隱身材料的技術(shù)含量極高，國外的技術(shù)保護(hù)極為嚴(yán)密。因此，目前見諸報(bào)道的主要集中在概念和實(shí)驗(yàn)室研究階段。

————本文作者李江海、王 彤和胡靜偉均來自中航工業(yè)成都飛機(jī)設(shè)計(jì)研究所。

隱身技術(shù)由于能夠降低飛行器的特征信號(hào)，有效提升戰(zhàn)場突防能力和生存力，受到世界各軍事大國的重視。美國相繼發(fā)展了F-117、B-2、F-22和F-35等隱身飛機(jī)，俄羅斯在研制最新隱身戰(zhàn)斗機(jī)T-50，歐洲國家也在進(jìn)行隱身無人機(jī)研究，我國周邊鄰國也相繼采取行動(dòng)。

實(shí)現(xiàn)隱身的技術(shù)手段主要有外形隱身和應(yīng)用隱身材料。經(jīng)過40多年的技術(shù)發(fā)展，外形隱身由簡單的多面體外形設(shè)計(jì)逐步發(fā)展到復(fù)雜雙曲面外形設(shè)計(jì)，氣動(dòng)外形和隱身之間越來越協(xié)調(diào)。隱身材料由最初在機(jī)體大面積噴涂的吸波涂層發(fā)展到體系化隱身涂層表面防護(hù)和多功能隱身結(jié)構(gòu)，隱身材料的應(yīng)用針對(duì)性越來越強(qiáng)。

隱身材料按照頻段可分為雷達(dá)隱身、紅外隱身、可見光隱身和激光隱身等類別。鑒于雷達(dá)隱身仍然將在未來相當(dāng)長的一段時(shí)間內(nèi)繼續(xù)成為隱身技術(shù)的主干，本文將以雷達(dá)隱身材料為重點(diǎn)展開，并兼顧紅外隱身材料。

常規(guī)隱身材料

由于雷達(dá)仍然是目標(biāo)探測的主要手段，雷達(dá)隱身材料是被研究得最多的。世界上大部分雷達(dá)工作在X波段，也即通常所說的厘米波雷達(dá)，也有工作在Ku、Ka波段的毫米波雷達(dá)和L波段的米波雷達(dá)。因此，對(duì)雷達(dá)隱身材料的研究主要集中在這些頻段上。雷達(dá)隱身材料也稱為雷達(dá)吸波材料（RAM），是指通過材料電磁參數(shù)設(shè)計(jì)，將入射到材料表面的電磁波引入材料內(nèi)部，將其電磁能轉(zhuǎn)換成熱能耗散或使電磁波因干涉而消失的一類材料。

吸波材料按照使用方式可分為吸波涂料（RAP）和吸波結(jié)構(gòu)（RAS）。吸波涂料是將吸收劑與黏結(jié)劑混合后噴涂在目標(biāo)表面，如飛機(jī)機(jī)體表面；吸波結(jié)構(gòu)是將吸收劑分散在由石英纖維、玻璃纖維等特種纖維增強(qiáng)的結(jié)構(gòu)中所形成的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，具有承受力學(xué)載荷和吸收雷達(dá)波的雙重功能，可用于飛機(jī)特定部位結(jié)構(gòu)，如機(jī)翼前緣等。

吸波涂料按其吸收機(jī)理可分為電吸收型涂料和磁吸收型涂料。電吸收涂料是一種諧振式吸收體，因其吸收帶寬很窄，一般不單獨(dú)應(yīng)用于隱身設(shè)計(jì)。磁吸收涂料通常采用鐵的化合物和混和物作吸收劑，如鐵氧體和羰基鐵。磁吸收涂料與電吸收涂料相比，重量偏大，但它在有限厚度內(nèi)具有較好的低頻吸收特性。可以利用不同磁性材料的磁導(dǎo)率峰值出現(xiàn)在不同頻率的特點(diǎn)來設(shè)計(jì)多層磁性材料以拓展材料的吸收頻帶。據(jù)報(bào)道，日本NEC公司研制了一種雷達(dá)波反射率為-10dB、帶寬達(dá)7GHz的鐵氧體吸波涂層。

吸波結(jié)構(gòu)按結(jié)構(gòu)型式可分為層合吸波結(jié)構(gòu)（Layer RAS）和夾心吸波結(jié)構(gòu)（Sandwich RAS）。層合吸波結(jié)構(gòu)由多層復(fù)合材料按層鋪疊組成，不同材料層通過電磁參數(shù)設(shè)計(jì)達(dá)到有效吸收入射電磁波的目的。夾心吸波結(jié)構(gòu)由面板層和夾心填充材料構(gòu)成，面板層充當(dāng)透過入射電磁波的作用，夾心填充材料具有多孔特征，如蜂窩和泡沫等結(jié)構(gòu)，并混雜有可吸收電磁波的成分，將入射電磁波在內(nèi)部吸收和耗散。

常規(guī)隱身材料在國外隱身飛機(jī)上已有大量應(yīng)用。

據(jù)報(bào)道，F(xiàn)-117飛機(jī)在機(jī)體表面大量噴有吸波涂料。B-2飛機(jī)在機(jī)身和機(jī)翼蒙皮上采用了蜂窩狀雷達(dá)吸波結(jié)構(gòu)。而據(jù)網(wǎng)絡(luò)報(bào)道，F(xiàn)-22表面應(yīng)用三層涂料來減少其雷達(dá)特征：第一層密封飛機(jī)的蒙皮，并有助于黏合另一層；第二層是有著鍍銀薄片混合聚氨酯材料的導(dǎo)電涂料用以減少雷達(dá)波反射；第三層也是表面漆層，性能包括用含有金屬基材料的涂層來減小輻射的熱量，以降低被雷達(dá)探測到的風(fēng)險(xiǎn)。從已公布的圖片分析，F(xiàn)-22飛機(jī)在機(jī)翼的邊緣部位也大量應(yīng)用了吸波結(jié)構(gòu)。

無論是吸波涂料，還是吸波結(jié)構(gòu)，在工程應(yīng)用時(shí)都希望能達(dá)到吸波頻段寬、吸波能力強(qiáng)和重量輕等效果，為此吸波涂料和結(jié)構(gòu)往往被設(shè)計(jì)為多層的復(fù)雜結(jié)構(gòu)形式，通過計(jì)算電磁學(xué)和計(jì)算力學(xué)等理論進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

高溫隱身材料

靠近發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)身部位溫度高，應(yīng)用隱身材料時(shí)需要特別考慮高溫環(huán)境。國外對(duì)高溫吸波材料的公開報(bào)道特別少，僅能從一些武器裝備的應(yīng)用情況得到些許了解。

高溫隱身材料主要分為高分子隱身材料和陶瓷隱身材料。高分子隱身材料包括玻璃纖維和石英纖維等增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料。陶瓷隱身材料包括氧化鋁陶瓷、微晶玻璃、石英陶瓷、氮化硅陶瓷等增強(qiáng)陶瓷復(fù)合材料。高分子隱身材料最高承受溫度不超過500℃，不能完全滿足飛機(jī)尾部的耐高溫需求，而陶瓷隱身材料可承受1000℃以上的高溫，很有希望用作飛行器尾部靠近尾噴口部位的吸波結(jié)構(gòu)材料。

日本碳公司已推出幾種電阻率不同的碳化硅（SiC）纖維，日本UBE工業(yè)公司商品牌號(hào)為“Tyranno”的SiC纖維也是一種具有吸波功能的陶瓷纖維。據(jù)報(bào)道，法國ALcore技術(shù)公司試制的第一架隱身無人機(jī)“豺狼”，大量使用了Tyranno纖維復(fù)合材料，但對(duì)其具體應(yīng)用情況沒有詳細(xì)報(bào)道。

美國洛克希德·馬丁公司研制出的陶瓷基吸波結(jié)構(gòu)用在F-117尾噴管的后緣，能承受1093℃的高溫，具體細(xì)節(jié)不詳；同樣也在F-22飛機(jī)的尾噴口附近應(yīng)用了陶瓷基隱身結(jié)構(gòu)。

高溫吸波材料在巡航導(dǎo)彈上已達(dá)到實(shí)用階段。法國的APTGD導(dǎo)彈的尾翼由六角形小塊陶瓷吸波材料組成，具有較好的吸波效果。美國三軍通用的TSSAM隱身導(dǎo)彈也采用了相應(yīng)的隱身技術(shù)。法國ADE公司研制出了牌號(hào)為AlkardSC的陶瓷基吸波材料，最高使用溫度可達(dá)1000℃，其主體材料為SiC。

新型隱身材料

隨著反隱身技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)的隱身材料及結(jié)構(gòu)已經(jīng)不能滿足未來的作戰(zhàn)需求。因此，以頻率選擇表面（FSS）、納米材料和超材料等為代表的新一代隱身材料及結(jié)構(gòu)正日益得到軍事上的關(guān)注。

頻率選擇表面是一種能夠?qū)﹄姶挪l率進(jìn)行選擇的二維周期結(jié)構(gòu)。美國從20世紀(jì)60年代開始便對(duì)FSS的基礎(chǔ)理論進(jìn)行研究，其成果已應(yīng)用于相關(guān)軍機(jī)及衛(wèi)星，如F22的雷達(dá)罩采用了FSS技術(shù)。FSS在隱身技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用，F(xiàn)SS雷達(dá)天線罩可以很好地解決天線的帶外隱身問題。但是對(duì)天線帶內(nèi)隱身來說，還是應(yīng)與天線一起開展隱身綜合設(shè)計(jì)。

納米材料由于具有量子尺寸效應(yīng)、宏觀量子隧道效應(yīng)以及界面效應(yīng)等特性，使其在光、電、磁等物理性質(zhì)方面具有獨(dú)特的性能。以納米材料為基礎(chǔ)研制的隱身材料不僅磁損耗增大，同時(shí)具有頻帶寬、兼容性好、質(zhì)量輕、厚度小等特點(diǎn)，已成為各國研究的熱點(diǎn)。

從報(bào)道來看，納米吸波介質(zhì)材料能夠強(qiáng)化材料的強(qiáng)吸收譜寬度。介質(zhì)材料納米化后，材料吸收電磁波的能量后會(huì)導(dǎo)致原子振動(dòng)從而產(chǎn)生機(jī)械波，機(jī)械波在納米粒子的邊界又會(huì)發(fā)生反射，導(dǎo)致機(jī)械波在納米粒子振動(dòng)增加，振動(dòng)增加又會(huì)影響正負(fù)離子間的固有頻率，也會(huì)影響吸波材料的吸收系數(shù)。

金屬材料的納米化能改變金屬中自由電子的振蕩頻率，減小材料對(duì)雷達(dá)波的反射。有文獻(xiàn)報(bào)道，多晶鐵納米纖維吸波材料的吸波能力明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的球狀吸波材料，這是因?yàn)榭梢酝ㄟ^改變纖維的長度、直徑、含量及排列方式，調(diào)節(jié)吸波材料的電磁參數(shù)。歐洲GAMMA公司采用羰基鐵纖維作吸收劑，纖維密度低，結(jié)構(gòu)呈各向同性或各向異性，顯示出優(yōu)異的隱身性能。

超材料是指一種介電常數(shù)和磁導(dǎo)率同時(shí)為負(fù)值的各項(xiàng)同性電磁材料，其基本概念最早由蘇聯(lián)物理學(xué)家Veselago于1968年提出，又被稱為左手材料（LHM）。由于在自然界中未發(fā)現(xiàn)這種材料，且沒有制備負(fù)磁導(dǎo)率材料的技術(shù)方法，左手材料在此后很長一段時(shí)間里僅停留在理論假說層面上。

1996年，英國帝國理工學(xué)院Pendry教授等從理論上證明了用周期性排列的金屬絲和開口金屬諧振環(huán)組成的結(jié)構(gòu)能在一定頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生負(fù)等效介電參數(shù)和負(fù)等效磁導(dǎo)率。2001年，美國加州大學(xué)物理學(xué)家Smith等據(jù)此將金屬絲和金屬開口環(huán)組成二維周期性結(jié)構(gòu)，首次在實(shí)驗(yàn)室制造出微波波段具有負(fù)介電常數(shù)、負(fù)磁導(dǎo)率的諧振性超材料。2002年，美國加州大學(xué)的Itoh教授和加拿大多倫多大學(xué)的Eleftheriades教授又分別提出了非諧振型超材料——復(fù)合材料左右手傳輸線，又稱平面電路型人工左手材料。

隨著研究工作的逐步深入，眾多突破性成果的不斷涌現(xiàn)，超材料日益受到關(guān)注。

2006年，英國學(xué)者Pendry基于轉(zhuǎn)換介質(zhì)理論提出了一種隱身原理：充分利用左手材料電磁屬性的可設(shè)計(jì)性，設(shè)計(jì)出一種介電常數(shù)和磁導(dǎo)率均可獨(dú)立變化的材料，電磁波在通過該材料時(shí)傳播方向可得到控制，處于該材料包圍內(nèi)的物體可不被探測到，即實(shí)現(xiàn)了被包圍物體的隱身。同年，美國杜克大學(xué)Schurig教授領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)根據(jù)Pendry教授的理論，設(shè)計(jì)了一個(gè)橢圓柱狀隱身超材料結(jié)構(gòu)，并通過實(shí)驗(yàn)證明了該結(jié)構(gòu)在微波頻段內(nèi)有較好的隱身性能。

2008年，美國相關(guān)研究機(jī)構(gòu)利用超材料的諧振特性和電磁波損耗特性，提出一種“完美”超材料吸波體（PMI）。該吸波體由正面的電開口諧振環(huán)和背面的金屬條以及中間的損耗介質(zhì)組成，具備優(yōu)良的吸波效果，反射率為0.01%，透射率為0.9%，吸收率超過99%，且結(jié)構(gòu)厚度薄，一時(shí)引起轟動(dòng)。

2003年，“負(fù)折射率左手材料”與“超材料隱身斗篷”被《科學(xué)》雜志評(píng)為“世界十大科技進(jìn)展”，2010年《科學(xué)》雜志評(píng)選超材料為過去10年中人類最重大的十大科技成就之一。雖然目前超材料還未實(shí)際應(yīng)用于軍事工程領(lǐng)域，但利用超材料同相反射特性和媒質(zhì)參數(shù)可調(diào)的特點(diǎn)，學(xué)者們將可開發(fā)出更多性能卓越的吸波材料，預(yù)示著超材料在隱身領(lǐng)域擁有廣闊的應(yīng)用前景。

紅外隱身材料

隨著紅外探測技術(shù)的發(fā)展，紅外隱身已上升到與雷達(dá)隱身同等重要的地位，紅外隱身材料的研究也成為繼雷達(dá)吸波材料之后隱身材料研究中的一項(xiàng)重要內(nèi)容。

由于受大氣紅外窗口的限制，紅外探測器實(shí)際工作在波長為3～5μm的中紅外線和波長為8～14μm的遠(yuǎn)紅外線頻段。這部分紅外輻射來自目標(biāo)和背景本身溫度所引起的熱輻射，故又稱為熱紅外輻射。紅外隱身材料具有紅外線低發(fā)射率或較強(qiáng)溫控能力，可使目標(biāo)和背景本身溫度所引起的熱輻射差減小到紅外探測器探測不到或識(shí)別不出的程度，達(dá)到隱身目的。紅外隱身材料包括低發(fā)射率涂料和低發(fā)射率薄膜等。

低發(fā)射率隱身薄膜的優(yōu)點(diǎn)是紅外發(fā)射率低、厚度小、質(zhì)量輕。一般采用真空鍍膜方法，膜層厚度小于1μm，分為金屬膜、半導(dǎo)體膜、電介質(zhì)膜、金屬多層膜、類金剛石膜等4種。由于制造工藝復(fù)雜，設(shè)備昂貴，難以在武器上實(shí)際應(yīng)用。

低發(fā)射率隱身涂料既可用于目標(biāo)的外表面、偽裝網(wǎng)和隔熱層。又可用于目標(biāo)內(nèi)部的發(fā)熱部件；既能降低、改變目標(biāo)自身的熱輻射特征，又能使目標(biāo)的綜合散射特性與背景相融合，使用方便、工藝簡單。

紅外隱身涂料現(xiàn)有兩類：一類是吸收型，通過涂料本身或某些結(jié)構(gòu)和工藝技術(shù)，使吸收的能量在涂層內(nèi)部不斷消耗或轉(zhuǎn)換而不引起明顯的溫升，減少物體的熱輻射；另一類涂料是轉(zhuǎn)換型，在吸收紅外能量后或改變反射方向，或使吸收后釋放出來的紅外輻射向長波轉(zhuǎn)移，使之處于紅外探測系統(tǒng)的工作波段以外，達(dá)到隱身目的。

F-22飛機(jī)除了在機(jī)體表面大面積應(yīng)用紅外隱身涂料，還通過設(shè)計(jì)異型尾噴管和應(yīng)用具有低紅外發(fā)射率陶瓷基材料，有效降低了飛機(jī)紅外輻射特征，實(shí)現(xiàn)了紅外隱身水平與雷達(dá)隱身水平均衡設(shè)計(jì)。

結(jié)束語

隨著戰(zhàn)場探測手段的多樣化發(fā)展，單頻段的隱身材料已不能有效降低軍事目標(biāo)和武器裝備被發(fā)現(xiàn)的概率。可以預(yù)見，未來隱身材料將向多頻段兼容隱身方向發(fā)展，如可見光/紅外兼容隱身、可見光/雷達(dá)兼容隱身、紅外/雷達(dá)兼容隱身甚至雷達(dá)/紅外/激光兼容隱身等。要使同一種材料滿足以上諸多要求，難度很大。在這些需求面前，頻率選擇表面、納米材料、超材料等新型隱身材料的潛力會(huì)有多大，與傳統(tǒng)隱身材料的復(fù)合又會(huì)有怎樣的發(fā)展前景，相信隨著各國技術(shù)專家的研究，一切都會(huì)依次呈現(xiàn)出來。在此同時(shí)，隱身材料的工程運(yùn)用實(shí)踐依然考驗(yàn)著隱身設(shè)計(jì)師的智慧。