等离子体隐身技术概论

等离子体隐身技术发展

摘要：主要介绍了等离子体隐身技术的基本原理和技术特点，阐述了其发展过程及具体应用环境条件，分析了国际上各种等离子体隐身技术装备的技术特点和不足，同时也探讨了等离子体隐身技术的发展前景和趋势。

关键词：等离子体隐身技术雷达探测密度频率

多年来，随着国际形势的不断变化，各种精确的雷达探测技术以及精确制导技术大量地应用于武器系统中，使得各种精确制导武器的命中率比以前提高了1~2个数量级，这给传统的作战武器在战场上的生存能力构成了极大的威胁，要提高武器系统的突防能力和生存能力就必须采用隐身技术。等离子体隐身技术作为一种全新的隐身概念，其研究最早可以追溯到1957年，前苏联发射第一颗人造卫星时，科学家就注意到：人造卫星的电磁散射特性与普通的金属球不一样，而形成这种现象的关键因素就是卫星飞行时在其周围形成了等离子体层。直到20世纪八九十年代末。等离子体隐身技术才有了长足的发展。随着等离子体天线的面世，等离子体隐身技术才应用于实用阶段。从目前公开的资料来看, 俄罗斯在等离子体隐身这一领域处于领先地位，尤其是最近正研究的第三代等离子体隐身系统，在4~14GHz频率范围内可以使米格飞机的雷达截面积( RCS)值减少到原来的1%。这与美国F-117隐形战斗机和B-2隐形轰炸机在雷达上反映出的效果大致相同，但是由于它没有刻意地去改变飞机的气动性能，因此具有更高的性价比。正是由于等离子体隐身技术具有吸波频带宽、效率高、使用简便、价格便宜等优点，特别是应用于飞行器隐身时无需改变飞行器的外形，解决了隐身措施与气动性能的矛盾，日益受到国内外国防决策机构和军事专家的关注。

1.等离子体及其隐身机理

1.1等离子体概念

等离子体一般是指尺度大于德拜（De－bye，电偶极矩单位）长度的宏观中性电离气体，其运动主要受电磁力的支配，并表现出显著的集体行为。当任何不带电的普通气体在受到外界的高能激励作用(如对气体加高能粒子轰击、激光照射、气体放电，热致电离等方法)后，部分原子中的电子脱离原子核束缚成为自由电子，原子因失去电子而成为带正电的离子，这样原来中性气体就因电离而转变成由大量自由电子、正电离子和部分中性原子组成的宏观仍呈电中性的电离气体，这类气体称为等离子体。等离子体被认为是继固态、液态和气态三种形态之外的第四态物质，其运动主要受电磁力的支配。尽管等离子体在整体上呈电中性．却其有了很好的导电性，普通气体中如有0.1％的气体被电离．这种气体就具有很好的等离子体特性，如果电离气体增加到l％，这样的等离子体便成为导电率很大的理想导电体。一般情况下等离子体按其热容量大小可分为高温等离子体、热等离子体和低温等离子体。

1.2等离子体隐身原理

等离子体隐身技术是指利用电磁波与等离子体之间的相互作用，利用等离子

体对电磁波的反射、折射、吸收、变频等特性，将电磁波能量衰减，改变电磁波的传播相角乃至使电磁波产生绕射从而回避探测系统的一种技术。其中等离子体频率起着重要的作用。等离子体频率指等离子体中电子的集体振荡频率，频率的高低代表了等离子体对电中性破坏反应的快慢，它是等离子体的重要特征。若等离子体频率大于入射电磁波频率，则电磁波不会进入等离子体．此时，等离子体反射电磁波，外来电磁波仅进入均匀等离子体约2mm，其能量的86％就被反射掉了。但是当等离子体频率小于入射电磁波频率时，电磁波就不会被等离于体截止，而能够进入等离子体并在其中传播，在传播过程中．部分能量传给等离子体中的带电粒子，被带电粒子吸收，而自身能量逐渐衰减。等离子体之内电子密度越大，振荡频率越高，和离子、中性粒子碰撞的频率就高．对雷达波的吸收就越大。同时雷达波在等离子体中传播时．由于在等离子体中有大量的中性粒子，所以还存在着介电损耗。此外，等离子体在雷达波交变电场的作用下会产生极化现象，在极化过程中，电荷来回反复越过势垒，消耗电场的能量．表现为电导损耗，松弛极化损耗和谐振损耗等。另外，由于等离子体发生器喷射到飞机外围空间的等离子体是非均衡等离子体，处于非热动力平衡状态，经过一定时间离子间的碰撞才达到趋向密度均匀和温度均匀的热力学平衡状态。

最常见的有两种即折射隐身和吸收隐身。第一，折射隐身。通过非均匀等离子体对入射电磁波的折射使电磁波传播轨迹发生弯曲，减小目标被雷达波照射的面积，同时使雷达回波偏离敌方雷达的接收方向，从而使目标难以被敌方雷达发现，达到隐身的目的。不均匀非磁化等离子体中电磁波的传播主要取决于等离子体的折射率，考虑电磁波在等离子体中传播时可以忽略等离子体间碰撞，此时由于等离子体的折射率与等离子体自由电子密度有关，适当设计隐身等离子体密度分布，使入射到等离子体内部的雷达电磁波向外发生弯曲，减小目标在雷达波下的投影面积，同时使雷达回波偏离敌方雷达的接收方向，即可实现对雷达波的折射隐身。第二，吸收隐身。对入射到等离子体内部的电磁波，等离子体能通过碰撞吸收其大部分的能量。非磁化等离子体具有“高通滤波器”的性质，大于等离子体频率为通带，小于等离子体频率为阻带。当雷达频率低于等离子体频率时，非磁化等离子体的折射率出现虚部，电磁波在传播方向上按指数衰减，沿传播方向的平均传输功率为零，即电磁波不能在等离子体中传播，电磁波将被等离子体反射。此时，等离子体能以电磁波反射体的形式对雷达进行电子干扰。此外，等离子体中带电粒子在漂移过程中必然会遇到各种形式的碰撞，当频率大于等离子体频率的电磁波入射到等离子体内部时，等离子体通过碰撞吸收大部分入射波的能量。其作用机理是:电磁波的电场对自由电子做功，把一部分能量传给电子，而自身能量被衰减，电子通过与其他粒子的有效碰撞，把能量转化为无规则运动的能量，并按自由度均分。

2.等离子体隐身技术发展

由于等离子体隐身技术通常具有如：(1)吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好．使用简便、使用时间长、价格极其便宜；(2)由于等离子体是宏观呈电中性的优良导体，极易用电磁的办法加以控制．只要控制得当．还可以扰乱敌方雷达波的编码，使敌方雷达系统测出错误的飞行器位置和速度数据以实现隐身；(3）无需改变飞机等装备气动外形设计，由于没有吸波材料和涂层，维护费用大大降低；(4)俄罗斯的实验证明，利用等离子体隐身技术不但不会影响飞行器的飞行性能．还可以减少30％以上的飞行阻力等一系列优点，所以可以说等离子体隐