提到隱身飛機,大家可能都會不約而同地想到B-2“幽靈”隱身戰略轟炸機和F-22“猛禽”隱身戰斗機。
不管是B2還是F22,隱身技術都是第4代和第5代戰機的核心技術之一,雷達通訊是戰機的眼睛,隱身與反隱身、干擾與反干擾,隱身和反隱身、干擾與反干擾,都離不開背后的超材料電磁調制技術。
超材料,英文名metamaterials,定義為:一種特種復合材料或結構,通過對材料關鍵物理尺寸上進行有序結構設計,使其獲得常規材料所不具備的超常物理性質。其中拉丁語詞根“meta-”表示超出、非凡、另類之意,指其具有天然材料所不具備的超常物理性質的人工復合結構或復合材料,一般包括新奇的人工微結構和底材。
超材料英文名是超越(meta)常規材料(material),自然界沒有,為了某些特殊目的,自己設計和加工出來的材料或者結構。2006年美國杜克大學Smith教授領導的研究小組就DIY了著名的“隱身衣”,一種能實現可見光隱身的人造超材料結構。
美國軍方共支持了100余家企業、簽訂了超過60個合同進行超材料應用研究,應用領域涉及雷達罩、導彈天線罩、艦艇吸波材料、大面積吸波材料制備技術、電子干擾箔條、電子戰雷達、無人機雷達、超材料通訊天線、機載天線和聲學隱身技術等。
美國海軍資助的E-2預警機大型雷達罩用超材料項目,雷達罩支撐肋會引起雷達方向圖畸變,采用集成超材料結構的支撐肋來改善這一現象。E2鷹眼預警機,使用超材料結構實現了承載結構和透波功能的一體化設計。
美國海軍資助的艦上大型電磁超材料應用項目,包含了設計、仿真和制作大規模超材料復合結構,用于美軍海軍艦船。這一技術的特點包括含有人工設計的電磁特性超材料微結構,針對復雜的電磁環境提出了新穎的解決方案。
英國BAE系統公司與倫敦大學合作開發超材料平面天線透鏡,無人機的側翼表面不光透波,還能聚波,超材料功不可沒。
聲學超材料也進入大家的視野,名為“金屬水”的聲學超材料使聲波從潛艇表面繞射過去,避免聲波反射回聲納,實現聲波隱身。
超材料作為當今熱門的顛覆性技術,得到了美國、俄羅斯、北約、日本等眾多發達國家、組織重點關注和投入,同時也受到洛克希德·馬丁公司、波音公司、雷神公司、BAE等軍工企業長期支持。
超材料作為國家戰略技術,我國政府對超材料技術予以了高度關注,分別在863計劃、973計劃、國家自然科學基金等科技計劃中予以立項支持,涉及電磁黑洞、超材料隱身技術、介質基超材料,以及聲波負折射等基礎研究方面。
針對超材料黑科技,國內的科技工作人員早已開始了自主化研究,并取得了相當大地進展。浙江大學在光波和超低頻超材料領域發展出了慢波超材料,提出了超材料在成像、隱身、磁共振成像和靜磁場增強方面的應用。東南大學研究了超材料對電磁波的調控作用,提出了新型超材料隱身器件,衍生出了雷達幻覺器件、遠場超分辨率成像透鏡等新型超材料器件。清華大學提出了通過超材料與自然材料融合構造新型功能材料思想,發展出了基于各類超常電磁介質材料。深圳光啟則在國際上率先進行了超材料產業化,研發出了超材料平板衛星天線、超級WIFI等系列產品,并已在全國多地得到了實際應用。
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