戰鬥機上的"隱身衣" 黑色幽靈F-117的秘密

2021-01-14 網易

2018-10-19 14:02:31 來源: 科普中國

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  出品:科普中國

  製作:張晨

  監製:中國科學院計算機網絡信息中心

  小時候總是幻想著穿上魔法隱身衣隱藏蹤跡,雖然隱身衣科學家們還在緊張研製中,但隱身技術和隱身衣不一樣,這項技術早在上個世紀就用在了戰鬥機上。

  所謂的戰鬥機隱身技術最早出現於第二次世界大戰期間,當時的納粹德國研製出一種可以吸收電磁波的特殊塗料,將這種塗料塗在飛機上可以有效降低被雷達的發現概率,達到隱身的效果。二戰後美軍一直致力於戰鬥機隱身功能的研究,直到1989年4月美國空軍才首次公布了F-117。之後的海灣戰爭以及1998年12月的"沙漠之狐"行動都可以看到F-117的身影。

  

  圖1 獨特外形的F-117

  F-117有著非常獨特的外形。整架飛機幾乎全由直線構成,用了三角形飛翼式前三點起落架布局,機翼下表面與機身上表面是由許多塊小平面組成一體的三角面錐(前錐、上錐、後錐),機翼前緣就是機身前緣的延伸,垂直尾翼採用的V字形雙重尾,機翼和尾翼均採用沒有曲線菱形翼剖面形狀,這些都是和常規飛機相異的。採用這種多面外形和尖銳前緣,肯定會增加飛行阻力,使飛機速度下降。為此安裝雙發動機,以保證飛機的高亞音速飛行時所需的推力。

  

  圖2 F-117透視圖

  由於雷達的視界幾乎總是在平飛飛機的水平面上下30°的範圍之內。因此F-117A上特意使多面體機體的平板與垂直面的夾角大於30°,這樣就將雷達波偏轉到上下30°範圍之外。機翼和尾翼的前、後緣都是雷達波的強反射體,它們確定了反射的主波瓣。為使此反射主波瓣數量少、寬度窄,將前、後緣設計得尖銳筆直,並使機體表面的其他邊緣與其平行,如發動機進氣口邊緣與機翼前緣平行,排氣口邊緣與機翼後緣平行等,每個艙門蓋和口蓋,包括座艙蓋接縫、起落架艙門、發動機維修艙門、炸彈艙的邊緣和機頭處的雷射照射器邊緣,以及機身後部的平面形狀均做成鋸齒形均,鋸齒的邊也與機翼前、後緣平行,實際形成四組平行線,把雷達反射波集中於四個窄波束內,這種很窄的波束,使雷達得不到足夠的連續回波信號,難以發現目標,從而達到隱身的目的。

  

  圖3 F-117的座艙

  在海灣戰爭中,第一個對伊拉克發起攻擊的就是F-117。整個戰爭期間,美國空軍共出動42架F-117戰機,飛行1296次,雖然出動架次只佔多國部隊固定翼飛機出動架次的2%,但卻打擊了40%的戰略目標。他的攻擊有效率高達80%,並且在作戰中無一損傷。此後,F-117隱身戰機不可戰勝的神話就被不斷放大,直到它被南聯盟這個軍事小國擊落。

  1999年3月27日,北約對南聯盟進行第四輪空襲。當晚八點左右,一架F-117(編號為AF-82-806)投彈結束後返航,經過南聯盟首都貝爾格勒以西60公裡的布加諾維奇小村時突然被擊中,導致機身失去平衡,難以控制。飛行員一邊控制向西靠近北約駐義大利基地的方向墜落,一邊向美國空軍特種部隊的EC-130電子指揮機發出遇險信號。無奈受創過重,飛行員最終只能通過彈射座椅棄機而逃。事發後第二天,南聯盟電臺、電視臺及報紙爭相報導了這條爆炸性新聞,各國新聞媒體也隨之做了大量報導。南聯盟這個軍事小國一舉聞名於世,成為第一個擊落隱身戰機的國家,令各軍事大國咋舌。外界紛紛猜測到底是什麼武器擊落了性能超強的隱身戰機,但南聯盟官方對此始終保持沉默。

  

  圖4 F-117的部分殘骸

  南聯盟的防空武器除蘇制米格29戰鬥機外還有薩姆地空飛彈,主要型號包括SA-2、SA-3、SA-6、SA-7、SA-9和SA-13。即便是其中最先進的SA-13理論上也不可能擊落隱身性能極佳的F-117戰鬥機。因為F-117的雷達截面積僅有0.025平方米,並針對薩姆飛彈的特性採取了一系列的防紅外輻射辦法,使薩姆飛彈的導引頭無法接收到足夠的紅外輻射能量,也就無法捕捉到F-117的確切位置。

  所謂防紅外輻射的措施在戰鬥機上主要靠紅外隱身塗料實現,材料的紅外輻射特性決定於材料的溫度和發射率。紅外隱身塗層具有低發射率,高反射率,在紅外線輻射頻段才有良好的隱身效果,一般由填料和黏結劑兩部分組成。目前用於熱紅外隱身塗料配方中的填料大致分為如下幾類:金屬填料、著色填料、半導體填料等。黏結劑分為有機和無機兩大類,其中以有機黏結劑種類最多,目前可用於紅外隱身塗層的黏結劑有氯化聚苯乙烯、丁基橡膠等。

  紅外隱身塗料工藝簡單,施工方便,堅固耐用,成本低廉,是目前隱身塗料中最重要的品種。其主要針對紅外熱像儀的偵查,旨在降低飛機在紅外波段的亮度,掩飾或變形裝備在紅外熱像儀中的形狀,降低其被發現和識別的概率。此外薩姆飛彈採用無目標的漫射方式攻擊F-117,那麼其命中概率僅為十萬分之一。

  隨著多國部隊進入前南聯盟,以及對F-117殘骸進行分析,這項軍事秘密才公諸於世。事實上,確實是薩姆飛彈擊落的F-117,但並非SA-13,而是配有雷射反隱身系統的新式薩姆飛彈。F-117對雷達、紅外探測器有隱身作用,而對可見光及雷射卻達不到隱身的效果,所以美國空軍都是以夜間突襲的方式攻擊敵方目標。但讓美軍意想不到的是,前南聯盟在波赫邊界線內的山谷設置了"雷射柵欄"。一旦飛機穿過雷射柵欄,雷射信號就會被遮斷,地面接收系統就能迅速判斷出飛機的高度和速度等參數,並用雷射束跟蹤,指引新式薩姆飛彈發射升空,最終將飛機擊毀。該彈命中率為90%,雙發命中率為96.7%,如果採用四聯發,命中率則高達99%。所以F-117在毫無準備的狀態下很難躲避薩姆飛彈的攻擊。

  此後,美軍為F-117和B-2等隱身戰機安裝了反雷射探測系統,一旦發現機身被雷射照射到,立即採取大動作進行應急規避,以擺脫雷射束的追蹤。

  

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