“用於飛行器,等離子體隱身研究中暴露有很多具體的技術問題,即使大部分問題再將來的研究中能夠得到解決,但有些問題是解決不了的,有些還是致命的、方向性的問題。”
——611所副總設計師桑建華
從90年代開始,俄羅斯面對B2、F22的威脅就一直在試圖彎道超車,其學術界和工程界炒熱了各種各樣不靠譜的概念方案。今天依然被很多相信的等離子體隱身技術,就是那個時代的遺毒。
根據《中航首席專家叢書——飛行器隱身技術》一書,611在隱身技術的研究中,對於等離子體隱身技術給出了否定性的結論,並指出了5個問題。
由於桑總這本書是寫給專業人員的,因此很多基本物理知識沒有過多的描述,只是直接了當的指出了問題所在;如果沒有對應的知識儲備,要理解起來可能比較吃力。
筆者幾年前寫過相關的文章,基於等離子體的基本特性出發,分析了等離子體隱身技術根本不可行的原因;今天摘抄部分內容回來,並另作相關補充,作為對桑總觀點的輔助性解釋。
圖:極光就是等離子體主動發射電磁輻射形成的自然現象
“首先要談等離子體的一點,就是這東西不神祕。就地攤上的熒光燈,那也是靠等離子體在發光,事實上現在相當高比例的等離子隱身技術的試驗,都是藉助熒光燈作為核心的等離子體發生和維持裝置執行的。
等離子體可以簡單看成是被電離了的氣體,傳統的氣體中分子都是不帶電的中性粒子,比如O2,N2等等都是。而電離以後的氣體,它裡面絕大部分就成了帶正電荷或者負電荷的離子。這種狀態下粒子的電場勢能很高,因此也相當不穩定。
圖:等離子體在發光
由於帶電粒子的高能量,它自身會主動散發大量包括可見光在內的電磁輻射——自然界中的極光就是典型的例子。等離子體對電磁波的作用存在多面性,絕不僅僅是吸收而已......
......所以在等離子隱身技術中,需要涉及到非常複雜的調頻等處理,使得產生的等離子體在吸收目標特定波段頻率的雷達波上的能力最大化,並儘可能抑制它的主動電磁輻射效應。這是等離子隱身實用化中,非常大、而且短期內無法完全解決的難題之一。“
”正如前面提到的,等離子體是電離出來的,而且處於高能狀態——能量高到電子都被從原子和分子中被剝奪出去了。這意味著如果要用高離子濃度的離子云覆蓋飛機較高比例部位的地方,則等離子體本身的溫度,電離所需的功率,都將會非常的高“
圖:在生活中,肉眼可見、最常見的等離子體,就是火焰——特別是它的高溫部分。
等離子體由於自身的高能特性,會對接觸到的物體形成破壞性的腐蝕作用:電離作用下,等離子體中會產生大量的活性基團,這些基團會與接觸它們的物質產生各種化學反應,形成腐蝕作用。
當然這種特性並不一定都是壞事——現在你我使用的各種電子裝置中,幾乎沒有任何一種能離得開積體電路;而現在積體電路的製造環節中,等離子蝕刻是繞不開的核心關鍵工藝。
但是在飛機上,腐蝕是導致電氣裝置故障、結構失效(往往帶來解體等災難性後果)的核心因素之一;飛機設計製造技術的相當部分核心,就在於千方百計的去隔絕、阻止和延緩腐蝕的發生。
”等離子體隱身,目前真正被認為有一定可行性的方向;是在飛機的結構內部,設定一些封閉式的腔體,然後使之充斥等離子體,形成區域性性的吸波能力。在有限的體積下,吸收雷達波所需的離子濃度和數量可以很容易堆積出來。
但是這時另一個搞笑的問題就出現了——在天線艙充滿等離子體以後,戰機自己的雷達也就無法工作了。實際上這個問題不僅限於戰鬥機雷達,其它被等離子體覆蓋的任何射頻裝置天線都會被這個問題困擾。舉個例子,飛船和太空梭重返大氣層時,和地面聯絡被嚴重干擾、乃至斷絕的黑障現象;就是其四周空氣高度電離,形成了等離子體包裹飛行器所引發的。
等離子隱身針對這個問題,目前提出的解決方案只有時間控制措施,也就是要用雷達的時候就等離子隱身功能給關了。而在新一代的雷達罩透波材料(選擇性透波)面前,這種技術根本沒有任何競爭能力“
在五代機的核心作戰模式中,首先就是靜默狀態下保持遠端探測、靜默接近目標。
以F22為例,它通過ALR-94雷達告警接收機的長基線干涉測量技術,能通過接收和測算對方戰鬥機探測時發射的雷達波,在最大460公里的範圍內探測目標;當距離減小到185公里左右時,它就可以對目標進行高精度的定位,並將定位資訊提供給APG-77雷達。
在有了精確定位輔助以後,F22的APG-77雷達就可以用非常狹窄(2°x2°)的波束,在滿足探測要求的前提下,用盡可能低的功率、將雷達波偽裝成噪聲訊號,精確的對目標進行搜尋和跟蹤鎖定。
這套綜合電子戰系統與雷達的被動/主動配合使用設計,是F22隱身作戰能力的核心關鍵所在。如果採用等離子體對F22進行天線隱身處理,F22的戰場感知能力——尤其是靜默狀態下的感知能力就等於完全廢掉了,戰鬥力折損掉九成都不止。
在自己的國土上造幾百架高速、大範圍移動、還有可能墜毀在人口密集地區的的放射性汙染源,這是什麼樣的精神......
此處引用桑總的論述作為結語:
“上面幾點問題有些是無法解決的,有些是與飛行器隱身要求相矛盾的......否則,為什麼等離子體隱身研究的始作俑者的T-50飛機好像還是主要採用外形修形技術和吸波材料技術?”
PS:桑總的陳述有一個地方是有瑕疵的:俄羅斯還沒有那個資格,作為等離子體隱身研究的創始研究者。
該技術真正的提出和早期驗證者都是美國,由通用的工程師在1956年提出、1964年申請專利;並在50-60年代中,嘗試應用於黑鳥系列飛機的進氣道和尾噴管隱身處理。
圖:美國50年代的等離子體隱身技術專利
圖:黑鳥在燃料中添加了金屬鹽,誘發發動機的噴流電離、形成等離子體,試圖遮擋後向的雷達波,避免它照射進發動機噴管,形成強反射效應
圖:黑鳥試驗使用該裝置,在進氣口前方電離空氣,形成等離子體,遮蔽進氣道
其中涉及進氣道隱身的研究內容叫KEMPSTER計劃,它的意圖是在進氣道前方以125千瓦的功率,每秒發射100次電子束,對空氣進行電離。在進行了包括飛行測試的兩個階段試驗後,這個技術路線方向在1966年被美國否決。
這實際上也是俄國等後發國家在吹噓彎道超車時,始終要千方百計迴避掩飾的一個關鍵:
美國這樣的領先探索者,開創每一個新的技術領域並形成完整的體系,都是在極度缺乏指引的情況下,窮盡當時知識邊界和想象力極限,無數次試錯、無數次撞牆才能逐步摸索出正確的路徑方向。
真要有那麼好走的彎道,輪得到俄國這樣的國家去撿漏嗎?