軍具備隱身功能的F-117A隱身戰(zhàn)機(jī)以睥睨天下的姿態(tài)在實(shí)戰(zhàn)中亮相以來,各國(guó)軍隊(duì)都競(jìng)相研制隱身技術(shù),因?yàn)殡[身技術(shù)的運(yùn)用能夠提高武器裝備的生存幾率,極大地增強(qiáng)突防能力,有效提高作戰(zhàn)效能。當(dāng)前各類武器裝備實(shí)現(xiàn)隱身,主要是采取無源隱身技術(shù)和有源隱身技術(shù),例如改變武器裝備的外形和結(jié)構(gòu)、使用吸波材料和透波材料、發(fā)射各種波束、施放電子干擾誘餌等,以達(dá)到隱蔽己方目標(biāo)的目的。但這里的隱身,是針對(duì)雷達(dá)而言的。

      那么,什么是雷達(dá)?它是英文“Radar”的音譯?!癛adar”曾經(jīng)是美國(guó)海軍在第二次世界大戰(zhàn)中使用的一個(gè)保密代號(hào),原意為“無線電探測(cè)和定位”,一般是指利用無線電波發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測(cè)定其位置的設(shè)備。它能夠不斷地發(fā)出大功率無線電脈沖,通過分析被目標(biāo)反射回來的電磁波來測(cè)算目標(biāo)的位置、高度和速度,因此也被稱為“千里眼”。

      隱身戰(zhàn)機(jī)在面對(duì)傳統(tǒng)雷達(dá)的探測(cè)時(shí),實(shí)現(xiàn)隱身的常規(guī)手段就是有效地減小其雷達(dá)散射截面——即被雷達(dá)捕捉到的“影像”。例如,美軍的F-22猛禽戰(zhàn)斗機(jī)的正面雷達(dá)散射截面可低至0.O1平方米,被雷達(dá)發(fā)現(xiàn)的概率大幅度降低,傳統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)難以發(fā)現(xiàn)其蹤跡。

      然而,事物的發(fā)展總是充滿了哲學(xué)的理念——有矛必有盾。隱身戰(zhàn)機(jī)的出現(xiàn),使得世界各國(guó)在隱身技術(shù)領(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)得不可開交之時(shí),發(fā)現(xiàn)了自身防空領(lǐng)域的重大漏洞。雷達(dá)的地位受到了前所未有的挑戰(zhàn)與威脅,生存環(huán)境隨之變得嚴(yán)峻,提高雷達(dá)對(duì)隱身目標(biāo)的探測(cè)能力已迫在眉睫,反隱身領(lǐng)域的暗中交鋒也變得風(fēng)起云涌。了解了隱身技術(shù)與探測(cè)技術(shù)之間的恩怨情仇,我們會(huì)發(fā)現(xiàn),隱身技術(shù)的“障眼法”與探測(cè)技術(shù)的“千里眼”之爭(zhēng)由來已久,探測(cè)技術(shù)其實(shí)就是使各種隱身平臺(tái)無處藏身的反隱身技術(shù)。近年來,反隱身技術(shù)的發(fā)展正在擠壓隱身技術(shù)的發(fā)展空間,它所編織的探測(cè)網(wǎng)正在讓隱身平臺(tái)無處遁形。

      YCL-8B 機(jī)動(dòng)式預(yù)警相控陣?yán)走_(dá)示意圖

      多種反隱身技術(shù)編織“天羅地網(wǎng)”

      武器裝備想要隱身,大抵不過是在形狀、材質(zhì)、涂層上下功夫以減小雷達(dá)散射截面,再有就是改變內(nèi)部結(jié)構(gòu)和運(yùn)行原理,減少聲音和熱量。

      探測(cè)發(fā)現(xiàn)作為打擊隱身平臺(tái)殺傷鏈路的首要環(huán)節(jié),其地位和作用不言而喻。在實(shí)現(xiàn)反隱身的過程中,最重要的是發(fā)現(xiàn)隱身目標(biāo),如果連目標(biāo)都發(fā)現(xiàn)不了,那么再先進(jìn)的武器也只能是個(gè)擺設(shè)。因此,反隱身的關(guān)鍵在于研發(fā)性能優(yōu)異的探測(cè)設(shè)備。反隱身技術(shù)的核心,就是找到隱身技術(shù)的薄弱環(huán)節(jié),將其作為突破口,加以最大限度地利用,使隱身平臺(tái)的隱身性能明顯下降甚至失效。反隱身設(shè)備,其實(shí)就是構(gòu)造和功能特殊的新型雷達(dá),它能克服常規(guī)雷達(dá)的弱點(diǎn)和缺陷,能夠及時(shí)把隱身平臺(tái)搜尋出來。

      雙/多基地雷達(dá)? ?現(xiàn)有的隱身技術(shù)著力于大幅減小雷達(dá)散射截面值,但其隱身效果并不算是全方位的,主要是減小正前方附近、水平正負(fù)45度、垂直正負(fù)30度范圍時(shí)的后向散射截面,而目標(biāo)其他方向,特別是前向散射截面明顯增大。因此,雙/多基地雷達(dá)就充分利用這個(gè)特點(diǎn),用“人多力量大”的辦法來實(shí)現(xiàn)反隱身:如果一臺(tái)發(fā)射機(jī)、接收機(jī)探測(cè)不到隱身目標(biāo),那么就使用多臺(tái),并利用隱身目標(biāo)偏轉(zhuǎn)的雷達(dá)反射波束效應(yīng),將發(fā)射機(jī)和多臺(tái)接收機(jī)分別置于相距較遠(yuǎn)的多個(gè)位置上,從而在空間不同位置接受目標(biāo)散射的電磁波,有效接收目標(biāo)側(cè)向或者前向散射雷達(dá)波信號(hào),達(dá)到探測(cè)發(fā)現(xiàn)隱身目標(biāo)的目的。

      此外,雙/多基地雷達(dá)采用接收機(jī)與發(fā)射機(jī)分離的方式,即便在發(fā)射站發(fā)射電磁波被發(fā)現(xiàn)并受到攻擊時(shí),接收站由于保持電磁靜默,具有較好的電磁隱蔽性,能有效防止敵方的有源干擾和反輻射導(dǎo)彈。而且,發(fā)射站的部署具有很強(qiáng)的機(jī)動(dòng)性,既可以部署在距離作戰(zhàn)區(qū)域較遠(yuǎn)的地方,從而降低被偵察截獲的概率,也可以利用幾個(gè)不同的發(fā)射站發(fā)射信號(hào)。即使某個(gè)發(fā)射站受損,系統(tǒng)仍能接收到其他發(fā)射站的信號(hào)繼續(xù)工作。

      由此可見,雙/多基地雷達(dá)在反隱身方面擁有單基地雷達(dá)不具備的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),能顯著提高雷達(dá)反隱身性能和生存能力。

      無源雷達(dá)? ?隱身武器的雷達(dá)散射截面雖極小,但它總會(huì)主動(dòng)輻射電磁波或被動(dòng)反射回波。例如在作戰(zhàn)中,隱身戰(zhàn)機(jī)為導(dǎo)航定位、通信聯(lián)絡(luò)、武器制導(dǎo)等,必定要輻射電磁波。無源雷達(dá)本身不發(fā)射電磁波,只是被動(dòng)地、悄無聲息地接收目標(biāo)本身輻射的電磁波,或是通過接收廣播電臺(tái)、電視臺(tái)等輻射源照射目標(biāo)而反射出的回波,通過利用各輻射源直達(dá)波和散射波的波程差,以及到達(dá)角和多普勒頻移等信息,來確定目標(biāo)的二維或三維坐標(biāo)。一言以蔽之,無源雷達(dá)不向外發(fā)射電磁波,只接收物體反射的回波,就是主動(dòng)變被動(dòng)。

      空警-500

      E-3A 預(yù)警機(jī)

      無源雷達(dá)“只收不發(fā)”的原理使得它不易被發(fā)現(xiàn),并可安裝在移動(dòng)的平臺(tái)上,在能夠悄悄發(fā)現(xiàn)敵人的同時(shí)具有較強(qiáng)的生存能力,是對(duì)抗隱身技術(shù)的一種有效的技術(shù)途徑。

      天波超視距雷達(dá)? ?現(xiàn)有的飛機(jī)和導(dǎo)彈,在正面優(yōu)化設(shè)計(jì)上下了很大功夫,但是頂部卻很少采用隱身措施,所以一般從前下方看,它們的雷達(dá)散射截面最小,側(cè)面較大,俯視和仰視時(shí)雷達(dá)散射截面更大。以隱身飛機(jī)為例,其整體設(shè)計(jì)一般是主要縮減鼻錐方向的雷達(dá)散射截面,背部是其弱點(diǎn)。因此,換一個(gè)角度,預(yù)警機(jī)和偵察衛(wèi)星等反隱身平臺(tái)搭載超視距雷達(dá)從高空自上至下發(fā)射電磁波,就可以增加探測(cè)范圍,很容易發(fā)現(xiàn)目標(biāo)。例如,一架美國(guó)E-3A“望樓”預(yù)警機(jī)的探測(cè)范圍,相當(dāng)于30多部地面雷達(dá)的探測(cè)范圍,因此對(duì)隱身目標(biāo)的威脅很大。除預(yù)警飛機(jī)外,反隱身的空中預(yù)警平臺(tái)還包括預(yù)警氣球、飛艇乃至衛(wèi)星等。此外,超視距雷達(dá)工作波長(zhǎng)較長(zhǎng),飛行器采用的雷達(dá)波吸收材料對(duì)它無效,能夠有效應(yīng)對(duì)通過外形設(shè)計(jì)和雷達(dá)吸波材料來達(dá)到隱身的目標(biāo)。

      超寬帶雷達(dá)等雷達(dá)? ?隱身平臺(tái)不可能實(shí)現(xiàn)全頻段隱身,現(xiàn)役隱身飛機(jī)隱身效果最佳的頻段在1~20吉赫之間。如果雷達(dá)工作頻率超出此范圍,那么就可以顯著提高雷達(dá)探測(cè)能力,從而使隱身飛機(jī)的隱身能力大大降低。因此,超寬帶雷達(dá)、米波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和多頻雷達(dá)都能夠?qū)﹄[身飛機(jī)進(jìn)行有效探測(cè)。超寬帶雷達(dá)具有很大的帶寬,隱身飛機(jī)的吸波材料只能吸收其中一小部分頻帶的能量,這使得隱身飛機(jī)在面對(duì)超寬帶雷達(dá)的探測(cè)時(shí),隱身效果不夠明顯。而米波雷達(dá)、毫米波雷達(dá)的工作頻率都超出了反雷達(dá)隱身技術(shù)的有效范圍,吸波涂料或吸波材料難以吸收該頻段的電磁波,因而對(duì)隱身目標(biāo)具有較強(qiáng)的探測(cè)能力。多頻段雷達(dá)則具有信號(hào)脈沖載頻快速變化的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)發(fā)送多個(gè)頻段的信號(hào)有助于探測(cè)隱身目標(biāo)。

      此外,還有諧波雷達(dá)、相控陣?yán)走_(dá)、激光雷達(dá)和外輻射源雷達(dá)等新型雷達(dá),都能夠運(yùn)用不同的技術(shù)原理實(shí)現(xiàn)反隱身。

      “織網(wǎng)”的節(jié)奏不能停

      現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中,“發(fā)現(xiàn)即摧毀”已經(jīng)成為部分國(guó)家能夠?qū)崿F(xiàn)的能力。雖然隱身技術(shù)的理論研究和實(shí)際應(yīng)用在不斷地深入和拓展,但是作為防御手段的反隱身技術(shù)也在日趨完善。無論何時(shí),隱身技術(shù)與反隱身技術(shù)的對(duì)抗將永不停歇,它們之間的斗爭(zhēng)必然會(huì)更加激烈。正所謂“三十年河?xùn)|,三十年河西”,保持發(fā)展前進(jìn)的姿態(tài)是奪取斗爭(zhēng)勝利的基本保證。若想使反隱身技術(shù)編織的巨網(wǎng)不被隱身技術(shù)攻破,必須繼續(xù)鞏固和提升其技術(shù)性能。

      當(dāng)前,提高傳統(tǒng)雷達(dá)性能、采用雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)、發(fā)展無源雷達(dá)等手段都在反隱身戰(zhàn)場(chǎng)上得到了運(yùn)用。但是傳統(tǒng)雷達(dá)性能提高的局限性、雷達(dá)組網(wǎng)技術(shù)的優(yōu)化部署問題都是其發(fā)展路上需要攻克的障礙。

      目前,美國(guó)、俄羅斯和北約在對(duì)抗飛機(jī)隱身技術(shù)方面比較成熟和發(fā)達(dá),他們采用的是多種探測(cè)器的綜合利用,形成了一套功能齊全、頻譜范圍廣泛的綜合探測(cè)系統(tǒng),使隱身飛機(jī)或其他隱身目標(biāo)的有效探測(cè)能力得到極大增強(qiáng)。

      如今,在以信息化、智能化為主導(dǎo)的陸??仗煲惑w化的戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)下,反隱身技術(shù)面對(duì)的作戰(zhàn)環(huán)境、任務(wù)和對(duì)象都在不斷地發(fā)生變化。反隱身技術(shù)的發(fā)展,還需要不斷地創(chuàng)新與探索。要想讓敵方的隱身平臺(tái)在我方面前無可遁形,就要采取多技術(shù)融合、多功能集成和開發(fā)特殊探測(cè)手段等方式,不斷提高反隱身設(shè)備的探測(cè)距離、精度和概率,提高信號(hào)處理抗干擾能力,同時(shí)增強(qiáng)其戰(zhàn)時(shí)生存能力。此外,隱身與反隱身的對(duì)抗也是體系與體系之間的對(duì)抗。在雷達(dá)系統(tǒng)的反隱身水平一定的情況下,提高雷達(dá)系統(tǒng)的生存能力,增強(qiáng)系統(tǒng)信息處理能力,以及和智能、網(wǎng)絡(luò)、通信等多功能集成,有利于雷達(dá)反隱身能力的發(fā)揮。

      編織好守望藍(lán)天的“天羅地網(wǎng)”,保持好技術(shù)優(yōu)勢(shì),才能夠?qū)?zhàn)場(chǎng)的硝煙阻攔在領(lǐng)空之外。在未來戰(zhàn)爭(zhēng)中,隱身與反隱身技術(shù)究竟“鹿死誰手”,需要我們持續(xù)關(guān)注。

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