隐身材料技术：吸收雷达波

飞机、导弹或舰艇的隐身不仅靠外形设计，关键还在于采用各种隐身材料。那么，隐身材料是怎么实现隐身的呢？

隐身材料主要分为雷达吸波材料和雷达透波材料。在减小雷达散射截面积方面，通常透波材料所起的作用并不大，主要的是使用雷达吸波材料。所以隐身材料技术主要指雷达吸波材料的应用研究技术。吸波材料的机理是使入射电磁波能量在分子水平上产生振荡，转化为热能，从而有效地弱化雷达回波强度。导弹和航天器上使用了吸波材料，就能利用其特殊的电磁特性，大大降低雷达散射截面。而雷达吸波材料按工作原理又可分为三大类：谐振型吸波材料，宽频带吸波材料，综合型吸波材料。其中宽频带吸波材料又分为介电型吸波材料、铁磁型吸波材料和新机理吸波材料三类。

谐振型吸波材料。是一种夹层结构，通过不同表面的反射波能发生相位相反的相消干涉而吸收雷达波的能量。以一种两层结构为例，在基板上涂上屏蔽层，即所谓“索尔兹伯里屏蔽层”，涂层阻抗率足以使50%的雷达入射波从屏蔽层表面反射掉，剩下的穿过屏蔽层被基板反射。若这两个表面定成1/4波长的间隔，即屏蔽层厚度为某一雷达波波长的1/4，那么，在两个表面上的雷达反射波的相位正好相反，从而发生相消干涉，使反射波互相抵消。显然，上述谐振型吸波材料是为在特定频率下使用而设计的。尽管20世纪50年代后期U-2飞机上使用过这种“索尔兹伯里屏蔽层”，但对于应用而言，需要有较宽的频率覆盖范围才真正有效。为此，还要制造出多层的吸波材料，使每一层都能让一种不同频率的反射波发生谐波。乔曼吸波材料就是这种多层结构，它多达3～6层，每一层都有一定的厚度，而且每一层的电阻率都比前一层电阻率低。总的来看，谐振型吸波材料只能对一种或至多几种频率的雷达波起吸收作用，而且尺寸和重量都较大，因而应用有限。

介电型吸波材料。是以碳质电阻类材料为基础制造成的，其电阻率高、导电度低，当受到雷达波照射时，电磁感应的作用迫使材料的分子随交变电磁场运动，大的电阻率或有限的导电率引起能量消耗，这就是所谓“耗能而不导电”的雷达吸波材料。通常通过将碳耗能材料加入聚氨酯泡沫之类的基体中制造此类材料。其特点是覆盖的频率范围较宽，而且频率越高越有效，同时材料越厚，吸收作用越强，最多可能吸收掉入射的雷达波能量的90%～99.9%。当采用多层结构时，其吸收力更强，而且能覆盖多个波段。此外，微波暗室里采用的毛垫型及棱锥体吸波材料等是较早投入实际使用的介电型雷达吸波材料。

铁磁型吸波材料。是以铁的化合物、铁氧体（铁磁材料的陶质混合物）功羰基铁之类的磁性材料为基础制造的。磁性材料中存在着磁偶极子，当受到雷达波照射时，磁偶极子随电磁波运动而使能量被消耗掉。磁性吸波材料效率高，在同样频率下使用的磁性雷达吸波材料的厚度只有介电型吸波材料的1/10，而且覆盖的频率范围较宽，在低频时最为有效。磁性吸波材料常作为涂层使用，因而被称作涂料型吸波材料。关于此类吸波材料的技术目前还处于高度保密状态。

新机理吸波材料。是吸收雷达波能量的原理既不同于介电—耗能型吸波材料，也不同于磁性—耗能型吸波材料的新型吸波材料，即“席夫碱基盐”。这类化合物在受到雷达照射时，其原子会进行一种轻微而短暂的重新排列，从而吸收电磁能量。其对雷达波能量的吸收能力大于磁性—耗能型吸波材料，而重量却仅是磁性吸波材料的1/10。

综合型吸波材料。实际使用的吸波材料往往是将前述谐振型吸波材料与宽频带型吸波材料组合在一起的综合型吸波材料。例如，磁性—耗能型吸波材料在低频率时最有效，而介电—耗能型吸波材料在高频率时最有效。因此，如果把两者组合在一起，就可以得到在尽可能宽的频带范围内都有效的综合型雷达吸波材料。

按使用方法的不同可将上述各类吸波材料分为涂料型和结构型。涂料型吸波材料粉涂敷在目标的表面。我们所知道的涂料类吸波材料如：（1）多晶铁纤维隐身涂料。多晶铁纤维吸波材料的研究始于20世纪80年代中后期，它由Fe、Ni、Co及其合金纤维构成。多晶铁纤维具有独特的形状各向异性，黏结剂中多晶铁纤维层状取向排列形成多晶铁纤维吸波涂层。多晶铁纤维是一种轻质的磁性雷达吸收剂，可在很宽的频带内实现高吸收效果，且质量减轻40%～60%，涂层质量仅为1.5～2.0千克/米2，克服了大多数磁性吸收剂所存在的密度大的缺点。据称，该涂料已用在法国战略导弹与载人式飞行器上。美国3M公司研制的吸波涂料中使用了直径为0.26米，长度为6.5米的多晶铁纤维。（2）导电高聚物稀薄涂料。导电高聚物稀薄涂料是近几年才发展起来的，由于其结构多样化、密度低和独特的物理化学特性，因而引起科学界的广泛重视。将导电高聚物与无机磁损耗物质或超微粒子复合，可望发展成为一种新型的轻质、宽频带、微小吸收材料。目前，美国Hunx-Lvills公司研制出一种苯胺与氰酸盐晶体的混合物透明吸波的频带宽度，特别适合对老飞机的隐身改装。此外，这种吸波涂层透明，适用于座舱盖、导弹透明窗口及夜视红外装置电磁窗口的隐身，减少雷达回波。（3）耐高温吸波涂料。通常，飞行器和武器某些特殊部位如头锥、发动机进气道和喷嘴等部位需要耐高温、耐高速热气流的冲击，为满足这些特殊部位的隐身要求，目前国内外正在积极开发耐高温吸波材料。近几年，国外先后开发了一系列陶瓷纤维，主要有碳化硅纤维、三氧化二铝纤维、四氮三硅和硼硅酸铝纤维，其中发展最快的是碳化硅纤维。碳化硅纤维是优良的耐高温吸波材料，且具有优良的吸波性能，能减少红外和雷达波信号。

由于涂料层薄，且容易脱落，而且覆盖的频率范围有限，所以又发展了结构型隐身材料。此类材料主要是介电—耗能型吸波材料和综合型吸波材料，它们可用来制造机身、机翼、导弹壳体等。由于其重量和尺寸都较大、制造工艺复杂、强度不高等，因而只能有选择地用于制造飞行器的某些组件或部件。所以，在飞行器上各种吸波材料的使用往往以折中为原则，既考虑使飞行器有一定的控制雷达目标特征的能力，又不明显降低其机动性、速度、载荷能力等战术技术性能。