隱身飛機貴比黃金,雷達看不見,為何卻被古董級導彈打下來?

2021珠海航展之前,有人在網上曝光一架美國飛機在運輸中的畫面,從圖片看,這架飛機有黝黑的外表、流線形外觀和銳利邊緣,貌似是一款新型號的隱身作戰飛機樣機或者無人機模型。

美國新款隱身飛機招搖過市

1970年代,美國一部電視劇《神奇女俠》(Wonder Woman)大熱,劇中「女超人」戴安娜駕駛着一架如水晶般透明的噴氣式飛機拯救了英俊的飛行員史蒂夫·特雷弗少校,男女主角與那架「隱形飛機」俘獲了無數美國人的心。

美女駕駛透明飛機救英雄

玻璃是透明的,我們用它製成門窗遮風擋雨,同時也讓光線無阻攔地穿透進來提供照明。有時卻因為玻璃門窗擦得太乾淨而吃苦頭,鬧出許多笑話。

許多人都撞過玻璃 這一位有點狠

那麼像「神奇女俠」那樣,用透明玻璃製造飛機是不是可行呢?畢竟「我打得着你,你看不見我」是軍事家們夢寐以求的最高目標呀!

玻璃太重太脆,早在第一次世界大戰期間,德國科學家就嘗試利用一種名為「賽龍」(Cellon)的醋酸纖維素材料來製作戰鬥機的蒙布,當時的福克E.III型單翼戰鬥機、信天翁C.I型雙翼雙座偵察機和林克·霍夫曼R.I型轟炸機都使用過這種透明的「賽龍」蒙皮,在地面上看很通透,但是這些飛機在天上會反射陽光,反而更容易暴露自己。加上醋酸纖維素在一定溫濕度和陽光照射下很快老化降解,使德意志隱形飛機之夢最終不了了之。

林克·霍夫曼R.I型轟炸機

1886年,德國物理學家發現無線電波可以被固體物反射回來;差不多同一時期,俄羅斯科學家也發現了這一點,他認為可以利用電磁波反射現象探測遠處的物體。

到了第二次世界大戰前,無線電技術已經逐漸成熟起來,歐美國家開始製造出雷達,使飛機在電磁波下無處遁形。

雷達的原理

電磁波充斥着整個宇宙,實際上所有光都是一定頻率的電磁波。我們人眼能感受到的頻率範圍很窄,像頻率更高的紫外線、X射線我們看不見,而頻率更低的紅外光、微波以及無線電波也只能通過電子儀器探測到。

光是電磁波

在黑夜裡,我們打開手電筒,電筒發出的光被反射回來,於是我們能看清前面的物體。雷達也是這樣的原理:它以一定的頻率向前方發射電磁波,當一部分電磁波被飛機反射回來時,雷達接收器會收到反射信號,再將信號發射與反射的時間差乘以光速,我們就能知道飛機的方位與距離了。

雷達屏幕上的飛機亮點

這樣一來,即便你用全透明的水晶製造一架飛機,它都逃不過雷達的追蹤。雷達比人類的眼睛更敏銳,它能在幾百公里之外發現並跟蹤飛機,一旦被雷達鎖定,便是飛行員噩夢的開始。

怎麼才能做到「隱身」,讓雷達無法發現自己?

要想不被雷達發現,通常的做法無非是三種:讓雷達波穿透、折射,或者吸收掉雷達波。穿透就是透明,像擦得很乾凈的玻璃一般。但問題是飛機表面透明了,裡邊的結構件、發動機、武器和人都沒辦法透明,它們還是會將電磁波反射回去,從而被雷達探測到。就像是琳琅滿目的櫥窗一般,對方可以一覽無餘。

可以讓飛機變透明嗎?

隱形的第二個辦法就是折射:你發射出來的電磁波,我不反射回去,而是讓它偏轉到其它方向,這樣你能接收到的反射信號很微弱,便不容易發現我。

美國的F-117A攻擊機就是一款充分利用雷達波折射原理實現雷達「隱形」的作戰飛機。與我們常見的絕大多數飛機不同,F-117A的表面沒有圓弧過渡,它幾乎是由平面組成的飛行器,外觀看起來很科幻。

當雷達波照射到飛機表面,由於沒有一個平面朝向電磁波發出的方向,因此也不會有任何一束電磁波被長時間反射回雷達接收器。據說F-117在雷達上的光點與一隻小鳥相當,它很容易隱藏在天空雜波里,你很難發現它。

F-117A外形怪異

由於整個機身都由平面構成,F-117A不僅外形怪異,它的空氣動力學性能也不好,飛得不快,機動性比較差。並且只要打開彈倉,它裡邊各種複雜的管線和零件就暴露出來,還是很容易被雷達捕捉到。1999年在美國和北約轟炸南聯盟時,南斯拉夫防空部隊就用前蘇聯的「老古董」S-125地空導彈擊落一架入侵的F-117A,並且重傷另外一架,這證明只要用對了方法,「夜鷹」並不是完全看不見、打不下來的。2008年,這款飛機退役。

F-117機身表面採用了特殊塗料,它能吸收一些頻率的雷達波,從而進一步降低反射率。1989年首飛的B-2轟炸機將吸收雷達波的技術發揮到極致,它整個機身蒙皮就是為了吸收雷達波專門設計的。

B-2轟炸機貴比黃金

B-2轟炸機採用飛翼式布局,為了減少反射面,它砍掉了垂直尾翼,改用機翼後端的水平襟翼來控制平衡和改變飛行方向。與F-117不同,B-2的機身表面是光滑的流線型,機翼前緣非常銳利,讓前向反射的電磁波減到最少。

現役的隱身飛機與B-2類似,除了從外形上做到最大限度的電磁波折射,還在表層蒙皮和吸波材料上下足功夫。由於採用大量先進技術和超材料,隱身飛機的價格與同等重量黃金相當,可謂相當燒錢。

B-2的吸波面板

B-2蒙皮使用了多層碳纖維製成,每一層都導電,並且在最外層塗覆了含有微小鐵珠的石墨塗料。當雷達電磁波照射到蒙皮時,鐵珠會首先吸收掉一部分電磁波,將其轉化為熱能消耗掉;另一部分電磁波會穿透塗層,在多層碳纖維之間的孔隙里不斷散射並耗盡能量。電磁波能進不能出,對方的雷達自然也就很難接收到反射信號了。

殲20

儘管各國科學家在隱身戰機研製上投入大量資金與技術,到目前為止還沒有任何一型戰機能真正做到隱形。電磁波的特性決定了飛機只能折射或吸收某些波長的雷達信號,而對其它頻段的電磁波無能為力,道高一尺魔高一丈,在可以預見的將來,戰鬥機與雷達的鬥法還將繼續下去。

地空導彈與多波段雷達