激光隐身技术的应用与发展分析＊

李国柱

（海军装备部西安军事代表局 西安 710054）

1 引言

激光隐身是通过减少目标对激光的反射信号，使目标具有低可探测性。其主要出发点是减少目标的激光雷达散射截面 （LRCS）和激光反射率。LRCS综合反映了激光波长、目标表面材料及其粗糙度、目标几何结构形状等各种因素对目标激光散射特性的影响，是用于表征目标激光散射特性的主要指标，也是最重要的目标光学特性指标之一，在激光测距机、激光制导武器、激光雷达等激光测量系统的论证设计、性能评价中有广泛应用。本文就激光隐身技术、隐身兼容性、隐身应用、发展分析等，作进一步的研究和探讨。

2 激光隐身技术

激光隐身技术采取的主要手段有外形技术和材料技术，外形技术主要是通过改变目标的几何外形，以减小其激光散射截面。材料技术主要在激光隐身材料的设计及制备方面，设计出具有高吸收、低反射的材料体系，并制备出吸收性能好的隐身材料。

2.1 外形隐身

外形技术在飞机的隐身技术中应用比较多，其途径和方法通常有以下几种：

1）消除可产生角反射效应的外形组合。飞机的机翼、机尾和机身之间的组合都是能产生角反射器效应的部位，可采用翼身融合体结构、V型尾翼和倾斜式双立尾结构的方法。美国的F－117改进型战斗机就具有机翼机身均匀过渡的结构，具有宽的加厚的中段和相对短的外翼，没有垂直尾翼，有效地增强了隐身能力。

2）用平板外形代替曲边外形。激光散射截面的大小与目标的几何面积直接有关。对两个投影面积相同的物体，平板的散射截面积比球体小四个数量级。因此可将飞机的机身、短舱等处向扁平方向压缩，做成近似三角形机身。例如美国的“黑星”无人驾驶隐形侦察机，有细长的机翼平面结构，不仅有较好的空气动力学性能，而且使其激光截面积减小，具有正面隐身能力，可大大减小被发现和跟踪的可能性。

3）变后向散射为非后向散射。采用倾斜式双立尾对付侧向入射光；采用后掠角和三角翼结构对付正前方入射光，这样减少前方和侧向的激光反射截面。

4）用边缘衍射代替镜面反射。尽量使机上可造成镜面反射的部分平滑，使之形成边缘衍射而无强反射，减弱回波信号。

5）缩小飞机尺寸。设计时尽量缩小飞机尺寸，当采用高密度燃油及适应这种燃油的发动机时，就可以在不增加飞机尺寸的前提下提高航程。

6）减少散射源数量。可采用一些柔性薄膜将舱盖周围、浮动表面与固定表面间的空隙遮挡起来，或使飞机的机翼接近最低限度的气动布局。

2.2 材料隐身

按激光隐身材料的隐身机理来分主要有吸收材料、导光材料、透射材料，其中吸收材料应用最为普遍。

1）吸收材料。激光吸收材料（LAM）的作用在于对激光有强烈吸收从而减小激光反射信号或改变激光频率。吸收材料按材料的成型工艺和承载能力分为涂覆型和结构型。现在各国采用的激光材料隐身技术主要有：

（1）涂覆型。降低目标对激光的后向散射。如利用涂料降低目标表面的光洁度，或在目标表面涂覆吸收材料，使目标反射信号强度减弱；或采用激光伪装隐身网，可在网上涂覆吸收激光的涂料；因为伪装隐身网价格低廉、使用方便、工艺稳定、易于批量生产且可实现多频谱隐身功能，国际上正大力发展此种材料。

（2）结构型。将结构设计成吸收型的多层夹芯，或把复合材料制成蜂窝状，在蜂窝另一端返回，这样既降低了反射激光信号的强度，又延长了反射光的到达时间。

2）其它隐身功能材料。透射材料是让激光透过目标表面而无反射。从原理上，透光材料后应有激光光束终止介质，否则仍有反射或散射激光存在。导光材料是使入射到目标表面的激光能够通过某些渠道传输到其它方向去，以减少直接反射回波。

3 隐身兼容性

激光隐身要求材料要有尽可能低的反射率，而同时红外隐身要求材料要有尽可能低的发射率，这样激光隐身和红外隐身就不可避免地成为了一对矛盾体，故两者协调很重要。而且，采用多频谱隐身材料是无法协调此矛盾的。通常是在涂敷红外隐身涂料或多波段兼容隐身涂料的基础上对激光反射采取一些补救措施。如采用对抗激光的方法，如发射烟幕弹等；还有一种方法是牺牲局部范围的红外隐身，就是使涂料在1.06μm／10.6μm附近出现较窄的低反射率带，而其他波段均为低辐射，以此来达到对激光的隐身，同时又要对红外隐身的影响不大。这一方法要求低反射带尽可能窄，因而也成了该方法的难点。理想状态的激光／红外隐身涂层应在1.06μm和10.6μm具有极低的反射率，而在其他红外波段则具有尽可能高的反射率。

1）激光隐身涂料与可见光隐身的兼容。可见光一般指波长为0.4～0.78μm的光线，可见光隐身涂料也称为迷彩涂料，它的作用是使目标与背景的颜色协调一致，使敌方难以辨识，故选用适当的迷彩颜料进行配色是可见光隐身涂料的关键。激光隐身涂料主要是以降低激光反射率为目标，其对光的作用范围和可见光隐身涂料不同，因此需要对激光隐身涂料进行适当的配色处理，以使得其同时实现可见光隐身的兼容。

2）激光隐身与雷达波隐身的兼容。雷达波长范围很宽，从100MHz～3000GHz都是雷达波的范畴，其中2～18GHz的雷达应用比较广泛，然而由于30～300GHz的毫米波雷达在大气中存在几个损耗较小的“窗口（35GHz、94GHz、140GHz、220GHz）”，所以其在军事上的应用正越来越受到重视。雷达波隐身技术主要有两个方面，一是外形技术，二是雷达隐身材料，目标通过合理的外观设计，并应用雷达波隐身材料便可达到目标对雷达波隐身的目的。就雷达波隐身涂料来说，其目的就是降低目标表面的雷达波反射率。激光隐身涂料的目的是降低目标在1.06μm以及10.6μm处的反射率，因此激光隐身涂料与雷达波隐身涂料并不矛盾。可采用多频段吸收剂应用于涂料中解决，其难点在于寻求具有宽频带吸收的涂料用吸收剂，如能制得宽频带吸收剂，激光隐身与雷达隐身的问题就可迎刃而解。对于近红外激光隐身涂料，可利用近红外激光隐身涂料对毫米波的透明性，将激光隐身涂料涂敷到毫米波隐身涂层表面，制备毫米波与激光复合隐身涂层。

3）激光隐身与红外隐身的兼容。红外探测指的是利用波长在3～15μm的红外辐射特征进行探测的方法，考虑到大气层对红外线的吸收，红外探测器的实际工作波段为3～5μm和8～14μm，其热成像技术在军事领域已经得到广泛的应用。随着红外侦察、探测、制导和热成像处理技术的发展，反红外探测隐身技术也越来越重要，它是通过抑制目标的红外辐射，或改变目标的热形状，从而达到目标与背景的红外辐射不可区分的一门技术。

4 隐身应用广泛

随着技术的进步，激光隐身术将在其他常规武器中得到越来越广泛的应用。目前美国的隐身兵器居世界领先地位，俄、英、法、德、日和瑞典等国也在积极发展。我国在此方面也已经开始了针对性的研究，据报道，国内激光隐身涂料对1.06μm波长的激光吸收率已高达95%以上。目前，可见光、红外、雷达、激光波段兼容，并且均能达到良好隐身性能的多功能材料是研究的重点，红外与激光复合隐身中红外隐身需要低发射率的材料，激光隐身需要低反射率的材料，这两者的复合隐身是矛盾的。据报道，通过对各种红外透明粘合剂如酚醛树脂、环氧树脂、醇酸树脂、Kiaton树脂、改性乙丙橡胶的研究，以及一些金属颜料、半导体颜料如ITO的研究，已基本上研制出1.06μm激光与8～14μm红外波段的复合隐身涂料。此外采用双层乃至多层涂敷法也是复合隐身研究的一种比较容易的方法。由实验分析可知，激光隐身涂料对雷达波的透波性能良好，并且厚度很小约为0.1mm，可以将其涂敷于雷达吸波材料表面，从而实现激光与雷达复合隐身。

5 发展分析

激光隐身材料的发展趋势：新型多波段隐身材料、多波段隐身、增强材料的激光吸收率、进行材料兼容性研究、提升材料的实用性等。

1）新型多波段隐身材料。单一的隐身材料已不能满足现代战争的隐身需要，随着各波段先进探测设备的应用，隐身材料正朝着能够兼容米波、厘米波、毫米波、红外、激光等多波段电磁波隐身的多频谱隐身材料方向发展。国外已经对这项工作展开了一系列的研究。目前国外先进的多功能隐身材料在可见光、近红外、远红外、8mm和3mm五波段一体化方面取得较大进展。例如，德国研制的半导体多功能隐身材料在可见光范围有低反射率，在热红外波段有低辐射率，在毫米波段有高吸收率。这种涂层可同时对抗可见光、近红外、激光、热红外和雷达的威胁。

2）多波段隐身的新理论、新方法。雷达与激光复合隐身可以通过新概念的外形设计，减小武器的激光散射截面来实现。

随着光电探测技术的迅速发展，武装目标将不得不同时面对激光测距与制导以及红外、雷达、可见光成像的探测与制导的威胁，单一的激光、红外、雷达、可见光隐身材料都已很难起到真正的对抗作用。特别是军用激光波今后将逐步由10.6μm激光取代，建立在高反射、低辐射基础上的红外隐身材料和低反射高吸收基础上的激光隐身材料在工作原理上发生了直接冲突，要想在8～14m红外波段上某一点附近很窄的频带范围内实现高吸收低反射，实际上是非常困难的。因此，研究红外、雷达与激光复合隐身的工作原理及方法，已成为急待解决的关键性难题。

例如，激光和红外复合隐身是存在矛盾的。因为激光隐身要求目标有低反射率、高吸收率，而红外隐身要求目标具有低发射率。根据基尔霍夫定律，不透明物体在热力学平衡条件下，其发射率和吸收率在数值上相等，因此在目标满足激光隐身要求的同时，对红外必然会“显形”。解决红外与激光复合隐身的问题还可以引进 “适度隐身”的概念，即两方面都降低部分性能以达到复合隐身的效果。在具体实施时，以激光隐身材料为主，红外隐身侧重于热变形与热迷彩等融合技术的应用，利用空间混色原理和计算机迷彩斑点图案设计技术，采用小斑点迷彩设计和热迷彩图案设计的方法。

3）增强材料的激光吸收率。在不影响材料光谱选择特性的前提下，材料的激光吸收系数越高，被保护目标的安全性越高。例如，发展稀土上转换激光隐身材料。上转换材料主要是掺稀土元素的固体化合物，利用稀土元素的亚稳态能级特性，可以吸收多个低能量的长波辐射，经多光子加和后发出高能的短波辐射，从而可使人眼看不见的红外光变为可见光。利用它对激光频率的转换特性来降低激光回波反射的能量，从而达到激光隐身的目的。例如，掺杂稀土离子的晶体、玻璃、光纤等材料，通过实际存在的中间态分步吸收两个或多个光子，实现离子数的反转而产生上转换发射。

4）进行材料兼容性研究。在通过使用光谱选择性激光隐身材料实现多波段兼容隐身时，必定要对材料进行掺杂、着色等相关处理，必然会对改变材料的性能，因此必然要进行兼容性研究。例如，发展光子晶体激光隐身材料。运用薄膜光学原理，通过不同折射率材料的周期设计，可以实现光子晶体在激光波段的窄带吸收。利用掺杂光子晶体的缺陷能级形成的“光谱挖孔”结构可以很好地解决激光与其他波段的兼容隐身，掺杂光子晶体的缺陷能级是由高透射引起的低反射，并不满足激光隐身的实际要求，可以通过在光子晶体薄膜的基底中引入吸收材料，把缺陷能级透过的激光吸收掉。

5）提升材料的实用性。隐身材料的使用环境通常较恶劣，这对材料的耐性和适用性提出了较高的要求。例如，发展有机激光隐身材料。通常将取代苯二硫环戊烯镍络合物类、酞菁类、蒽醌类、双二硫醇镍络合物类等用作近红外吸收剂，其中菁类由于吸收光谱是锐利曲线所以对特定近红外波长的激光伪装有一定的应用潜力。一些金属有机化合物也被用作1.06μm激光吸收剂，主要包括有机钨盐、镍盐、钼盐和银盐等。目前已经实用化的近红外激光线性防护染料可同时防护488nm、514nm、532nm、1.06μm及紫外激光的辐射，可见光透过率达到60%，光密度达到4以上。

6 结语

由于激光探测器大多采用主动式探测方式，即依靠接收目标后向反射能量来进行工作，因此，激光隐身是以降低目标激光后向反射信号，即降低目标后向散射截面为出发点。目前，隐身涂料正向多频谱、宽频带方向发展，而纳米隐身涂料由于其突出的优点，可以制得综合机械性能良好，以及多频段、强吸收的多波段隐身涂料，必将成为激光隐身涂料的一个发展方向。

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