中國等離子體隱身突破?4代機秒變5代機,或改變空戰遊戲規則?

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中國科學家已經發明一種等離子體隱身技術,可以讓飛機即隱即現,也就是說想隱就隱,不想隱就不隱,可以瞬間切換,你知道這意味着什麼嗎?所有四代機都可以秒變五代機,最關鍵的是,未來五代機的設計將不再受到幾何形狀的限制,這意味着性能的巨大提升,有可能徹底改變未來空戰的遊戲規則。香港《南華早報》對此進行了報道,然而真相卻撲朔迷離,這種技術真的突破了嗎?

你可能很難想象,中國科學家可能是第一個突破這種技術的,而且預計很快就會實際應用。當然,由於等離子體隱身明顯的軍事用途,研究通常都是祕密進行的,發表的實驗論文也極其有限,所以很難看到這方面的消息,世界上也沒有這項技術大規模應用的案例。那麼等離子體隱身究竟是怎麼回事呢?

美國又騙俄羅斯

等離子體隱身,簡單來說是利用電離氣體(等離子體)降低飛機雷達截面的隱身技術,具有吸波頻帶寬、使用簡便、效率高、成本低等優點,特別是無須改變飛行器的外形,解決了隱身措施與氣動性的矛盾,因而深受世界各大國的重視,上世紀五六十年代就開始投入巨資研究,然而很快就有人發現不對勁了。

美國通用電氣公司的阿諾德·埃爾德雷奇 (Arnold Eldredge) 最先提出這一概念,他在1956年提交了一份“物體僞裝方法和裝置”的專利申請,提議在飛機上使用粒子加速器創建電離雲,以折射或吸收射來的雷達波,從而達到隱身的目的。但美國人很聰明,淺嘗輒止發現不對勁,很快就基本放棄了這一技術,因爲設計這種裝置存在明顯的困難。

而蘇聯則如獲至寶,開始重點研究研究這一技術,並試圖將其用在飛機上,目前在等離子體隱身上俄羅斯已處於領先地位,可能還製造出了等離子體隱身裝置,據稱應用在了3M22“鋯石”和Kh-47M2“匕首”導彈,以及第五代機蘇-57上,但從目前公開的資料上來看,蘇-57應該根本沒有實用這一技術,並且隱身效果也不像是達到了五代機的要求。

最具諷刺意味的是,美國目前在飛機隱身上處於領先地位,兩款五代機F-22、F-35都有極好的隱身性能,其技術來源正是蘇聯1960年代的一篇論文。當時美國國防部啓動了Have Blue計劃,希望能開發出一款隱身戰鬥機,洛克希德和諾斯羅普爲了幾十億美元的合同,爭得不可開交,最終洛克希德憑藉標書中的一紙論文,獲得了這份合同。

而這篇至關重要的論文,就是1962年蘇聯物理學家彼得·烏菲姆採夫 ( Pyotr Ufimtsev) 發表的《物理衍射理論中的邊緣波方法》,當時的研究目的,可是與軍事一點關係也沒有,但洛克希德卻敏銳地發現了它的價值,因爲論文中的方程量化了飛機形狀如何影響雷達的可探測性,也就是所謂的雷達截面(RCS)。

然而洛克希德就開掛了,他們把這篇論文翻譯成英文,並交給兩位電腦專家,花了六個星期時間,開發出了第一套可用於計算與預測的計算機程序,在此基礎上開發出了著名的F-117夜鷹戰鬥攻擊機,世界上第一架隱身戰鬥機,之後在B-2隱身轟炸機的設計中也發揮了關鍵作用。

你看出什麼玄機沒有?這美國在等離子體隱身上虛晃一槍,勾引俄羅斯上鉤後,自己轉而研究雷達吸收塗層隱身,並取得了巨大成功,而俄羅斯苦苦掙扎幾十年,也沒在等離子體隱身上搞出什麼名堂,造出的所謂第五代機也成了四不像,隱身性能差異巨大。

烏克蘭打得熱火朝天也沒敢上場,據說只是在遠離戰場的俄羅斯境內,象徵性地飛一飛,顯示自己的存在,以免被烏克蘭擊落,導致聲譽受損、出口前景下降和敏感技術泄漏。如果對隱身真的極具信心,俄羅斯早就拿出來翻盤了,哪至於還這麼苦?這其中的根本原因,據說就是俄羅斯的等離子體隱身裝置太重,而且非常費電,裝在飛機上完全不現實。

看起來等離子體隱身真的是非常困難啊,爲什麼會這樣呢?

飛機隱身四種辦法

飛機隱身並不是視覺上不可見,而是電子設備探測不到,因爲現代戰機速度極快,導彈射程遠,所以都是超視距作戰,視覺發現已基本沒有什麼意義,全靠雷達來發現目標,鎖定攻擊。這就意味着如果能讓雷達看不見,就可以達到隱身的目的。

那麼如何讓雷達看不見呢?雷達本質上是發射電磁波“照射”四面八方,如果空中有飛行物,雷達波就會反射回來,通過分析這種回波,我們就可以知道飛行物的大小、形狀、速度等參數了。要讓雷達看不見,主要有4種辦法。

一是改變外形設計,把雷達波反射到其它方向。

二是用雷達吸收塗層,把雷達波給吸收掉。

目前在役的隱身戰機就是結合採用這兩種方式,包括美國的F-22猛禽、F-35閃電、B-2幽靈,中國的殲-20,俄羅斯的蘇-57。已經退役的F-117,更是把幾何隱身設計做到了極致,外形極爲誇張,全身都是棱角分明的幾何形狀,完全沒有圓弧表面,竟然也將雷達截面降到了0.001平方米,不過它的氣動性能就很差了,只能亞音速飛行。這是因爲當時的計算機能力有限,難以準確計算出複雜曲面的雷達截面,後來超級計算機的出現,才讓B-2等能在使用曲面的同時,保持良好的隱身性能,從而實現更好的機動性,但還是有所犧牲。

第三種方式就是,主動發射相反的相位信號,抵消雷達反射信號,這種技術層次相當高,目前公開擁有這種技術,並實用化的只有美國和法國。

等離子體隱身

第四種就是我們今天的主角——等離子體隱身。等離子體是固、液、氣之後的第四種物質存在形態,是物質被電離後呈現的高能聚集態,裏面是數量相等的帶負電電子和帶正電離子,宏觀上呈現電中性,因而稱爲等離子體,可以和雷達發射的電磁波發生強烈的相互作用。

一是劇烈碰撞,部分雷達波能量被傳遞給帶電粒子,導致能量耗散,反射信號削弱。

二是雷達波在等離子體內繞射、反射、散射而改變頻率,降低雷達截面面積。

三是電磁波沿等離子體中磁場方向傳播時,極化方向會發生法拉第旋轉,導致回波極化失真,雷達數據出錯。

簡而言之就是等離子體,會導致雷達信號削弱和失真。那麼只要在飛機周圍,或關鍵部位部署等離子體雲,就可以讓飛機隱身了,這也就是我開頭所說的,四代機秒變五代機。

等離子體隱身又分爲兩種技術方案:

一是放射性電離,在雷達易發現的部位,塗上放射性同位素材料,利用高能射線電離周圍氣體,形成具有足夠厚度和電子密度的等離子體層,從而對雷達信號進行吸附和散射,以達到隱身的目的。

二是高壓電離,利用等離子體發生器,通過高頻高壓高能量產生間隙放電、沿面放電和高能電子束,電離周圍氣體形成等離子區,或釋放鹼金屬形成等離子體雲團,讓雷達信號強度減弱、頻譜離散、極化失真,從而降低雷達截面。

中國科學家使用的是第二種,來自西安航天動力研究所等離子體技術中心譚暢領導的團隊,今年2月他們在《電波科學學報》上發表論文《密閉式電子束等離子體特性研究》,提出了一種密閉式電子束等離子體隱身的技術方案,通過在封閉腔體內,利用放電產生高密度等離子體,然後調節氣體密度或工作電壓來改變等離子體密度和碰撞頻率等,從而吸收多頻段的電磁波,以達到隱身的目的。通過90%Ar+10%CH4混合氣體的測試,研究人員獲得了不同工況下的等離子體參數,進行了初步實驗研究,爲飛行器等離子體隱身技術的發展和工程化應用提供了一定的參考依據。

疑雲突起

這項研究的大致情況就是這樣,你應該也看出來了,譚暢團隊說得很謙虛,沒有突破、改變遊戲規則什麼的。然而香港《南華早報》的報道,卻在國外引發了熱議,該文稱這項技術幾乎可以讓所有飛機從雷達屏幕上消失,上述兩種等離子體隱身裝置,中國都已經過飛行測試,並被驗證是成功的,甚至中國科學家還將其擴展到太空,使用鹼金屬噴射等離子體發生器形成等離子體雲,可以讓洲際導彈或軍用衛星等武器平臺隱身。

然後說譚暢團隊已開發出密閉式電子束等離子體隱身裝置,並通過地面測試證明了可行性。這種裝置產生的等離子體,具有卓越的物理特性,包括可調節性、更高的能源效率,降低了飛機的功率需求,以及更輕的重量,使其成爲實際應用的理想選擇,預計很快就會得到應用。

這可不得了啊!美國、俄羅斯早就開始研究都沒有突破,中國怎麼就不聲不響率先突破了?而且完全沒有了俄羅斯太重太費電的缺點,所以網友們也是討論激烈,這要真的實現了,就可以低成本讓四代機和導彈隱身,確實可能改變空戰遊戲乃至世界軍事格局啊。

不過我找了很久,都沒有看到論文中有這些說法,而且該文言之鑿鑿地稱,“兩種等離子體隱身裝置,都已經過飛行測試,並被證明是成功的”是論文中說的,但我在論文中並沒看到。不過它說論文發表在去年12月的《中國無線電科學》雜誌上,但這個雜誌似乎並不存在,這究竟是怎麼回事呢?

目前的情況就是,譚暢團隊論文介紹的,是一種等離子體隱身技術的初步探索,但《南華早報》卻說已經實現,並將很快實用,有可能改變空戰的遊戲規則。所以這項突破究竟是真是假,現在還撲朔迷離,可能就只有等待時間的檢驗了。



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