雷达探测隐身飞机前瞻（红外隐身与反隐身的技术进展）

雷达探测隐身飞机前瞻（红外隐身与反隐身的技术进展）而从侧面看，羽流的信号强度最大。它可以在飞机后面延伸超过15m（50ft），但其辐射主要集中在前面的1.37m（4.5ft）。随传感器投影面积增加，机身也成为了主要的信号贡献者，机头、机翼前缘和进气口都是主要部位。因为羽流沿喷管轴线径向扩张，所以尽管温度迅速降低，羽流仍然可见。在机身后段的四分之一处，热部件仍然是红外信号的主要贡献者。排气羽流也是如此，但并不像人们所想象的那么明显。与固体不同，气体分子自由振荡，这使得它们在特定的“谱线”下发射和吸收能量。由于碳氢化合物燃烧的主要产物（水蒸气和二氧化碳）也在大气中，所以吸收的羽流的散热量比其他的信号组件多。然而，排出气体的高温高压使二氧化碳的吸收线增加到4.2µm，会在4.15µm和4.45µm处产生尖峰。但大气依然会使它们衰减，特别是在低海拔地区。总体IR信号水平目标的总体IR信号水平（IRSL）是其所有部分的信号总和。每个组件的信号取决于

文/Dan Katz

隐身飞机的出现推动了反隐身技术的发展。目前反隐身的一种方法是在电磁（EM）频谱方面将传统的雷达频率降低到L、UHF、VHF甚至HF频段。另一种有希望的方法是将频段升至更高的红外（IR）频段，被动传感器可以在这个频段探测到由每个物体发出的热辐射。未来随着红外（IR）导弹、红外搜索和跟踪（IRST）系统能力的提高，真正的低可观测性将不仅需要在雷达多频段隐身，而且需要在IR频段实现隐身。

红外频段在技术上可以从300GHz的极高频（EHF）无线电频段顶部一直延伸到从430THz开始的可见光频段，波长范围从1mm到0.77µm。然而，可用光谱目前只限于0.77～14µm，它进一步分为三个子频段：0.7～1.5µm的近红外（NIR）；1.5～6.0µm的中波红外（MWIR）和6～14µm的长波红外（LWIR）。确切的界限会有所不同，可以在0.7～3.0µm范围内包括一个短波长红外（SWIR）区域。

大气透射的红外波长

总体IR信号水平

目标的总体IR信号水平（IRSL）是其所有部分的信号总和。每个组件的信号取决于其辐射度与背景和路径之间的对比度、在传感器上的投影面积、发射波长的大气衰减程度（与对比度和投影面积共同决定了组件的“对比度强度”）以及传感器对这些波长的响应能力。因此，飞机的IRSL的主要决定因素取决于视角和子频段。

在MWIR段，飞机后部的IRSL最大，前面的最小。来自后端的红外信号主要由发动机的“热部件”，即喷管中心体、内壁和低压涡轮的后端面造成，这些零组件的温度在450～700°C之间，也就是喷管和排气羽流的温度。这也是几乎所有红外制导的防空导弹都工作在MWIR段的原因。

在机身后段的四分之一处，热部件仍然是红外信号的主要贡献者。排气羽流也是如此，但并不像人们所想象的那么明显。与固体不同，气体分子自由振荡，这使得它们在特定的“谱线”下发射和吸收能量。由于碳氢化合物燃烧的主要产物（水蒸气和二氧化碳）也在大气中，所以吸收的羽流的散热量比其他的信号组件多。然而，排出气体的高温高压使二氧化碳的吸收线增加到4.2µm，会在4.15µm和4.45µm处产生尖峰。但大气依然会使它们衰减，特别是在低海拔地区。

而从侧面看，羽流的信号强度最大。它可以在飞机后面延伸超过15m（50ft），但其辐射主要集中在前面的1.37m（4.5ft）。随传感器投影面积增加，机身也成为了主要的信号贡献者，机头、机翼前缘和进气口都是主要部位。因为羽流沿喷管轴线径向扩张，所以尽管温度迅速降低，羽流仍然可见。

在LWIR段，最大的问题是机身，由于前部的气动力加热和后部的发动机加热，机身温度可能会达到30°C～230°C。尽管辐射比尾喷管少，但后机身的投影面积却有其10倍大。随着高度的降低，地照光的影响也在扩大，反射的地照光和天空散射光在LWIR段也是重要项，特别是对于低辐射面和从上方或下方观察的飞机。在近红外段（NIR），反射的阳光是大多数角度下IRSL的主要驱动力。而羽流在LWIR或NIR段几乎不起作用。

IRSL受速度的影响很大。在发动机处于非加力状态时，排气管和后机身通常具有比羽流更大的信号辐射率。加力状态下，加力燃烧室极大地扩大了羽流，排气管的温度翻倍，后机身温度大约升高70°C，这些影响可以使IRSL值增大近10倍。

机身，特别是其机翼前缘，也因高速而快速升温。在9144m（30000ft）的高度以Ma0.8飞行时，蒙皮温度可能会比环境温度高11%，但是在速度达到Ma1.6时，蒙皮的温度可以比环境温度高44%，高出探测范围的两倍。也就是说当一架飞机以超声速飞行时，会产生一个压缩、加热空气的“马赫锥”，它可以将此区域与背景的对比度增加一个数量级，超过探测范围的两倍。

红外发射率随温度的变化

目前还没有关于现代作战飞机的IRSL公开资料，而且考虑到所有的因素，IRSL也并没有像雷达截面积（RCS）这样具备可探测性的简单度量标准。为了进行基准测试，苏霍伊公司认为其苏-35上的OLS-35MWIRIRST可以从后方90km（56mile）到前方35km的范围内侦察到一架苏-30尺寸的目标。但是苏-30是一款大型双发飞机，无法有效地抑制IR信号，理论上，距离后方约10km的位置，红外制导的地空导弹就能将其作为目标捕获。

飞机的IR抑制通常从发动机开始。热端部件的信号最容易用屏蔽抑制，主要通过增强排气与空气的混合来缩小羽流，从而更快地降低温度和压力。常见的技术包括增加发动机的涵道比，将温度更低的空气、水蒸气或碳颗粒注入排气中。另一种方法是增加具有V形、扇形或波纹状密封件的喷管，促进羽流的径向扩散并与空气混合，V形的喷管后缘还能产生脱体涡以加速混合。这些增加的部件也能够减少噪声排放，这就是为什么新型客机的发动机配有V形排气喷管。

使用低发射率材料可以减少蒙皮的发射。理论研究表明，将蒙皮的发射率从1降低到0，可以使探测范围减半。具有不同折射率的分层材料可以使表面仅反射特定的波长，并在其他波长发射，例如，那些具有更大的大气衰减的波长。当然，隐身飞机上的表面涂层也必须考虑其雷达效应。