[科普中国]-红外隐身技术

发展背景

随着军事科学技术的迅速发展，现代的红外侦察、瞄准技术已达到了相当高的水平。光电成像卫星可获得分辨率为0.1m的可见光图像和红外图像，并可在全暗的条件下拍摄地面目标，特别适于坦克、装甲车辆、监视机动式弹道导弹的动向。因而使各种军事目标和武器装备的安全受到严重威胁。为此，以降低装备红外线发射和削弱敌方红外探测效能为宗旨的红外隐身技术，就受到了世界各国军事科学家们的高度重视，并迅速发展。2

红外隐身已成为现代武器装备必须具备的重要性能和显著特征。目前武器装备红外隐身技术发展有两个显著特点：其一是针对多波段（3～5、8～14 μm）先进红外探测器的出现和应用， 促使红外隐身技术向全方位、多频段发展；其二是要求与其他隐身性能进行平衡和综合设计（如雷达、可见光隐身等）。3

基本概念红外隐身技术是通过更改结构的设计和应用红外物理原理来衰减吸收目标红外辐射的能量，从而实现目标的低可探测性，主要包括改变目标的红外辐射特性、降低目标的红外辐射强度、调节红外辐射的传播途径。

（1）改变目标的红外辐射特性，包括：改变红外辐射波段；调节红外辐射的传输过程；模拟背景红外辐射特征;红外辐射变形。改变红外辐射波段，使飞机的红外辐射波段处于红外探测器的响应波段之外，可采用可变红外辐射波长的异型喷管、在燃料中加入特殊的添加剂来改变红外辐射波长；调节红外辐射的传输过程，在结构上改变红外辐射的辐射方向，可采用冷却的方法，吸收飞机下表面热，再使热向上辐射；模拟背景红外辐射特征，是通过改变飞机的红外辐射分布状态，使飞机与背景的红外辐射分布状态相协调，从而使飞机的红外图像成为整个背景红外辐射图像的一部分；红外辐射变形，是通过改变飞机各部分红外辐射的相对值和相对位置，来改变飞机易被红外成像系统所识别的特定红外图像特征，从而使敌方难以识别。2

（2）降低目标红外辐射强度。降低飞机与背景的热对比度，使敌方红外探测器接收不到足够的能量，减少飞机被发现、识别和跟踪的概率。例如，减少散热源、热屏蔽、空气对流散热技术、热废气冷却等。

（3）光谱转换。采用在3~5μm和8~14μm波段这两个大气窗口发射率低，而在这两个波段外的中远红外上有高发射率的涂料，使所保护飞机的红外辐射落在大气窗口以外而被大气吸收和散射掉。2

红外隐身材料红外隐身材料，主要有：红外低发射率隐身材料；降温伪装涂料。

（1）红外低发射率隐身材料。当光线照射到物体上时，一般都会发生吸引、反射、透射3个过程，α+ρ+c=1，其中α、ρ、c 分别代表吸收比、反射比和透射比。由基尔霍夫定律可以推得α=ε即ε+ρ+c=1，故低发射率材料要么有较高的反射率，要么有较高的透射比。当前研究较多的低发射率材料主要有金属颜料、着色颜料、半导体材料和导电高聚物4类。

（2）降温伪装涂料，包括：隔热材料，相变材料。隔热材料，主要利用材料的热容量较大、热导率较低，使目标的温度特征不易暴露等特点来模拟背景的光谱反射特性以达到伪装的目的。相变材料，由于相变材料在某一温度发生相变时，吸收热量，因而达到蓄热调温的作用，使物体表面温度下降，辐射量减小，达到红外隐身的效果。2

应用红外隐身技术，在军事上的应用非常广泛，主要用于飞机、舰艇、坦克等。

飞机（1）发动机喷管采用碳纤维增强的碳复合材料或陶瓷复合材料；喷口安放在机体上方或喷管向上弯曲，利于弹体遮挡红外挡板，在喷口附近安装排气挡板或红外吸收装置，或使飞机采用大角度倾斜的尾翼等遮挡红外辐射；在尾喷管内部表面喷涂低发射率涂料；采用矢量推力二元喷管、S形二元喷管等降低排气温度冷却速度，从而减少排气红外辐射；在燃料中加入添加剂，以抑制和改变喷焰的红外辐射频带，使之处于导弹响应波段之外。

（2）采用散热量小的发动机。隐身飞机大多采用涡轮风扇发动机， 它与涡轮喷气发动机相比，飞机的平均排气温度降低200 ℃～250 ℃，从而使飞机的红外隐身性能得到大大改善。用金属石棉夹层材料对飞机发动机进行隔热，防止发动机热量传给机身。2

（3）在飞机表面涂覆红外涂料，在涂料中加隔热和抗红外辐射成份，以抑制飞机表面温度和抗红外辐射。采用闭合回路冷却系统，这是在隐身飞机上普遍采用的措施，它能把座舱和机载电子设备等产生的热传给燃油，以减少飞机的红外辐射，或把热在大气中不能充分传热的频率下散发掉。

（4）用气溶胶屏蔽发动机尾焰的红外辐射。例如，将含金属化合物微粒的环氧树脂、聚乙烯树脂等可发泡高分子物质，随气流一起喷出，它们在空气中遇冷便雾化成悬浮泡沫塑料微粒;或将含有易电离的钨、钠、钾、铯等金属粉末喷入发动机尾焰，高温加热形成等离子区；或在飞机尾段受威胁时喷出液态氮，形成环绕尾焰的冷却幕。

（5）降低飞机蒙皮温度。可采用局部冷却或隔热的方法来降低蒙皮温度；也可采用蒙皮温度预热燃油的方法。2

坦克（1）降低坦克的红外辐射。坦克的红外辐射是其被红外探测器发现、并被红外制导武器摧毁的根源，因此降低其红外辐射也是隐身技术发展的一个重要方面。可采取的主要措施有：使用效率高、热损耗较小的发动机，如绝热陶瓷发动机；合理布置坦克发动机排烟口或对排烟道进行冷却、在坦克的燃料中加入添加剂，降低排气温度，使排气的红外频谱与大气特性相融改进坦克冷却系统，降低坦克温度；针对坦克在行进时，履带与地面磨擦产生的红外辐射，在坦克行动部分外侧挂装裙板，减少坦克热辐射强度。

（2）发展隐身涂层技术。近几年，主战坦克使用的迷彩和涂料不断推陈出新，已经用变形迷彩取代了保护迷彩，用高技术特殊涂料取代了普通漆。如国外新近研制的热红外隐身涂层、吸收雷达波涂层、激光隐身涂层以及全波谱隐身涂层等，能够吸收探测和寻的波束，降低坦克自身的辐射能量，使坦克外形轮廓变得模糊，可达到减小或消除坦克目标信息返回探测或寻的系统的目的。2

舰艇通过设计穿浪舰首的崭新船体和在船体上涂敷特殊油漆，或用特殊材料来减少红外特征信号。在舰船上装备有喷雾自卫系统，在需要时，利用喷雾自卫系统产生细密的水雾，在几秒钟之内可将舰艇自身笼罩在一层薄雾之中，并与来自海面和天空的背景光混淆在一起，从而将舰艇通过光反射和红外辐射遮盖起来。这样，不仅使敌人的红外探测系统失去捕捉目标的能力，而且还会使舰艇不易被肉眼发现。

对于舰体上发热部分，使用热绝缘材料和玻璃钢排气烟囱可以减小红外特征信号；对于舰船所排放的热废气，为了降低其红外辐射，现在一般采用两种红外隐身的方法：一是将废气通过排气管中注入海水使之冷却到60 ～80℃后，在船尾稍高于水线的部位排放，二是改变烟囱设计，使废气从烟囱中排放出来之前，经过冷空气或者冷水的冷却，从而降低其废气的红外特征信号。2

红外隐身技术的发展趋势随着红外探测器技术的迅速发展，红外探测手段趋于高精度、智能化和多样化，这就对红外隐身技术提出了新的更高的要求。根据红外隐身技术的发展现状，其发展趋势可以总结为两方面：一是寻求各波段各种隐身技术的兼容，即全波段隐身技术；二是对现有方法进行改进并探索新的红外隐身方法。1

各波段隐身技术的兼容随着现代探测手段的日益多样化，针对单一波段或者单一类型探测器的隐身技术已经不能适应战争的需要。因此人们未来将会更加重视全波段隐身技术，即兼顾声波、雷达毫米波、红外、可见光、紫外等频段的隐身技术，而实现全波段隐身技术主要是依靠高性能的隐身材料。法国海军的“拉裴特”级护卫舰是已经投入实用的具有较出色隐身效果的多波段隐身战舰。美、德、瑞典等国在多波段隐身技术方面的研究水平已经达到可见光、近红外、中远红外和雷达毫米波四频段兼容。1

现有方法的改进和新的红外隐身方法对现有方法的改进主要包括目标表面结构的改进、主要热源隔热方法的优化、现有隐身材料的合理使用等，目的是使得现有的隐身措施效果更好，以应对探测和识别精度更高的红外制导武器。新的红外隐身方法主要包括新型隐身材料和新的隐身技术。新型隐身材料包括手性材料、纳米隐身材料、导电高聚物材料、多晶铁纤维吸收剂、智能隐身材料等。

未来的隐身涂料应具备以下性能：具有较低的红外发射率和可见光吸收率；具有对热辐射进行漫反射的合理表面结构；能与其它波段的隐身要求兼容；具有良好的机械性能和耐腐蚀性。新的隐身手段主要指目标外形设计、热源冷却方法和新的隐身机理。1