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戰機雷達隱身方式為外形隱身、塗料隱身和等離子體隱身。目的是減弱、抑制、吸收、偏轉目標的雷達回波,降低戰機對雷達的探測反射截面積,使對方雷達不易發現和跟蹤定位。
最典型的外形隱身F117
外形隱身需要儘量減少強反射點的雷達反射波,重點是機翼、機身、尾翼、進氣道、座艙。現代飛機重點強化迎頭方向上的隱身能力,尾向和側向稍弱。採取的隱身措施主要包括:消除或遮擋直角反射,包括機翼和機身,尾翼和機身等處;側面隱身儘量用優化過的機翼把機身遮蔽;還要採取無外掛設計;接縫處斜置或鋸齒化;進氣道遮蔽;儘量減少座艙漫反射等精確設計技術。
我國殲20符合隱身的各項特徵
外形隱身對釐米波與部分較短分米波雷達反射面積很小,但對波長更短的毫米波和波長較長的分米波、米波雷達效果較差甚至消失。毫米波雷達諧振區在毫米量級的物體長度,雖然精度較好,但探測距離短,不利於遠程雷達設計。只有米波雷達諧振區為1-10米的物體長度,有遠程探測隱身目標的潛質。
材料隱身是採用吸收雷達波的塗料和複合材料,把雷達輻射能量轉化為其它能量,達到折損雷達反射波強度的目的。所用材料分為電場能量轉化的電損型材料、磁場能量轉化的磁損型材料以及複合損耗型材料。當今先進戰機主要用的是複合損耗型隱身塗料,包括:高通透性、高面積性、質輕性能好的納米吸波材料;介電常數和磁導率可調、頻譜覆蓋寬的手性材料;鐵基的多晶鐵纖維材料等。
F22的鐵基塗層在維護
材料隱身優化需針對不同波長的雷達波有不同厚度的材料才能做到隱身極致,主要針對釐米波段或更短波長的雷達。而對於米波雷達,其波長在1-10m,塗層厚度至少要達到0.1-1 m的級別,這顯然是不可能的。
另外材料隱身還可用於紅外隱身領域。最新興起的智能隱身材料,是有感知能力,信息能力,對信號做出最佳響應的材料。目前這種新興的智能材料和結構己應用於軍事和航空航天領域。
等離子體隱身通過人工製造自由電子的方式實現對雷達波的吸收轉化,隨著等離子體濃度的增加可以起到非常好的隱身效果。但是現在的等離子體製造存在設備體積大、能耗高、高輻射、高亮度的缺點,應用正在發展中。
等離子隱身想像圖
綜上所述,當前、成熟的戰機隱身主要採用外形隱身和材料隱身,米波雷達是唯一的一種對這兩種隱身免疫的技術。而無源探測雷達主要也是被動接收米波等波長的電磁波信號,二者區別主要在於被動工作模式和主動工作模式;這類雷達有探測精度低,虛警率高等明顯缺陷。
米波雷達也有固有的缺點,米波雷達不能準確測高、覆蓋不連續、低角盲區大、體積大等缺陷。目前釐米波雷達以其高精度、更好的抗幹擾能力等優點成為骨幹雷達體制。但自從隱身飛機出現後,米波雷達能避開隱形飛機的隱身波段,有探測隱身飛機的天然特性,使米波雷達得到雷達學界的關注。
老式米波雷達
中國電子科技集團的雷達專家吳劍旗下決心攻克米波雷達性能的技術難題。在廣泛應用有源相控陣技術的基礎上,他從空間分集和超分辨處理兩個技術路徑進行了大膽創新:一是創立具有空間分集作用的稀布陣綜合脈衝孔徑雷達體制,二是率先使用超分辨處理和分區保形波束設計方法提高測高精度和改善空域覆蓋性能。從2001年起至 2012年,他的團隊完成了世界上首個新雷達系統的研製。吳劍旗使先進米波雷達具有良好的低仰角空域覆蓋性能和精確的測高性能,以較低代價成功解決了雷達反隱身問題。
JY-26相控陣米波雷達
他還在2003年攻克了DBF<數字波束形成>技術,並於次年推出了DBF體制三坐標防空雷達裝備,而西方國家在2007年後才製造出類似設備。2011年吳劍旗還發表了機動式米波三坐標有源相控陣雷達的論文,該雷達採用固態有源T/R組件和兩維DBF<數字波束形成>技術,大大提高了任務可靠性和時間資源調度的靈活性。該系統工作方式多樣,充分發揮低頻段反隱身和陣面兩維相掃的優勢,可探測隱身飛機和中近程戰術彈道飛彈目標,是未來反隱身戰場的重要裝備。該雷達對高度6千米的F22探測距離可超過230km,萬米高空探測距離可達350km以上,探測遠近只受地球曲率影響。
米波稀布陣綜合脈衝孔徑雷達
近幾年中國空軍入役的多種反隱身雷達都採用了有源相控陣體制和DBF<數字波束形成>技術,在東部沿海地區多次精確監控了美軍F22隱身飛機。雖然有人認為F22是掛載了龍伯透鏡故意讓我國發現的,但該說法缺乏技術常識,因為龍伯透鏡主要針對釐米波的裝置。我國監控隱身飛機的雷達均採用分米波或米波波段,龍伯透鏡達不到分米級中較大的尺寸,米波雷達的雷達波會不發生任何變化地直接繞過。
米波雷達的目標F22隱身戰鬥機
在米波雷達引導制導方面,如果需制導我方防空飛彈打擊隱身飛機,老式米波雷達誤差幾千米就會導致飛彈嚴重脫靶,特別是早期的防空飛彈採用的多是無線電指令指導或半主動雷達制導,對雷達引導精度要求較高。而老式米波雷達則可以引導我方飛機前去攔截,偏差幾千米對於有主動探測系統的飛機來說不算問題。而我國先進米波雷達解決了發現和精確測定的問題,誤差大大低於老式的米波雷達,飛彈攔截隱身飛機就具備了條件。紅旗9和紅旗16B都採用了末端主動雷達制導,這類末制導雷達口徑在300-400mm左右,鎖定雷達反射面積3平米的目標一般距離可超過30km,對雷達反射面積0.1平米的隱身目標的鎖定距離大約是13千米,這大大降低了失靶率。被鎖定的目標很難逃脫被摧毀的命運。
美國TPY-X雷達系統
2018年12月美國洛馬公司展示了一款遠程米波相控陣雷達,其樣式跟我國先進米波相控陣雷達如出一轍,但時間比我國晚了10年以上,足以證明我國先進米波雷達的強大和技術領先能力,先進米波雷達下一步的重點已轉向如何提高抗幹擾能力。