軍用偽裝網的研究現狀

李睿祎,周 菲,林春露,陳子恒,白 鶴,馬丕波

(江南大學 紡織服裝學院,江蘇 無錫214122)

偽裝網是軍事上用來遮蔽特定目標以降低目標可偵察性的織物,能使敵方對我方目標的形狀、大小、位置產生誤判,最大程度地保存我方實力。目前偽裝網常利用電磁學、光學、熱學、聲學等技術方法來實現某種消除、降低、歪曲功能,或模仿目標與背景之間在外觀和波普性質等方面的差別[1-2]。

1 偽裝網的發展

1.1 可見光偽裝

可見光偽裝即在目標表面涂敷一些與背景相近的顏色或圖案來達到隱身的效果。如二戰時蘇伊士運河因運河沿岸裝置了足夠多的探照燈,形成了強烈的光屏,使德軍飛行員無法定位蘇伊士運河的準確位置;1941年英國士兵在北非沙漠中第一次做出沙漠偽裝網,也屬于可見光偽裝。目前可用光譜成像偽裝干擾效果的相關函數來分析偽裝效果,也可用光譜偏振探測對偽裝網進行識別[3-4]。

1.2 雷達紅外偽裝

二戰后隨著雷達及紅外偵察技術的發展,可見光偽裝逐漸無法滿足實戰需要,目前最先進的熱像儀的熱分辨力能夠達到0.1℃,空間分辨力能夠達到0.1 mrad[5],可用紅外偏振成像和基于雙調制的反偽裝目標探測系統對偽裝目標進行識別[6-7],也可用四叉樹分解方法對偽裝網的熱紅外隱身性能進行評價[8]。

1.3 毫米波偽裝

隨著人們對雷達技術研究的深入,其工作波段已從分米波、厘米波進化到了毫米波,雷達探測性能的提高,迫使偽裝技術也需要相應發展。目前已可通過多波段多極化SAR圖像融合的方法來檢測偽裝網遮蔽目標的性能[9]。

2 偽裝網的研究現狀

現代軍事偽裝網具有對抗可見光偵察,對抗熱紅外偵察和雷達偵察等特征,偽裝網材質輕、涂層黏結性好、強力大,便于拼接和架設[10]。對兩棲類的武器如兩棲裝甲車對抗紅外制導的偽裝,在目標或偽裝網表面涂敷低發射率涂料,以改變目標輻射溫度,達到紅外隱身的目的[11]。總體上從各國偽裝網發展現狀來看,它們都采用了高強度的基網材料,用經久耐用的合成材料聚醋、聚酞胺或聚醋編織物、聚醋纖維和不銹鋼纖維混合紡織而成;其撐持材料大多為聚酞胺或摻金屬纖維的聚醋編織物,編織物外表面可復合一層聚合物阻燃膜,在其外面可涂覆偽裝漆[12]。

2.1 材料

(1)用無機顏料(如鉻酸鹽、氧化鐵、三氧化鉻、氧化鋅、二氧化鈦和炭黑等)和有機顏料(如花四酸配衍生物和偶氮化合物等)配置出與自然背景一致的光譜反射曲線和色調的組合顏料,通過高壓噴涂的方法將顏料噴在偽裝網草叢上面,可以形成均質密布的可見光及近紅外涂層。用羰基鐵粉與鎳粉、炭黑、石墨、碳化硅、樹脂等復合構成的改性羰基鐵粉吸波材料制成的復合羰基鐵粉吸波涂層,可以實現較寬的雷達吸波吸收頻帶。

(2)瑞典薩伯公司制造的“移動性偽裝系統”(MCS),可對行進的車輛、坦克進行偽裝。主要由麻織物內粘貼切割型聚合體薄膜構成,當車輛靜止不動時會形成一種具有自然形態的三維表面質感[13]。

(3)瑞典巴拉居達公司于1986年研制成功的熱紅外偽裝網,由里層熱氈和外層熱網組成,在光譜、熱紅外波段上具有優良的偽裝性能[14]。

(4)如圖1所示,新型偽裝器材采用4層結構:頂、底層為0.46 mm化纖紡織布,由高強度化纖紡織材料制成;中間選用4 c m厚多孔保溫材料植物秸稈在其上選用0.11 mm單面鋁箔紙,阻止偽裝目標的紅外輻射向周圍環境散發;再用具有低紅外輻射率的無鋁面,減少偽裝目標與周圍環境的紅外輻射發射率。外層采用鐵粉和石墨粉組成復合吸波材料吸收雷達波[15]。

圖1 新型偽裝器材結構

(5)對雪地環境要采用特殊材料。如納米二氧化硅粒子對紫外光具有良好的反射性能,當色漿中納米二氧化硅分子的質量分數為10%,SOF-APF型黏合劑的質量分數為5%時,經過涂料印花工藝印制的偽裝網的紫外反射率可達到90%以上,紫外透過率小于5%,UPF值大于300,具有雪地偽裝和紫外防護功能[16]。

(6)對林地環境可用超吸水性控溫綠色材料制成偽裝網。如圖2所示,表面偽裝涂層的主要成分為水性偽裝色漿和透氣成膜材料等,可模擬植物光譜反射特性;其支撐網眼布為高強度滌綸紡織品,模擬植物葉片中的葉脈;超吸水材料保護層為具有保護功能的透氣、透水膜,用以模擬植物葉片的上、下表皮結構[17]。

圖2 超吸水性控溫綠色偽裝織物結構

(7)雙面涂印阻燃偽裝網。為了滿足偽裝網對面料強度及質量的要求,采用高強滌綸長絲由噴水織機織成井字平格,坯布經精煉退漿處理后以有效門幅150 mm定形,基布重量不超過100 g/m2。這種結構既能提高偽裝網面料的拉伸斷裂強力,又能減輕偽裝網的重量,便于人工架設和運輸[18]。

(8)傳統的用硫溶膠和橄欖綠染色得到的背景色僅在白天能滿足偽裝要求。而新型偽裝網以活性橄欖為原料采用連續墊汽固色法和墊熱固色法,其染色得到的背景色既能在光譜可見區也能在光譜紅外區進行偽裝[19]。

2.2 結構

(1)偽裝網的結構包括平板型和草型三維結構,采用草型三維結構的偽裝網可實現在與平板結構相同涂層條件下,達到更好的吸波效果,雷達吸波帶寬可達16 GHz,最大可達到30 GHz[20]。

(2)為改善偽裝網的吸波性能,可對偽裝網基體表面進行處理及進行表面結構設計。如在一定的基片上,先采用化學鍍方法對基體外表面進行處理,然后使用金屬微粉與環氧樹脂通過噴涂工藝制備吸波涂層,最后通過剪裁工藝達到所需偽裝網的多種結構,包括平板、錐體和叢林式結構[2]。平板結構見圖3。

圖3 平板涂層結構

(3)南非ALNET公司研制的ALNET偽裝網在各種氣候條件下,對長短波段皆可提供有效的隱身防護。它由一種基礎尼龍網構成,偽裝材料被永久性地固定在上面。該偽裝材料由一種抗收縮、UV穩定的布紋聚酰胺構成,其上均勻地涂上阻燃PVC及一層無光涂層。其材料被制成葉片狀且外觀樣式不重復,被鋼夾固定在基礎網上。每一根繩子的直徑為2.5 mm,抗斷強度為2 058 N,在2.5 mm尼龍繩的周圍每隔一段距離均勻放置鋼環,通過鋼夾相連接固定在一個脫鉤繩上。繩子可將兩個或更多的網連在一起,其拉斷強度超過2 940 N。這些尼龍網構件、繩子及整個網全部被放入耐火、防水、耐蝕、阻燃的涂料中完全浸漬[1]。

(4)俄羅斯的MKT-3JI標準偽裝網用于武器裝備和軍事技術器材的春夏植被隱蔽,有效防止敵方光學儀器的偵察。該偽裝網的每一個偽裝蒙布由尺寸3 m×6 m的6塊可互換標準構件組成,蒙布的基本構件是網眼尺寸為5 c m×5 c m的卡普綸網。兩條淺綠或深綠色聚乙烯帶條交織到每一個網眼上,由深綠色帶條形成一個個不規則形狀的色斑[1]。

(5)超吸水性控溫綠色材料由4層復合,表層為具有粗糙表面的透明防水材料,第二層為包封葉綠素的高隔氧材料薄膜,第三層為封裝水的高隔水材料袋,底層為具有疏松多孔結構的材料。利用穿刺工藝在網眼布上附著疏松的長、細纖維并進行親水性處理,采用化學聚合方法在纖維表面聚合超吸水樹脂以模擬植物葉片的葉肉結構;用支撐網眼布模擬植物葉片中的葉脈,用超吸水材料保護層模擬植物葉片的上、下表皮結構,再在表面進行偽裝涂層[17]。

(6)雙面涂印阻燃偽裝網的近紅外線反射率可與其背景基調相適應,有以下三種:①林地型偽裝網。正面使用南方春夏茂盛的植被背景偽裝網面,涂印深綠色、中綠色、黃綠色和黃土色4種顏色組成的斑點;反面使用秋冬植被落葉的林地背景偽裝網面,涂印深綠色、中綠色、黃土色和褐土色4種顏色組成的斑點。②荒漠型偽裝網。正面使用沙漠或黃土高原少植被場景偽裝網面,涂印淺沙色、沙土色、褐土色、黃土色4種顏色組成的斑點;反面使用戈壁灘地貌偽裝網面,涂印淺沙色、沙土色、黑石色和深綠色4種顏色組成的斑點。③雪地型偽裝網。正面使用完全積雪偽裝網面,全面涂印白色;反面使用部分積雪偽裝網面,涂印白色、黃土色兩種顏色的斑點[18]。其阻燃性能見表1。

表1 三種偽裝網的阻燃性能

(7)如圖4所示,紅外和可見光兼容偽裝網最外層的光學偽裝涂層,可見光反射率和近紅外波段反射率較高,可對抗可見光和近紅外偵察系統的檢測;紅外功能涂層具有較低的發射率,可抑制偽裝目標的熱輻射。

圖4 紅外和可見光兼容偽裝網結構

2.3 功能

(1)通過化學鍍的方法對基體表面進行處理,具有鍍層孔隙率低,耐氧化性強;鍍層硬度高,耐磨性好等特點[2]。

(2)瑞典巴拉居達公司于1996年開發的多波段超輕型偽裝網,采用了新型吸收原理和超輕型構造,具有良好的寬波段雷達吸收與衰減性能,衰減達80%-90%,且能提供充分的熱紅外防護,熱傳遞特性≤20%。該網具有三維表面結構,使光學和雷達偽裝性能達到最佳化[14]。

(3)偽裝網的一個重要功能是使用輕便、作業快速化。當使用Teledyne超輕型偽裝系統對中型以上車輛偽裝時,2人架設只需10 min;美陸軍通信電子司令部研制的“超輕型偽裝系統”(ULCANS),2人作業只需5 min[15]。瑞士巴拉居達公司研發的多波段輕型偽裝網(BMX-ULCAS)還可兩面使用,例如林地和沙漠,紅外反射光譜曲線及光譜特征可與背景相適應,輻射率低[1]。ULCANS效果見圖5。

圖5 ULCANS林地和沙漠背景偽裝

(4)新型偽裝器材在2～18 GHz頻譜內雷達反射率大部分在-10 d B以下;在可見光波段能較好地與周圍環境融合;在紅外波段通過稻草的保溫,鋁箔紙的低透射,表面高強化纖織物與周圍環境融合等方法,能有效降低偽裝目標與背景的紅外輻射差別。偽裝器材以稻草、鐵粉、石墨粉、單層鋁箔紙等易得廉價的材料作為偽裝材料的選取方向,能實現大面積、多場合、全天候、多波段的戰場目標偽裝[21]。

(5)根據多次散射反射大曲面的小水平位移的光反射特性,用于雷達站、油庫、NKS等軍用目標的曲面上,轉動太陽的直射光使之色散開,降低了亮度和精度。對于一些陰影特征明顯、整體亮度不均勻的目標,如軍事指揮所、建筑物、洞口庫口等,也可用特定的光線照射陰影部分和低亮度部分,再利用傳感器調節整個目標的自身亮度和匹配背景的亮度,以降低目標和背景的色差及對比度,達到“隱身”的效果[22]。其對比見圖6-8。

圖6 使用偽裝網前后的目測檢測對比

圖7 使用偽裝網前后的目標檢測對比

圖8 使用偽裝網前后的邊緣檢測對比

2.4 類型

(1)大多數軍用偽裝網主要用于坦克、裝甲車、武器、炮塔還有士兵的偽裝上,多采用機動目標綜合偽裝系統。該系統可綜合改變機動目標的光電暴露征候,且不影響目標的快速機動。例如,美軍在TOW型車輛上采取了一系列偽裝措施,包括雙重結構迷彩圖案、變形器、熱屏蔽、角反射器等;俄軍BMΠ-2裝甲車上裝備的組合式偽裝系統,包括迷彩偽裝、偽裝網、熱煙幕裝備、902B煙幕榴彈施放系統及81 mm煙幕榴彈;瑞典巴拉居達公司最新設計生產的具有一定目標適應性的多波段快速偽裝系統——高機動隨車偽裝系統(H MBS),由快速偽裝器材(RAPCAM)、頂蓋式偽裝器材(TOPCA M)和軍用覆蓋材料(COMCA M)3個系統構成。該偽裝系統不僅能單獨使用,而且可以組合使用,實現對機動目標的綜合偽裝[14]。

(2)新型偽裝器材突破了偽裝網及以底布為基體涂敷偽裝涂料的偽裝器材設計思路,以偽裝效果好、來源廣、價格低廉為優勢,是偽裝器材發展的重要方向[15]。如圖9所示,是一種改進型熱偽裝板材,面向物體的一面是一層含鋁粉的硅彈膠膜,另一面是一層含金屬顏料的硅彈膠膜,其機械強度和耐熱性能比以前的同類偽裝網有很大提高[23]。

圖9 偽裝板材結構

(3)用于城市防空襲作戰中橋梁的偽裝,在對橋面進行隱真時可采用與水面背景一致的多波段偽裝網,使整個橋面在敵紅外偵察中顯示出殘缺不全、非線式、不連續的影像和輪廓;在對兩岸接近道路進行隱真時,采用水平高架式遮障的方式可使偽裝后的橋梁接近道路融合到背景之中[24]。

2.5 存在的問題

目前大多數偽裝網已能實現可見光偽裝及雷達紅外偽裝,也能與環境相結合,但是在毫米波的偽裝上還有較大的進步空間。且偽裝網雖然有較多種類,但創新性不足,發展較為緩慢,裝備的種類、數量、范圍都比較有限,這與偵察方式的飛速發展形成了鮮明對照。

3 發展趨勢

偽裝網作為一種十分有效的隱身偽裝裝備,在現代戰爭中擁有不可取代的地位。隨著科技的發展偽裝網的發展趨勢也逐漸明晰起來。在防護波段上變得更加全面,以對抗高速發展的偵察系統;在質量上變得更加輕便,且強度更大,利于偽裝的快速化;在適用目標上由原來的靜態目標擴展到動態目標,使偽裝網更切合現代戰爭的需求;在技術上配合智能化、信息化的發展,為偽裝網賦予更多、更先進的功能。

(1)全波段多頻譜化 光學偽裝網具有反射紫外光、可見光及近紅外特性;防激光偽裝網具有吸收激光,削弱目標對激光反射的特性。未來偽裝網的偽裝性能應與軍事偵察多波段甚至全波段的特點相對應,向著全波段多頻譜化的方向發展。

(2)輕型化 減輕偽裝網的重量,節省軍隊偽裝操作的時間,以便于提高其快速反應能力。

(3)動態化 當前的偽裝網對于靜止目標的偽裝性能已經較為完善,但對于動態目標的偽裝還有較多不足,有很大的進步空間。未來應將精力投入發展動態偽裝,制造出偽裝性能優良且減少對目標行動影響的新型偽裝網。

(4)智能化 運用高技術促使偽裝網向智能化和信息化的方向發展。未來應研制能夠隨物理環境變化、根據敵方偵察波段、通過人工或自動控制來改變目標表面性征的偽裝網,達到掩蓋目標的外形、輪廓和顏色,欺騙目視偵察的目的;而且可裝配雷達反射器和熱紅外模擬器來模擬仿造其他目標的雷達、熱紅外特征,或主動發出某種信號吸引敵人注意,消耗敵方戰力,打亂敵方作戰節奏。

未來偽裝技術將與高科技設備融為一體,將技術納入武器裝備的研制之中,使裝備本身就具有偽裝能力。