国防科普加油站（43） 智能热伪装：让武器装备披上“隐身变色外衣”

伪装是为了不让人看到真实面目而采取的装扮，即假装、假作。在军事上，它是保护自己、欺骗和迷惑敌人而采取的一种措施。从利用地形、大雾、树林等自然条件隐蔽，到覆盖伪装网、施放烟雾、穿戴迷彩服、粉刷涂料等手段隐身，再到利用降低红外辐射等先进材料或技术进行有效防护，伪装已成为克敌制胜的必不可少的军事技术。

在现代战争中，红外热伪装技术是为降低敌红外侦察仪器的发现和热红外制导武器命中率而实施的一种主要伪装手段。今天随着侦察手段的进步，热伪装技术已不像当初那样“得心应手”，因为它们大多都是“静态伪装”，它在作战环境变化过程中极易暴露，一旦被敌侦察系统识破，就可能成为精确制导武器打击的目标。在高温条件下还会导致装备散热困难，影响装备效能的稳定性。“热伪装”面临诸多挑战，迫切需要利用现代科技进行改进和“加持”，于是一种能够动态调控热辐射功能、适应复杂战场环境中变化的“智能热伪装”技术产生了，呈现出方兴未艾的发展趋势。

从动物习性中获得创新灵感

热伪装是一直是世界各国争相研发的一项军事技术，它能有效增加目标识别难度，防范敌方精确制导武器打击，极大的保存我方有生力量。但这种“静态伪装”特性也让它在高科技战争中越来越相形见绌。怎样改变这一“窘境”呢？

科学家在探索中，对自然界中几种动物的奇特功能产生了好奇：位于非洲北部的撒哈拉沙漠，白天地表温度高达70℃以上，在这种高温环境中，一种被称为“非洲蚂蚁”的银蚁，却能负载超过自身体重15－20倍的食物在滚烫的沙土自由穿行。而在深不可测的海底，乌贼和章鱼在四周一片漆黑的世界里，能够随心所欲地捕食猎物并躲避天敌的追杀。

经过仔细观察和研究，科学家发现，银蚁耐高温的奥秘在于它能通过甲壳反射阳光和辐射进行散热，乌贼和章鱼则具有调控自身的红外的本领，因而能够自动适应严酷的外部环境变化。

受此启发，科学家决定运用人工智能技术，探索能够适应环境变化的“智能热伪装”。他们以特定应用目标为牵引，运用微纳光学和热辐射等原理，对热伪装进行智能设计和调控，以期实现热伪装材料红外光谱的精确调控。经过多年的探索与创新，科学家运用智能算法设计研究制造出了一种“一维光子晶体结构”，它可以在抑制长波热辐射的同时，实现对红外激光雷达的隐身，大幅增强热伪装技术的伪装多元性。在此基础上，将智能化算法、先进隐身材料、机械设计制造技术集成融合起来，一种先进的“智能热伪装”技术便呼之欲出，可望成为未来战场上应用于作战人员和武器装备的新一代伪装技术。

图 1 为武器装备“量身定制”的智能热伪装示意图

智能“加持”使其具有非凡本领

在光学领域，红外光波可分为近红外、中红外、远红外等多个区域。正因为如此，如今的探测手段也呈现出多元化的趋势，如类似于人眼观察的热成像被动探测手段，以及类似于微波雷达的红外激光主动探测手段。智能热伪装因为有了智能“加持”，使它拥有了应对多元化的红外探测手段的“金钟罩”，呈现出许多非凡本领。

智能设计，手段多样。传统静态热伪装有着天然的缺陷，平时在可见光探测情况下具有很好的隐秘性，但在红外激光的照射下便会暴露无疑。智能热伪装得益于遗传算法、神经网络等智能化算法，可以分门别类地对整个红外光谱进行点对点的结构设计，通过优化热伪装材料红外光谱选择，满足各类战场红外伪装需求。

图 2 多功能热伪装策略概念图

智能调控，随机应变。大自然中许多动物都具备实时变化自身表皮颜色以适应周围环境的本领。智能热伪装亦是如此，它具有灵活变换的特性。通过引入相变材料、二维材料等新型材料，根据外部环境的变化和自我反馈机制，自适应的调控目标的辐射率，智能热伪装可以让热目标披上“变色外衣”，从而适应不同区域的温度变化，为热欺骗、热信息防伪等技术开辟新的途径。

智能散热，冬暖夏凉。在红外波段，人体就像一个100 瓦的电灯泡一样，不断向外辐射热量。这种辐射热有时是人们需要的，如在炎热的夏天，需要增强辐射散热以保持人体的舒适。有时又是我们所不希望的，如在寒冷的冬天，人们则希望尽可能减少辐射热的散失，保持温暖。智能热伪装可以对红外辐射的需求“量身定制”,利用对不同红外波长辐射和吸收的控制，从而实现高效灵活的环境温度管理。因此，兼容热管理的智能热伪装技术不仅是“伪装色”，更是一种“保护色”，从而能有效应对高温，极寒，强辐射等极端工作场景。

将给军事领域带来变革性影响

不同于传统的静态热伪装，智能热伪装主要通过智能化算法设计超材料、超结构来实现对红外光波的“量身定制”，具有自适应热伪装、高效热管理等多种功能。随着智能热伪装技术研究的深入和广泛应用，将在未来国防和军事领域带来变革性重大影响。

灵活应对多种红外成像手段，推动热伪装的技术变革。红外波段具有宽广的波长范围，与之相对应的红外探测的手段也就更多，如综合光波的频率、振幅以及热信息等多种因素捕捉红外目标，在应对层出不穷的红外探测手段，智能热伪装能够做到“面面俱到”。特别是智能化算法催生出的全新热伪装微结构设计方法，能够同时从红外光波波长、振幅、相位等多个角度出发，设计满足多目标优化需求的热伪装超材料、超结构，从而实现“全方位无死角”的热伪装。

精确调控红外特性，研制新一代热伪装材料。在自然界，目标的热信息往往由物体表面温度和表面热辐射特性决定。如普通的金属材料不论在何种温度下，都会呈现出极低的表观温度，而人作为一种具有高红外发射率的恒温动物，其表观温度大致为36 ℃。通过智能调控红外辐射特性可实现热目标的动态热伪装。如目前比较成熟的“操控金属”技术，利用电压调控材料表面金属沉积厚度，能使材料展现出动态变化的红外成像图案，并具有稳定性好、灵敏度高、切换速度快等优势，未来，如果应用于智能可穿戴设备等武器装备伪装，其伪装伪装效果将大放异彩。

图 3 贴有热伪装材料的水杯表面

融入热管理，提高热伪装装备的通用性。研究表明，当喷气战斗机在超音速状态下飞行时，其蒙皮温度将高达100至600 ℃，而尾喷管表面温度更是将会超过800 ℃。目前，对武器装备在高温条件下的热管理已成为红外隐身领域迫在眉睫的关键技术。近年来，科学家利用智能化算法，通过优化多层结构设计工艺，可以实现选择性辐射热，同时利用非大气窗口散热降低目标表面温度，也可大幅提升应对多元化红外探测手段的伪装能力，在军事应用上显示出广阔的发展潜力。（作者：王握文、毛元昊、姜鑫鹏 来源：国防科技大学科普中国共建基地）