简述雷达隐形手段和雷达反隐形技术

自从雷达这双“千里眼”诞生以后，为了在高速扫描下的雷达下隐身，隐形技术就不断和反隐形技术呈现着螺旋相互上升的趋势。在如今隐形四代战斗机成为高端空军的标配的情况下，反隐形雷达也成为了日前热门的高端产品，一款不具备反隐形能力的雷达，是无法胜任未来防空需求的。那么，我们就来从历史发展的角度上，来看一看隐形技术和反隐形技术的“军备竞赛”吧。

预备知识：雷达隐形技术的基本原理

我们知道，雷达是一种主动式的电磁波探测系统，它就像一个发射着看不见的微波的大型“探照灯”，不断向着远方发射雷达波，遇上目标就会产生反射。当目标反射的雷达波被雷达接收机接受后，通过分析发射和接受的时间差，以及目标回波所显示的方位，即可推算出回波点位距离本方雷达的距离，并在地图上予以标定。

现实中，由于雷达系统需要有一定强度的回波才能确认目标，因此在其他条件都相同（尤其是雷达滤波能力和计算机处理能力）的情况下，雷达回波会服从上图公式，即雷达接收功率和雷达发射功率、雷达波长的平方、天线增益的平方、目标散射率和目标面积（我们常说的RCS就是雷达有效反射面积）成正比，而和距离的四次方成反比，用通俗的语言就是“距离越近，回波越强；功率越大，波长越长，增益越高，目标有效反射面积越大，回波也越强”。

同时，雷达也不是只要捕捉到信号就会发出预警。由于大气中有各种各样的反射源（如飞鸟）和自然辐射源（如太阳风打在高层大气层形成的射电辐射），雷达也会经常捕捉到和自己发射雷达波一样的信号，这点就和老式电视机显示出的“雪花点”是一个道理。而且，随着电子战技术的改善，敌方也可能用各种电子战手段干扰雷达信号的接收，因此，雷达必须得配备有效的滤波和检波系统，配合计算机分析技术，在确保足够的警惕性同时，尽最大可能降低虚警率，在现实中就体现为雷达必须得重复获得多个相同的回波信号进行分析，排除掉自然干扰和人为干扰，并和系统预存的敌人特征信号进行匹配，剔除自己人的信号可能后，才会正式将其标记为敌方目标。

在了解雷达工作和目标识别原理后，我们就有了对抗雷达的手段了。

雷达VS隐形技术 第一阶段：雷达吸波涂料的发展

通过雷达公式，我们可以认识到，在对方所有的条件不改变的情况下，我方能够做的就是让自己的反射雷达波功率尽可能低下，从而降低对方探测到我方的最大距离，这种有效的降低雷达波的手段就是涂覆吸波涂料。不过，和一般人以为的“隐形飞机涂料”不同，世界上第一款进入战场的雷达吸波涂料，反而是另一种急需雷达隐形的载具使用的——这就是德国人的21型潜艇。

在1942年英国人将雷达搬上反潜巡逻机后，德国潜艇出航越发的困难。尤其是在1943年英军和美军联合反潜力量夺取了比斯开湾到美国沿海的整个大西洋的制空权后，德国潜艇但凡是浮出水面，就会很快被反潜巡逻机雷达捕捉而遭受攻击。为了对抗反潜机，德国人1943年下旬开始将潜艇配备通气管，这样潜艇就能在潜望镜深度开动柴油机，大大增强水下航程。但好景不长，到了1944年时，美英反潜巡逻机的雷达已经能够分辨海上的潜望镜和通气管目标，而德国人由于潜艇潜望镜视野较窄，探测距离比水面瞭望更短，加上潜艇由通气管柴油机模式转为电池推进需要时间，使得通气管深度的潜艇一旦被雷达锁定，就意味着几乎无法发现敌人的接近，从而面临必死的下场。在这样的威胁下，德国人想到了一个法子——既然美英可以用雷达捕捉到水面上的潜望镜和通气管，那么我让他们雷达找不到这两个“杆子”不就得了嘛？所以，德国人参考自己开发的吸收声波的高分子聚合物消声瓦技术，开发出一种能够吸收雷达波的材料，并将其涂敷在21型潜艇的潜望镜和通气管上，但还没等它用于实战，德国人就已经战败了。

在上世纪60年代，由于美军对中国，苏联的空中侦察任务的需求，美国再次想到了使用吸波材料涂敷在飞机表面的方法，从此开创“隐形飞机”的潮流。目前，世界上有很多种吸波材料，大致分为三类：吸收型吸波材料、漫反射型吸波材料和干涉型吸波材料。

吸收型吸波材料细微结构可见上图。这种涂料通过特殊工艺涂敷在飞机表面后，就会形成一种复杂的高分子聚合物，细微结构和潜艇的消声瓦，室内的隔音墙有些相似，呈现微观的“蜂窝状”结构。其微孔大小根据要吸收的特征雷达波长决定。这样一来，敌方雷达的雷达波入射后，就会在这些“蜂窝状结构”中反复反射，转化为热能散失，最后反射回雷达的信号强度就大幅衰减。起到了降低雷达波回波强度的目的。目前该类吸波材料发展比较成熟，材质以微孔材料配合增强电磁耗损能力较强的材料（如铁氧体颗粒）为主，雷达波射入后会立即在微孔中被铁氧体材料多次反射转化为热能消散。

漫反射型雷达吸波材料需要配合飞机的外观设计，下面会详细介绍。

干涉型吸波材料则是一种“反应装甲”式材料。它的结构不再是充满多层孔洞的“蜂窝状结构”，而是变成了多个反射面叠加的复合材料。这些复合材料每一层都有一定的雷达波反射能力和透射能力，能让一部分雷达波在自己表面反射，同时让一部分进入下一层，在下一层或更多层发生反射。由于每层之间都会发生反射，一束雷达波入射后，会分解为多个同向叠加的反射波，由于光程不同，因此这些反射波产生的回波相位也不同，彼此之间就会产生相位差。学过波的叠加的朋友们都会知道，当振幅相同，波长相同，但相位相反的波相互叠加时，波峰和波谷会相互抵消而能量对消，这样一来雷达接收到的信号强度就会大幅减弱，该原理和“有源对消耳机”是非常接近的，只不过它是利用多层材料来“受激”产生相反的回波相位，所以它并不是“主动”式的隐形材料。

在三种材料中，吸收型最为广泛而成熟，干涉型理论上最为先进。不过，它们都有一个共同缺点——即隐形涂料的精细结构只适合于一定频率的雷达波。

由于吸波材料在飞机上会形成一薄层复合材料，会增加飞机的重量，而且在高速气流冲击下可能会发生剥落，因此飞机的吸波涂层并不会无限制增厚。所以，大部分隐形飞机都会选择几个相近的重点波段进行针对隐形，如战斗机一般对敌方战斗机，火控雷达的X，S，C等波段进行针对隐形，而B-2这样的轰炸机会对S,L波段的远程预警雷达进行针对隐形。同时，随着雷达后端处理越来越强，飞机单纯靠吸波材料取得的隐形优势到了80年代后期就开始力不从心了，因此上世纪70年代，隐形技术进入了新的时代，也是目前的主流——外形隐形。

雷达VS隐形技术 第二阶段：飞机外形隐身设计的发展

在雷达的发射功率和分辨率大幅提升后，单纯靠吸波涂料取得降低雷达发现距离的手段已不敷使用。因此，美国开始研究能够进一步削减飞机反射波的手段。但是同样令一般人始料未及的是，飞机外观隐身技术的源头同样也不是美国，而恰恰来自于从未发展过飞机隐形技术的另一个大国——苏联。

在1960年代，莫斯科无线电工程研究院(Moscow Institute of Radio Engineering)首席科学家彼得·乌菲莫切夫(Pyotr Ufimstev)开始研究简单二维物体的电磁波反射方程。

1964年，他在《莫斯科学院无线电工程学报》上发表了一篇颇有创意的论文「物理衍射理论中的边缘波行为」。在这篇文章中，他提出，物体对雷达电磁波的反射强度和物体的尺寸大小无关，而和边缘布局有比例关系。乌菲莫切夫说明了如何计算飞机表面和边缘的雷达反射面。从他的理论可以得出一个结论，即使一个很大的飞机，仍然可以被设计成能够「匿踪」的。

虽然彼得·乌菲莫切夫早在1964年就提出了飞机外观隐形技术的理论，但该理论被苏联长期忽视。当飞机设计局的专家拿到这篇雷达专家的文章时，他们不屑一顾地说：“设计出符合雷达隐形外观的飞机是不能飞起来的，就算飞起来，也不具备良好的气动外形，不具备战术机动性”，而苏联的飞机发展思路，尤其是战斗机一直是追求优越的近距离格斗能力的，他们显然不会为了降低雷达的探测距离（尤其是1990年代以前中距离雷达制导导弹命中率就是个笑话）而牺牲尤为重要的机动性。但是大洋彼岸的美国人却敏锐觉察到了这种理论的战略意义：虽然当时还设计不出来同时兼顾隐形和机动性的飞机，但是美国庞大的空中武器库中，应当具备越过对方防空雷达系统，对敌方腹地展开突袭的攻击机，这背后就是美国秉承的“空军决胜论”和苏联秉承的“空军不过是给陆军打伞的助手”理论的巨大差异。在美国的重视之下，具备良好的隐形外形的飞机首先在洛克希德的臭鼬工厂诞生了，这就是划时代的F-117。

F-117在1977年,1982年进行交付，但是它在之后的十年内都保持高度的机密。一直到1990年该机型停产后，它才在公众面前亮相，使得世人都惊呼为“UFO”。F-117采用多面体棱角反射机身，能够将不同方向——尤其是正前方射来的雷达波反射到其他方位，避免被敌方雷达侦测到。不过，和苏联专家当年判断的一样，极端追求隐形外形的F-117机动性确实是不怎么样，首批两架1977年制造的原型机都以坠毁告终，而且内部弹舱也小的可怜——仅能够容纳2枚2000磅激光制导炸弹（或者其他尺寸小于MK84的炸弹），一次公开飞行表演还当场机翼折断坠毁，似乎表明这种飞机是个败笔。

但是，在1991年沙漠风暴战役中，F-117却一举摧毁了世人面前“弱不禁风”的形象。在战争爆发首日，美军的F-117就利用雷达隐形能力快速突破伊拉克的数字化防空网，杀入巴格达炸毁了伊拉克电信电报大楼，断了伊拉克的指挥系统。在之后的作战中，43架F-117居然合计投放了2000吨炸弹，平均每一架飞机都执行了25次攻击任务，包办了40%的战略目标，使得伊拉克的防空、指挥、通讯系统全部瓦解。在美国强大的隐形飞机、精确制导武器的攻击下，拥有当时中国人羡慕不已的机械化大兵团的伊拉克军队土崩瓦解，甚至整个战争中伊拉克空军仅由米格25飞机击落一架脱离电子战飞机掩护的F-18飞机，除此之外别无战果。从那以后，隐形飞机仿佛成了美国空军的代名词，一直是信息化时代战争的象征。

虽然F-117迄今为止隐形能力仍不落后——但是极糟糕的气动布局使得它完全没有任何战术机动性。在1999年空袭南联盟行动中，一架F-117自以为高枕无忧，便启动了雷达测高计，这使得它被南联盟的被动探测雷达捕捉，随后引导S-125导弹发射。由于F-117机动性奇低无比，一旦被锁定就无法挣脱，所以这架F-117当场被S-125击落，创下迄今为止唯一被击落的隐形飞机的记录。在那之后,F-117逐渐淡出人们视线，2008年解除战斗任务进入封存。但由于其极高的隐形能力至今无可匹敌，它退役后仍然被精心保养，如今还会时不时拉出来飞一下保持状态。

在F-117成功之后，美国人坚信随着时代的发展，他们能够做出来既符合飞机气动学和隐形能力的先进战机。这时候乌菲莫切夫的理论已经不敷使用，需要美国科学家的理论功底了。幸好，美国人早在拿到乌菲莫切夫的多面体隐形技术之前，就已经研究过保持气动布局下的隐形能力，这种飞机就是赫赫有名的SR-71.

还记得上一段我空着的“漫反射隐形涂层”吗？这种特殊涂层实际上是搭配SR-71，B-2这样的漫反射隐形设计飞机使用的。SR-71设计师考虑到3马赫速度下的平飞稳定性，以及突破苏联雷达的隐身需求，创造性的设计了圆弧形的飞机下表面，使得SR-71正面看起来也像个UFO、它的原理和苏联乌菲莫切夫的镜面反射原理不同，用的是弧形表面的“漫反射”原理，虽然整体效果并不如后来的F-117，但由于机身过度圆润，理论上更加能够适合高速和高机动性飞机的设计，而且飞机的尺寸还可以明显大于F-117这样的镜面反射飞机。在1980年代末数字化飞控日益成熟后，美军推出了两款至今不落后的隐形飞机，就是如今响当当的B-2和F-22。

有很多人指责美国B-2抄袭了德国人二战末期的HO-229，声称“美国科技只是建立在剽窃第三帝国的基础之上”，实际上HO229推出时根本就没有考虑到雷达隐形这一点（毕竟那时候还没有基础理论），而且事实上早在1910年，飞翼结构飞机就已经出现在各国设计师笔下了。而在上世纪20-30年代，飞翼飞机还一度成为流行设计，只不过都因为难以操控而失败了。实际上，B-2开发公司诺斯罗普公司创始人就是世界上最有才华的飞翼飞机设计师之一，1940年便推出了N1M试验机。

最终让F-22和B-2得以翱翔蓝天的原因还是得益于技术进步，当年难以靠人力控制的飞机已经进化到了数字化飞控系统，强大的计算机和优秀的算法设计，能够让重达170吨的B-2飞机顺利飞行在蓝天之上，也能让F-22战斗机在实现1.6马赫超音速巡航之际，实现9G的高过载机动。F-22也是在MIG25之后，歼20之前唯一一款能够在2马赫以上维持5G机动的战斗机。正因为有数控驾驶的加持，很多过去看似不可能的技术——如飞翼飞机，多轴飞行器等设计如今都变得非常“白菜化”。但是当飞机尺寸放大到100吨级以上后，飞机的难度便从设计制造转为基础理论积累，变得非常难以突破。所以，迄今为止仍然未有人敢全方面挑战B-2和F-22，连美国的B-21和F-35都是上述飞机的“简化版”，只在信息化等部分领域进行优化，而非全面突破这两种1990年设计的飞机。

通过飞机外形设计和隐形涂料的联合使用，如今四代战斗机，B-2为代表的隐形战斗机正面RCS（有效雷达反射面积）在常用波段下已经降低到0.01平方米以下，发现距离足足比F-18，歼10这样的第三代战斗机短了四分之三。原本能够在80-100公里发现歼10的雷达，如今需要接近到20公里才能探测到歼20和F-22，这无疑是大幅增加了四代机对三代机的战术优势。这样一来，就需要雷达技术再次进行突破了，比较典型的技术就是使用米波雷达和大功率高分辨率雷达进行对空搜索。

看过上面的朋友应该会明白为何米波相控阵雷达是不错的反隐形雷达。首先，根据雷达公式，波长较长，功率较大的雷达会获得较高的回波功率；第二，由于隐形涂料波段有限，通常只对常用波段X，S，C等厘米波进行优化，对米波削减程度不高；最后就是雷达波的“波长障碍物反射原理”。

所谓的波长障碍物反射原理，是指无线电波遇上大于自己1/4波长障碍物时会产生较为明显的反射效应，对于飞机这样的大型飞行目标，其机翼、机身和垂尾（B-2无垂尾飞机不算）显然尺度要大于1米以上。这样一来，当波长位于米级的电波遇上这样的飞机时，就会因为飞机整体的尺寸而产生回波，而这样的波长因为显著大于吸波材料和散射外形（如隐形飞机弹仓锯齿结构）而不会被它们反射到其他方位上 ，因此隐形飞机会在雷达屏幕上显示为一个整体的光斑。虽然米波雷达的成像精度不高，但它回波很明显，空气衰减也不如毫米波那样严重，因此适合远程预警。在使用有源相控阵雷达技术后，米波雷达自重大、扫描速度慢的问题也会缓解，成像精度也大大提高。所以目前的米波相控阵雷达除了重量大和耗电量大以外，还是能够胜任反隐形技术的。所以，这逼得飞机进入了第三个隐形技术阶段——主动隐形技术。

雷达VS隐形技术 第三阶段：主动隐身技术的发展

还记得隐形涂料篇“相位隐形”技术吗？其实，主动隐形技术是该技术的“主动版本”。

主动隐形的原理可以追溯到二战开始的电子干扰技术，并在冷战和现代战争中不断强化升级。一开始，该技术体现为“电子压制”，即使用大功率干扰机不断释放“噪声信号”，干扰雷达接受自己的信号，使得近在咫尺的飞机也无法被锁定。这个技术，就好比是武术格斗中突然抓起一把沙子扔向对方眼睛的打法。

海湾战争中，多国联军的电子战飞机是他们取得并巩固制空权最重要的“法宝”。强大的全频道阻塞式干扰让伊拉克的雷达就算开机也都是密密麻麻的雪花点，再配合电子战飞机持有的反辐射导弹，让雷达开机不仅发现不了目标，还有可能随时被摧毁。在96台海危机中，解放军也确实是身临其境感受到了美国全频道干扰的可怕威力，在2001年意外从中美撞机事件取得美国电子战飞机实物后，我国在该方面取得了长足的进步。

当然，随着先进防空导弹和空对空中距导弹的发展，单纯的“无线电压制干扰”已经不再有效。在对方拥有高强干扰的飞机时，另一方可以运用装载反辐射导引头的空对空导弹或反辐射导弹直接射击对方，迫使对方关闭干扰机或者直接被摧毁。

因此，为了避免全频道阻塞干扰被对方反制，美国人又在1990年代末期推出了有源相位对消技术。该技术原理和相位式隐形涂层差不多，只不过他使用先进的数控计算机和无线电发射系统代替了夹层的被动反射模式，就好比坦克的主动防御系统替代了被动爆炸反应装甲一样。在作战时，有源对消干扰机会像有源对消耳机一样先录制一段对方雷达波的特征信号，然后立即发射相位相反的信号予以抵消。这样一来，敌方的雷达波发射后会被这个反制波束完全“抵消”，从而根本无法发现目标。而对方想关闭雷达只依赖被动探测的时候，这套系统也会因来袭信号的消失而停止工作，让对方难以发现。随着电子系统的日趋小型化，该系统未来的推广空间也是非常大的，而且它不仅可用于一般的隐形飞机，还可以用于大型非隐形飞机的有源对消。倘若轰6K使用这种技术，它也可以把自己的被发现距离降低到之前几分之一，从而实现高速突防。而且大型轰炸机由于发电机功率高，有效空间大，可以搭载的干扰机功率和效能也高，就算被防空导弹和中距导弹锁定，也可以用自身高效的干扰机加以反制，这也是如今B-52,H-6K之类亚音速非隐形轰炸机继续服役的原因之一。

结语 矛盾之争是一个复杂的螺旋式上升的过程

正如同生物的“捕食者·被捕食者”的博弈使得二者都不断进化一样，进攻性武器和防御性武器也是一样的在竞争中彼此都得到了强化和升级。实践告诉我们，没有什么东西是永恒不变的真理，任何一种武器，停下脚步发展就必然会被敌人所超越。只有不怕竞争，正面竞争，才有可能超越敌人，战胜敌人。