近日,我國著名的隱身材料研發公司深圳光啟將攜新一代超材料隱身技術亮相2018年珠海航展。據宣傳資料稱:「光啟軍用超材料隱身結構產品集隱身、傳感、結構於一體,從根本上解決了射頻系統的探測與隱身間的矛盾,突破了傳統隱身裝備無法維護的難題,大幅提升了軍事裝備的隱身性能,並已在空軍、海軍、火箭軍多個重點型號上研製應用,增強了尖端裝備的對抗能力。今年3月,央視播出的《大國重器》節目第八集首次披露,我國在全世界首次實現超材料(Metamaterial)量產,而這種超材料可用於新型戰鬥機隱身蒙皮,此次參加珠海航展,光啟將重點呈現超材料規模交付「硬功夫」,現場展示戰機、無人機、艦船、飛彈等尖端裝備隱身解決方案」。
軍事觀察家將根據國內外公開資料對光啟公司研發的新一代超材料隱身技術做一簡要技術分析。深圳光啟公司是一家民營高科技企業,由數位歸國留學人員於2010年聯合創辦。從公開簡介中可以得知,超材料技術是一種可以像軟體編程一樣,直接逆向定製自然界不存在的功能材料,並通過人為設計,可以做到對各波段的電磁波吸收。
從宣傳資料以及對楊偉、孫聰院士的媒體採訪中可以了解到,我國的殲-20,「鶻鷹」隱形戰鬥機都廣泛應用了該公司的超材料技術。2016年珠海航展光啟公司就公開展出了大量超材料隱身部件,其中的超材料隱身格柵樣品與殲-20原型機輔助進氣道格柵外形幾乎一模一樣。據最新消息,光啟在建成全球首條超材料中試生產線後,又對其進行了重大升級改造,已建成多條納米級複合超材料正式生產線,高精度超材料微結構的年產量可達10萬平方米以上,足以滿足殲-20,鶻鷹等新型戰機批產需要。同時為提高保密性和進一步提升研發性能,該公司還專門投資約5000多萬元,購買了一臺峰值計算能力可達700萬億次/秒的超級計算機,用於快速設計大型超材料部件的雷達隱身性能。該超級計算機還可進一步擴展到到2000萬億至3000萬億次/秒,用以滿足大型艦船等整體超材料隱身部件設計的要求。
該公司稱,已建成全球首個超材料人造微結構資料庫,擁有上億種微結構,可極大縮短設計周期。而超算的投入使用將進一步擴大該公司在超材料設計上的優勢。根據公開資料分析,新一代超材料不僅使用成本及壽命比上一代提高10%外,在隱身性能又有了進一步提高。 目前超材料隱身微結構仍然存在著某些不足:與傳統的吸波材料或者吸波結構一樣,存在著大角度效果急劇下降的問題。在某個特定的電磁波角度範圍隱身性能良好,一旦超出這個角度範圍,則隱身性能迅速劣化。如二維透波超材料,0°(垂直入射)時,電磁波透過率≥95%,但是入射角75°時,電磁波透過率下降到50%以下。目前,隱身飛機主要是針對地面的大功率雷達目標,它主要減少正前方(鼻錐附近、水平士45°、垂直士30°)範圍照射時的後向RCS,而目標其他方向特別是前向散射RCS明顯增大。
隨著空中有人和無人預警機的大量裝備,全向隱身性能的要求變得越來越突出,而光啟公司研發的新一代三維超材料能實現各向同性,從而實現大角度入射情況下,對雷達性能沒有明顯劣化影響,並且結構和工藝簡單、工程化應用價值高。公開資料稱,通過利用吸波材料和人造微結構組成三維超材料吸波體,在實現良好的寬頻吸收效果的前提下,還實現了良好的寬角吸收效果,即使在60度的入射角範圍內,均能維持80%以上的平均吸波效果。海洋環境對隱身材料的壽命影響比陸地上要大得多,在海洋鹽霧環境下很容易提前失效,後勤保障極為繁瑣。這也是美國海軍的隱身戰機裝備進度比美國空軍要遲得多的原因之一,而光啟公司研發的新一代超材料不僅可耐耐海洋極端環境,還可防雷擊,滿足了我軍新一代海軍隱身艦載機和殲15的隱身改進需求。
當戰鬥機使用雷達搜索目標時需要機頭的雷達罩具有寬頻高透波的性能。當隱身戰鬥機進行隱身突防時,除了需要視情關閉機載雷達外,還需要雷達罩具有一定的隱身特性,即截止特性。現有的雷達罩基本上很難兼顧這兩項互相矛盾的要求,而光啟公司研發的超材料隱身雷達罩完美解決了這一難題。當雷達工作時,實現雷達天線在寬頻內高透波區工作;當需要高隱身性能時,例如飛機突防時,實現雷達罩外表面截止,從而提高了雷達罩的隱身性能。
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