据《南华早报》报道,中国科学家突破了等离子体隐身技术,一团等离子体将雷达发射的电磁波吸收、折射、甚至改变电磁波频率,敌方雷达将无所适从,隐形飞机不再需要复杂的隐身气动布局、可以随心所欲的按最佳空气动力学设计,网友惊呼,要是真有那么好的性能,轰-20的气动外形可能会超出各位的想象!

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中国突破等离子隐身:解决了困扰全球科学家的问题

《南华早报》报道突破这一研究的是西安航天动力研究所等离子体技术中心与陕西省等离子体物理与应用技术重点实验室的研究团队,这种技术可以让几乎所有的军用飞机从雷达屏幕上消失!

报道称这种技术可以在飞机上最容易产生雷达回波信号的设置等离子云,可以消除军用飞行器回波信号最强的位置比如雷达罩、驾驶舱或其他最容易被敌方雷达探测到的区域,可以选择性的覆盖,也可以随时打开与关闭,简单的说就是隐身不隐身还能随时切换,真是太霸道了。

据领导这项研究的中国航天科技集团公司西安航天动力研究所等离子技术中心的谭畅表示,这种技术解决方案很快就会应用到各种军用飞机上,以满足中国对卓越军事能力快速增长的需求。《南华早报》则称,这种等离子体隐身技术将成为游戏规则的改变者,下文来看看这个游戏规则改变者究竟有多厉害?

等离子体隐身:不是新技术,却解决了无法突破的难题

根据《南华早报》的报道,笔者确实在《电波科学学报》上找到了这篇标题为《密闭式电子束等离子体特性研究》的论文,比较详细的叙述了这种技术的原理以及解决方案,特别是“密闭式电子束等离子体隐身的技术方案”彻底解决了之前国际上早就已经研究的等离子隐身技术方案存在的问题。

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等离子相信大家都不陌生,这是固态、液态、气态以外的物质第四态,是由部分电子被剥夺后的原子及原子团被电离后产生的正负离子组成的离子化气体状物质,这团物质的性质非常独特,和气体一样,形状和体积不固定,会依着容器而改变。

并且等离子体有接近完美的导电率,也会在磁场的作用下被控制,所谓的离子电推(火箭发动机)就是利用等离子体在磁场中运动加速的反作用力推动航天器前进。这团有着完美导电率的等离子体在遭遇电磁波的特性也让科学家着迷:

等离子体仅反射入射的低频辐射,会与入射的无线电波产生强烈相互作用,电磁波会被吸收并转化为热能,如果无线电波的频率低于等离子体频率,则会被反射。如果更高,则传输。如果这两者相等,就会发生共振。

还有另一种可以减少反射的机制。如果电磁波穿过等离子体,被金属反射,并且反射波和入射波的功率大致相等,那么它们可能形成两个相量。当这两个相量相位相反时会相互抵消的,可以让雷达信号的大幅衰减,不过等离子体也需要足够的厚度和密度。

在飞行器周围的等离子体能够吸收传入的辐射,从而减少飞行器金属部件的信号反射:由于接收到的信号微弱,对远距离的雷达来说是不可见的。另外等离子体还可以用于修改反射波以迷惑对手的雷达系统,比如对反射辐射进行频移会阻碍多普勒滤波,会导致雷达接收到的反射波与噪声难以区分。

现实中最常见的案例就是航天器重返大气层时那一团等离子体包裹的火球,雷达难以跟踪,通讯无法保持,因为这层等离子体不仅会阻止部分信号通过,甚至会改变穿过的信号频率,这种神奇的特性会导致此时的通信完全中断,俗称的黑障就是在这个阶段发生的。

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等离子体隐身效果这么好,为何还不使用?

等离子体隐身理论早在1956年就被通用电气公司的阿诺德·埃尔德雷奇 (Arnold Eldredge) 提出了,提议在飞机上使用粒子加速器来创建电离云的“物体伪装方法和装置”专利申请,其中,并且还在1964年授予了3,127,608号美国专利。

等离子体隐身确实很牛逼,但问题也很难解决,第一个是等离子体本身会发出类似背景噪音的电磁波;第二个等离子体会在飞行器尾部留下一道尾迹,尽管跟踪技术难度很大,但理论上可以;第三则是等离子体会放出辉光,雷达隐身了但光学不隐身,反而发光了;第四是在高速飞行器周围安置等离子体发生器产生足够雷达隐身的等离子体几乎是个无法完成的任务。

各国在等离子体隐身这个领域投入了巨资研究,但一直都是在实验室阶段,从未到过实际应用阶段,美国军方也是从非常感兴趣到最后没兴趣,1970年代后期开始,美国转向从涂料以及机体修形角度考虑隐身,这就是后来的F-117和B-2隐身轰炸机,最后到F-22以及F-35和最新的B-21等飞行器。

然而我国科学家却另辟蹊径,独创了“密闭式电子束等离子体隐身的技术方案”解决等离子体产生和维持的难题,也就是在需要等离子体隐身的位置设置一个异形等离子体罩,在等离子体在此封闭区域内产生,不会随着高速气流流失,并且还解决了如何产生高效等离子体的难题,不仅让等离子体产生的功率大幅降低,并且让反应速度倍增。

简单了说就是使用这种技术可以让飞行器做到说隐身就隐身,也就是一架在空中飞行的飞行器,原本在雷达屏幕上显示的突然消失不见了,这对于观察者来说应该是极度震撼的,要是某天台伪防空部队看到大批战机的雷达信号突然消失这场景,估计应该已经吓傻了。

游戏规则改变者: 轰-20气动布局或超想象

等离子体隐身技术一出,有些为隐身牺牲但却相当优秀的空气动力学设计又可以复活了,当年F-117为什么那么奇怪?居然是有棱有角多面体的组合,并且每个平面都与垂直面夹角大于30°,因为这样可以把电磁波反射到威胁区外。

这是因为当年的雷达吸收涂料技术不行,只能用这种怪异的结构凑数,这也导致F-117的飞行性能很差,最高速度0.92马赫,航程只有1720千米,并且操纵品质也不好,所幸可以空中加油,还能干干四平八稳的轰炸机工作。

之后隐身涂料技术突破之后就有了B-2了,准确的说B-2这架轰炸机的外形那是相当酷炫,无尾飞翼升力体,黑黢黢的涂装,一看就是战斗力爆表的那种,如果笔者说这启动布局在空气动力学结构上不行估计很多网友都会反对,但事实上B-2还是为了隐身而牺牲了很多飞行品质:

  • 飞翼的飞行品质并不好(容易抬头);
  • 没有垂尾容易侧滑:电传系统使用减速板维持航向;
  • 考虑隐身,机背发动机进气不足需要辅助进气口;

B-2飞翼升力体气动布局的重心位于升力焦点之前,在受到扰动气流导致飞行器迎角变大后无法自然恢复,只能使用飞控软件去让控制翼面产生一个低头力矩,正常情况下并不会产生什么问题,但在起飞或者降落阶段时由于低空气流复杂、地面效应等造成俯仰失控,直接拍在跑道上,B-2已经不止一次发生这类事故了,为此还至少报废了一架。

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YB-49使用了小型垂尾,但是航向稳定性仍然不佳。

常规的飞机都有垂尾,诺斯罗普早期的飞翼也有垂尾,而且还不止一片,原因就是无垂尾飞行器的航向稳定很难维持,比如YB-49使用了4片小型垂尾,但航向稳定性仍然不好,B-2无垂尾是为了侧向雷达RCS面积最小,但解决了雷达反射问题却出现了航向不稳定问题,不过B-2使用了每秒能控制上百次电传操纵系统,分别打开左右减速板维持航向稳定,请看下图:

右侧减速板已经打开,这表示左偏了,需要用减速板“拉回来”一点,尽管目前来说B-2并没有特别的航向稳定性问题,但就像一辆车摒弃方向盘不用,非得用左右刹车来保持车辆直走,估计司机杀了设计师的心都有了。

还有一个则是机背进气的发动机进气口,这是为了解决机腹进气道反射回波太明显而改到了机体背部,但这里的气流会受到机体背部影响,不止如此,B-2还为了隐身搞了个小一号的进气道导致进气不足,在起飞存在比较大迎角时还得打开进气道辅助进气口增加进气量。

B-21比B-2还激进,因为B-21为了追求极致隐身化还把进气道尺寸缩小了两号,导致进气不足更严重,因此也和B-2一样使用了辅助进气口,从目测角度来看辅助进气口的面积比例似乎还要比B-2更大一些。

如果不在乎隐身这些飞行器完全不会如此设计,经典结构的飞行器更容易布置弹舱,而且飞行性能也会更好,并且即使要极致隐身化设计,那么隐身设计+等离子体隐身可以让隐身性能更好。

所以当各位了解了等离子体隐身设计已经实用化程度后,PLA尚未公布的轰-20的气动布局可能又要超出各位想象了,当然也有可能是气动布局仍然可能会是飞翼,但隐身性能可能要比以前预估的高1-2个数量级,不过无论是哪种我们都欣然接受,毕竟都意味着性能更好了!

延伸阅读:轰-20性能更好了,那么四代半战斗机呢?

中美是唯二拥有五代隐形战斗机的两国,双方除了隐形战斗机外还有大量非隐身的四代机,或者四代半战斗机,比如中国的J-16,这种大量使用了五代隐身战机电子技术的战斗机,由于没有隐身设计,只能屈居四代半战机,现在有了这种等离子体隐身技术,在关键位置加装那么几个隐身装置,这种四代半战机立马就变成了五代机。

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难怪《南华早报》要将其定义为“游戏规则”的改变者,因为中国拥有大量的四代半以及四代机,要是每架战斗机都像J-20那样隐身,甚至比J-20差一点也没关系,这个庞大的数量直接能让美军跪了,对美空军与海军这种崇尚装备的军队来说,这种技术的提升并且还具有数量时一定是非常震撼的。