裝甲戰車隱身技術的研究現狀及應用

方 濤,趙 琴,2,張官亮

(1.武警工程大學烏魯木齊校區 裝甲車技術系, 烏魯木齊 830049 2.新疆工程學院機電工程學院, 烏魯木齊 830023)

0 引言

作為各國軍隊爭先發展并較為倚重的作戰裝備,裝甲戰車逐步成為軍隊野外協同作戰的重要戰略支援、保障和主戰裝備。裝甲戰車結構筒單、研制生產周期短、使用壽命長、維修費用低、擁有較強火力和優良戰略戰役機動性能等優勢。

目前國際形勢復雜,局部戰爭和維穩事件時有發生,全球現代化的公路交通網促使裝甲戰車得到越來越廣泛的運用。現代裝甲戰車是集人工智能技術、信息技術、激光技術、隱身技術和復合材料技術于一身的高科技利器。它的作戰性能和戰場存活能力,充分體現一個國家的綜合國力,也是國家軍隊現代化的重要標志。

二戰后,系列化、車族化、多樣化、信息化裝甲戰車迅速發展,有效提高裝甲戰斗力、裝甲防護、隱身和武器殺傷力等能力。在未來的戰場上,裝甲戰車具備裝甲防護能力、機動性、火力強度等性能外,隱身能力已成為各個國家實現對裝甲戰車的自我保護和隱蔽近敵作戰的重要目標。隨著高科技的迅猛發展,作用于局部戰場的偵察技術有了質的飛躍,雷達、光學儀器、紅外探測裝置、聲學偵察設備和磁感應裝置等都對裝甲戰車的隱身構成威脅。隱身能力是提高裝甲戰車技戰水平和全天候作戰能力的關鍵,為獲得理想的隱身效果,需要綜臺運用各種隱身技術和隱身材料對裝甲戰車進行全方位、多功能、眾場景的隱身。裝甲戰車隱身技術從被動、反應性逐步向動態、主動性發展。

通過對裝甲戰車定義、分類及特征分析,進一步探討隱身機制,并對目前裝甲戰車各種隱身技術原理、隱身材料和隱身技術應用等方面進行詳述,總結當前研究所面臨的問題、挑戰及未來發展趨勢。

1 裝甲戰車分析

1.1 裝甲戰車

裝甲戰車(armoured fighting vehicle,AFV)[1]是一種由裝甲保護的武裝戰車,通常將作戰機動性與進攻和防御能力相結合。根據研發設計的預期目標,AFV具備特定的性能特征,用途的多樣性導致出現不同類型的AFV。例如預期用途不同、最大可接受的總質量/戰斗力、克服障礙能力等。由于AFV的多樣性導致目前各種文獻、規范、采購等分類標準不同,不同組織、機構和生產商通常使用不同的術語描述裝甲戰車。波蘭規范PN-V-01002《裝甲裝備》認為AFV是武器攜帶、戰爭和后勤裝備,也是運輸和保護步兵的手段[2]。麥克法蘭公司認為AFV是一種輕型輪式裝甲戰車,用于偵察、武裝護送和其他從屬戰場任務。中國軍事百科全書將AFV定義為:具有裝甲防護的各種軍用車輛。

1.2 裝甲戰車分類

根據AFV的特性和在戰場上的預期作用,《軍事技術與創新的百科全書》[3]、波蘭規范PN-V-01002《裝甲裝備》,盟軍研究AVTP00-07《軍用車輛類別》、歐洲委員會[4]建立了不同的AFV采購和固定資產分類標準。根據設計目標,可以分為:車輪和轉向系統類型、最大允許總質量/戰斗重量類型、運輸能力類型、車族類型;特殊設計目標分為:使用運輸人員類型、裝甲級別類型、武器類型、火力類型、發動機功率和類型、戰斗對象等類型。在質量方面,坦克分為輕型(20 t)、中型(20-40-50 t)和重型(100 t)和超重(100 t以上)。按照具體車輛名稱,AFV可以分為:坦克、裝甲車、自行火炮、運兵車、兩棲車輛、裝甲工程車、裝甲列車等。

1.3 不同類別裝甲戰車特征分析

表1從主要用途、工作環境、優勢和劣勢等方面,分別總結了各類裝甲戰車的主要特征。

英國陸軍將現役227輛挑戰者2坦克削減至170輛,配備阿賈克斯裝甲車替換坦克,作為模塊化車組,阿賈克斯裝甲車不僅能作裝甲偵察車還能擔當步兵戰車。目前,世界各國都在追求低成本、高適應性、多功能的通用戰車。自行火炮/自行榴彈炮提供快速火力支配和調控的情況下,超重型坦克將逐步退出戰場,主戰坦克和軍用裝甲車輛已經成為裝甲戰車的主要力量,兩棲戰車也是未來局部戰爭舉足輕重的裝甲戰車。

1.4 裝甲戰車散射機理分析

裝甲戰車作為體散射體,具備電尺寸大、形體結構豐富、散射機理復雜特點。炮筒、炮塔、履帶、車輪、艙口、燈、可丟棄輔助油箱、動力艙、普通裝甲板結構材質和散射機理均不同,車輛部件實際幾何形狀確定了有閃光散射、熱散射、紅外散射、電磁散射、激光散射等特性,復合裝甲還存在衰減輻射。二面體、三面體、球體、圓柱體、圓柱體和平面形成的頂帽結構,以及邊緣屬于強散射結構,對應正則散射機制;直線緣、曲邊、尖頂屬于弱散射結構。球形散射是裝甲戰車前、后部的主要散射機制,后部的散射幅值大于前部;二面體散射是裝甲車兩側的主要散射機制。裝甲戰車散射方式包括:從車輛直接散射、從車輛向地面散射、從地面向車輛散射、車輛與地面之間的多次散射、自身散射和反射散射程度通過雷達散射截面(radar cross section,RCS)、激光散射截面(laser cross section,LCS)峰值及車體表面紅外輻射強度體現。

車輛自身輻射和自然光、人工光源反射輻射通過對流、傳導和輻射與外界環境進行交換。裝甲戰車熱輻射波長一般在3～14 μm,即遠紅外和中紅外輻射;輻射電磁波波段1～2.5 μm、3～5 μm和8～14 μm,在毫米/厘米雷達波段具有顯著特征。

表1 不同裝甲戰車特征對比

2 裝甲戰車隱身機制

裝甲戰車隱身技術即在隱光、隱電、隱聲、隱磁等各方面進行改善。實現裝甲戰車隱身的技術措施主要有外形、紅外、聲隱、電子和視頻隱身措施等。

2.1 改善外形結構

第一、二代裝甲戰車的外形尺寸較大,第三代裝甲戰車外形都使用低矮扁平較小外形尺寸的車身減少雷達橫截面,實現雷達波隱身。英國挑戰者2、意大利公羊等坦克均在外形結構上實現輕量化、小型化、高性能化。現代戰場在無人機等觀察裝置與反坦克導彈等反裝甲武器配合下,中國99A、美國M1A2、法國勒克萊爾等主戰坦克更關注乘員的舒適性、持續作戰能力、自我保護能力。改變外形、消除角反射效應,將后向散射改變為非后向散射;平滑表面、間隙和交叉接面,減小正面激光散射截面積。比利時CMI DEFENCE公司研發出一種在車輛外殼可伸縮的武器系統,以民用車輛外形實現隱身。

單一材料制成的普通裝甲/均質裝甲已經逐步被淘汰,第三代裝甲戰車使用多層金屬、非金屬復合材料疊合制成復合裝甲。陶瓷復合裝甲采用陶瓷前涂層和金屬/聚合物背襯結構,硬質陶瓷前涂層鈍化、侵蝕炮彈,電子玻璃/環氧樹脂等背襯結構通過非彈性變形將炮彈動能消散完成防護。美國M2步兵戰車采用S-2玻璃纖維增強樹酯復合材料,保證防彈能力,且降低70%熱輻射、噪聲降低5～10 dB。

施放煙幕、涂敷迷彩和表面偽裝仍然是局部戰場裝甲戰車隱身的有效途徑。使用煙幕彈發射器、發動機熱煙幕等裝置,可有效遮蔽視覺和3～14 μm的紅外波探測。涂敷迷彩和表面偽裝使裝甲戰車與背景色相匹配。無源偽裝使用偽裝網、變色材料和雷達吸收涂料。智能化偽裝使用多光譜偽裝系統,混合裝甲戰車融入背景;利用機器學習對抗敵人雷達認知的電子戰系統;利用電子對抗措施和數字射頻存儲器進行電子干擾。

2.2 降低熱源輻射

裝甲戰車發動機、排氣管、炮筒等部件的熱能較強,產生強烈的紅外信號特征,極易暴露裝甲戰車隱蔽位置。

發動機是裝甲戰車最大紅外輻射源,通過安裝效率高、熱損耗小的發動機解決輻射問題,例如使用絕熱陶瓷發動機,采用保溫材料覆蓋動力艙,使用混合動力等。法國Arquus公司開發的圣甲蟲裝甲車采用鋰電池驅動,實現靜音偵察和攻擊。馬德拉斯理工學院[5]對多鏈共軌柴油發動機進行開發、測試和驗證,具有先進的可變幾何渦輪和廢氣再循環等功能。

對排氣系統和廢氣進行處理,可以降低溫度和噪聲。英國2000裝甲戰車設置排氣系統,廢氣經過外界冷空氣冷卻、消音器吸收。瑞典CV90步兵戰車將排氣系統設置在車輛前部,有效降低發動機艙的表面溫度。

火炮發射后,裝甲車炮筒最高溫度可達673 K,通常傾斜炮筒、在炮管的周圍添加熱護套、采用輻條式傳動齒輪,減少炮筒產生的熱量。新的偽裝方式利用護套偽裝吸波材料或降低炮筒高度。德國KF41步兵戰車在炮管上加裝隔熱和冷卻金屬護套,車體噴涂防紅外涂料,采用移動偽裝系統減少熱信號、紅外、視覺和雷達特征。

2.3 消納聲磁傳播

發動機、傳動系統和行動系統會產生較大的噪聲,且頻率低、波幅大、傳播距離較遠,很容易被聲波傳感器發現。減少裝甲戰車噪聲的要方法有:采用噪聲較小的發動機;在結構設計中引入隔音、消音技術,如采用油氣彈簧懸掛裝置防振、降噪。M-2步兵戰車車體采用復合材料消音,車內的噪聲比原來降低5～10 dB。

運動的裝甲戰車會產生強電磁波和高紅外輻射波,在車體、動力艙、炮筒及上裝部位形成二面角、多面體、腔體,均屬于強散射源,需要進行電磁峰值抑制。

3 裝甲戰車隱身技術原理

光具有波動性和粒子性,如果物質能夠完全吸收光源或儀器發出的光子、微波等電磁波,人和儀器就無法感應其存在,從而實現隱身。裝甲戰車隱身重點車輛在于削弱自身輻射和反射輻射,難點在于使車體與周圍環境完全融合。

3.1 紅外隱身技術

在電磁震蕩波譜中,紅外輻射波波段波長是0.76～1 000 μm,可分為近紅外波、短波紅外波、中波紅外波、長波紅外波和甚遠紅外波[6]。紅外隱身技術是指在紅外波段實現隱身的技術。紅外探測器探測到遠紅外,紅外制導導彈探測到中紅外,紅外熱像儀利用目標與背景的紅外輻射特性差異獲得目標紅外圖像信息。裝甲戰車紅外隱身要將車輛的輻射波段控制在電磁震蕩波譜外。目前紅外探測器能對3～5 μm、8～14 μm波段進行探測。

3.2 太赫茲隱身技術

太赫茲隱身技術是采用多種措施來降低目標被太赫茲波段探測到的技術。太赫茲波是0.1～10 THz頻率范圍的電磁波,對應波長3 mm～30 μm。按照頻寬,太赫茲波分為寬帶太赫茲源和窄帶太赫茲源[7],寬帶太赫茲源能夠提供超短電脈沖,用于光源發射;窄帶太赫茲源具有更高的譜分辨率多用于探測。目前軍方使用0.23 THz雷達系統輔助直升機著陸或飛機低空瞄準。太赫茲波具有比微波更寬的頻譜、更快的精度和分辨率。

3.3 激光隱身技術

激光隱身技術通過減少目標對激光的反射信號,具有低可探測性。基于脈沖激光測距儀的測距公式,最大測程與大目標反射率的1/2次方成正比,與小目標反射率的1/4次方成正比,實現激光隱身需要降低目標對激光的反射率。激光波長、目標表面材料和目標幾何結構形狀都會影響目標激光散射特性。

3.4 仿生自適應隱身技術

現代軍事過程具有戰區多樣、戰場變換頻繁、環境背景不同的快速機動性。傳統偽裝技術無法展現自適應能力,因此,仿生自適應隱身技術逐步成為裝甲戰車適應背景、溫度、濕度劇烈變化的戰場需求技術[8]。美國先進企業發明視覺隱身技術,又稱光電偽裝技術、變色龍偽裝技術等。隨著視覺隱身技術的發展,仿生自適應隱身技術應運而生,又稱電光偽裝技術、主動偽裝技術、視覺光譜隱身技術等[9]。

3.5 電磁波隱身技術

電磁波隱身技術是指通過減小目標對入射電磁波的散射截面來降低雷達可探測性。目前常用的電磁波隱身技術是雷達隱身技術和等離子體隱身技術。雷達隱身即使敵方雷達無法準確探測,目標的RCS是表征目標雷達回波強弱物理量。散射截面縮減10 dB可減少90%的散射功率實現隱身。在裝甲戰車表面通過磁化或非磁化等離子體,改變電離度、能量、振蕩頻率等特征參數,實現等離子體隱身。

3.6 量子隱身技術

量子隱身技術是利用光的量子性能使用材料隱身的技術[10]。量子雷達利用光子的量子特性對目標進行成像,解碼光子的量子特征確保信號真實性[11]。Allen在2002年量子信息科學會議上首次提出量子雷達概念。電子科技集團14所基于單光子檢測原理研發了量子雷達系統,在外場環境下成功對100 km的目標進行檢測。

3.7 智能隱身技術

智能隱身技術是對外界信號具有感知功能、信息處理功能、自動調節自身電磁特性功能、自我指令并對信號做出最佳響應功能的技術,以材料或系統的方式存在。智能材料的出現,是武器裝備的智能化隱身的重要物質基礎,給智能隱身技術提供了持續發展的動力。

4 裝甲戰車隱身材料

4.1 紅外隱身材料

傳統的紅外隱身材料包括無機/有機/有機-無機復合低紅外發射率材料、隔熱和相變的控溫材料等。新型紅外隱身材料包括超低紅外線輻射面薄膜材料、納米材料、紅外隱身涂料技術、紅外隱身柔性材料等[12]。

納米材料具有高導電率、高長寬比、寬頻段強吸收能力。納米微粒的尺寸小于紅外波的波長,對紅外波的透過率比常規材料強,可以大幅減少波的反射率。

電致變溫是帕爾貼效應,將電致變發射率材料進行電場或電流處理,使發射率變化。常見的紅外電致變發射率材料有導電高分子和三氧化鎢。

4.2 太赫茲隱身材料

傳統的太赫茲隱身材料有碳系材料、超材料吸波體、有機聚合物材等。最早的超材料吸波體存在極化敏感或入射角過窄的缺點[13]。最新的太赫茲隱身材料包括超材料、太赫茲吸波材料、太赫茲吸波涂層、隱身斗篷等。第一種人造超材料由Smith等研發制造。杜克大學發明了視覺隱身新的超材料,可以彎曲/重定向材料周圍光線[14]。左手材料具有逆多普勒效應Ⅲ[15]、負折射效應[16]、完美透鏡[17]、逆切侖科夫輻射[18]等自然界不存在的性質。利用太赫茲左手材料實現太赫茲波隱身的材料,一種根據歐姆耗和材料損耗,將入射太赫茲轉化成熱能或其他能量;另一種將入射太赫茲波與反射太赫茲波的位相反、振幅相同,使入射波和反射波相消。

在太赫茲波段的隱身原理有散射相消原理、保角變換原理和變換光學原理。Engheta等根據散射相消原理,在亞波長實現隱身結構。Leonhardt等提出保角變換原理,研制出微波波段的保角變換隱身器件。在簡化隱身結構的折射率參數時,Li等[19]研究了反射式隱身/毯式隱身,并在三維空間實現太赫茲隱身。

4.3 激光隱身材料

激光隱身材料有光學干涉光譜吸收涂料、半導體材料、光學變波變色材料、高透射材料、高導光材料和吸收為主反射為輔的高效率吸波材料。

1987年Yablonovitch提出光子晶體概念。目前光子晶體已經在中紅外、遠紅外、激光、雷達、太赫茲波等方面實現隱形性能。光子晶體具有高反射光子帶隙,可以實現寬帶熱紅外、紅外和激光的兼容隱身[20]。Wang等[21]設計、制造了紅外、雷達隱形兼容材料;基于摻雜理論,Miao等[22]使用一個光子晶體實現兼容中、遠紅外波段和激光在波長10.6 lm的隱身。Zhang等[23]摻雜一維光子晶體結合雷達吸收材料,實現8～14 lm、10.6 lm激光和高頻雷達波段的兼容隱身。

4.4 仿生自適應隱身材料

仿生光子晶體隱形材料源于變色龍皮膚表面的蛋白石狀納米結構,環境溫度發生變化,納米結構顏色改變達到隱形[24]。圣安德魯斯大學使用魚網元原子制造柔性超材料,研究出一種仿生自適應超材料。

仿生材料可制備出自動變色的新型熱敏和光敏纖維。使用電子模擬技術,熱敏和光敏變色纖維在紫外光或可見光下變色,并變化圖案。智能迷彩材料使用電致變色薄膜,經過微型智能處理和環境傳感器系統,自適應改變薄膜圖案。

4.5 電磁波隱身材料

傳統電磁波吸波材料吸收頗帶較窄,僅適用于消除窄帶干擾。多性能新的寬帶電磁材料主要有納米磁性電磁波吸收材料、左手材料、電磁隱身超材料和等離子體隱身材料等[25]。

納米電磁材料是指:至少有一維是納米尺寸的材料,能吸收或衰減電磁波能量。目前納米電磁材料有納米金屬與合金吸收劑、納米鐵氧體及復合物吸收劑、納米石墨吸收劑、納米碳化硅吸收劑等類型。左手材料通過控制材料的介電常數磁尋率來實現隱身,操縱改變電磁波的幅度、相位、極化、波態、方向,進行廣義反射和折射[26]。電磁隱身超材料通過設計材料參數,實現變換光學和擬保角映射理論[27],需要人工加工或合成,具有結構輕薄、損耗較小、加工容易等優點。Engheta等[28]將魚鱗狀金屬浸泡在介質液中,改變金屬尺寸、密度和介質液的介電常數,減小75%的微波散射。Alu等進一步設計出對電磁波斜入射有效的隱身外殼,并縮減外殼厚度實現超薄隱身。

4.6 量子隱身材料

量子隱形技術通過折射周圍光線實現隱形,通過各向異性負折射率的超材料實現量子隱形,超材料可以隱藏視覺、紅外、熱能和目標陰影。

伊利諾伊大學、桑迪亞國家實驗室和光子學公司[29]使用納米轉印技術制造三維負折射率材料,在柔性襯底上交替鋪設銀和介電層,沉積獲得量子隱身材料。UCF專家[30]使用納米打印制造金屬/介電復合薄膜,吸收和發射不同波長/顏色的光。Hyperstealth公司研發出量子隱形偽裝材料[31],彎曲目標周圍光線,在近紅外/夜視、短波紅外、紫外光和可見光光譜和熱信號實現自適應隱身。

4.7 智能隱身材料

智能隱身材料具有感知功能和信息處理功能,可通過自我指令對信號自動調節電磁特性功能的材料,具有自動適應環境變化的優點[32]。

智能纖維增強導電聚合物、動態適應雷達吸波材料已經實現雷達波智能隱身;導電高分子電致變色材料屬于紅外智能隱身材料,能夠進行全天候的裝甲戰車、艦船、飛機等的紅外偽裝和可見光迷彩偽裝。智能隱身采用智能學習模型通過硬件手段實現實時隱身調控[33]。陳紅勝等研發了一種多光譜段多邊形隱身斗篷,使用六邊形的玻璃狀面板和電磁場陣列彎曲三維空間目標周圍光線,實現隱身。

5 裝甲戰車隱身技術應用及發展趨勢

5.1 紅外隱身技術應用及發展趨勢

波蘭與英國BAE公司聯合研制第一款隱形PL-01主戰坦克,采用多塊獨立六邊形電熱板拼接成裝甲外層,通過外部傳感器和車體電腦,改變車體紅外特征,實現雷達、紅外、激光、視覺隱身。BAE公司和FMV公司合作研發的自適應紅外隱身系統,能夠實現自適應隱身和偽裝變換。以色列Eltix公司研發出黑狐自適應紅外隱身技術,利用多個主動偽裝板和目標特征管理系統,達到與BAE公司系統同樣的隱身效果。美國MILSPRAY公司開發的eXV-1TM超輕型隱形多功能車,使用Tough CoatTM涂層和160 kW電動機,降低聲學和熱學特征,隱身效果極佳。

紅外隱身技術已經實現紅外波段隱身,未來的發展趨勢是探索新的紅外隱身材料,兼顧聲波、雷達毫米波、紅外、可見光、紫外等各頻段的隱身技術。

5.2 太赫茲隱身技術應用及發展趨勢

太赫茲屏蔽和隱身材料的研究取得很大進展, 其中超材料、三維石墨烯宏觀體材料以及新興的MXenes等納米材料或結構展現了巨大的應用潛力[34]。作為試驗研究階段,太赫茲屏蔽及隱身材料還存在以下問題:材料受限結構設計,不能在超寬頻范圍獲得高效吸收;隱身斗篷反射后的太赫茲波仍會干擾其他電子儀器,不能完全消除。

太赫茲隱身技術目前還不能應用在裝甲戰車上,但開發超輕、超薄、多種結構適用的太赫茲屏蔽和隱身是未來的發展方向,突破材料結構限制后很快會應用于軍事裝備。

5.3 激光隱身技術應用及發展趨勢

激光隱身材料的低反射率和紅外隱身材料的低發射率有沖突,光子晶體與其他材料復合,作為目標涂層實現激光與紅外的兼容性隱身。理論研究證實,光子晶體在紅外抑制和多波段或寬帶隱身方面具有明顯優勢[35]。美國西點軍校建立了光子晶體研究中心。DAPA也增加這一領域的投入。三維光子晶體很難制造較大尺寸,實際利用率不高,一維光子晶體具備三維光子晶體同樣的隱身性能,目前研究和應用較多[36]。時家明團隊研制出光子晶體柔性復合隱身材料,同時防御可見光、紅外、激光等多個波段偵察。

激光隱身技術已經實現可見光、紅外、激光和雷達隱形。一維光子晶體復合材料具有多頻段隱身性能,是未來主導研究材料。

5.4 仿生自適應隱身技術應用及發展趨勢

目前開發的仿生變色結構有環境變色和熱致變色涂料[37],變色涂層由特殊感光的物質制成,隨著環境變化光致變色自動改變。德國和加拿大的研究人員開發了一種變色龍坦克,表面有一層薄膜,隨著環境的變化調整外觀特征。法國CAMELEON?偽裝多光譜車輛系統,利用像素化屏幕,通過算法對可見光和紅外線進行自適應偽裝隱藏。俄羅斯勇士單兵作戰系統,將小型電致變色板覆蓋裝甲車體,通過攝像機掃描環境,改變電致變色板顏色和透明度創建偽裝圖像。美國陸軍將電致變色材料用在士兵服裝、艦船、裝甲戰車上,使裝備表面涂層呈現可見光迷彩偽裝顏色,實現全天候紅外偽裝。

仿生自適應隱身技術在士兵服裝、艦船、裝甲戰車等多軍事裝備領域都有應用,在不同環境不同溫度實現隱身,但成本較高,研發、生產周期長,變色涂層和變色板各有利弊,但研究前景依然廣闊。

5.5 電磁波隱身技術應用及發展趨勢

在超材料電磁隱身技術方面,基于散射相消理論,完美吸波材料、人工磁導體復合材料[38]、地幔斗篷、梯度型人工電磁表面都有了不同程度的應用和發展[39]。在電磁隱身超材料,美國已研制出一種稱作超黑粉的納米吸波材料,可吸收99%的雷達波。英軍的QinetiQ ACAVP全塑料步兵戰車,是首輛大幅應用全玻璃纖維復合材料車體的裝甲車輛,雷達幾乎偵察不到其行蹤。

電磁波隱身技術發展和應用緩慢,目前通過有源設備可以改變體積較小、靜止物體的電磁波周邊傳播路線,屏蔽可見光并使運動車輛實現隱身是未來研究的關注點。

5.6 量子隱身技術應用及發展趨勢

曲光量子技術偽裝也叫超性能材料偽裝,旨在利用負折射率材料、量子材料制備出柔性功能薄膜材料,引導光波繞過目標彎曲轉向[40]。美國在2001年啟動負折射率材料研究計劃。HyperStealth公司研制量子隱身光彎曲、多光譜自適應偽裝裝備,利用背靠背定位雙凸透鏡,用于直升機和無人駕駛飛機系統。量子隱身彎曲材料有效距離為15英寸,可以彎曲近紅外/夜視和短波紅外、紫外光和可見光,阻擋熱和紅外輻射。

量子隱身技術已經實現隱藏人體、裝甲戰車、停止飛機和整個軍事基地,量子隱形材料在可見光和紅外波譜實現隱身,未來發展將突破微波及其他電磁波譜隱蔽。

5.7 智能隱身技術應用及發展趨勢

裝甲戰車噴涂智能材料后,可以自動檢測并根據外界環境改變車體溫度,控制紅外輻射特征。英國和以色列開發出具有融合背景、變換熱圖功能的自適應智能偽裝系統,使用輕質高強度金屬模塊,采用材料溫控技術使車輛與背景融合。 Next公司研發自適應性迷彩系統,通過表面傳感器采集環境數據,經車載計算機智能消除車體反光,具備紅外隱身效果。

智能隱身技術利用可控像素改變車輛外形,還不能突破太赫茲波段隱身,結合超材料、納米材料等材料和智能算法是未來研究的重點。

5.8 裝甲戰車未來隱身技術發展趨勢

完美隱身是人類實現對電磁波自由控制的終極目標。裝甲戰車從外形隱身、材料隱身、無源隱身向智能隱身發展的過程中,裝甲戰車外形、結構一直處于改進狀態;不同結構組成的超材料仍然是研究的重點;仿生自適應隱身技術已經是裝甲戰車隱身領域前沿科技,智能隱身材料具有自檢測、自監控、自校正、自適應等功能,將廣泛應用于武器平臺。

不同環境不同用途的裝甲戰車需要適配相應的隱身技術和隱身材料。自適應結構和智能材料是軍事裝備隱身需求的主要研究材料,全波段兼容智能隱身是未來發展的主要方向。

6 結論

基于裝甲戰車分類、特征及散射機理,根據隱身機制,對裝甲戰車目前在紅外隱身技術、太赫茲隱身技術、激光隱身技術、仿生自適應隱身技術、電磁波隱身技術、量子隱身技術、智能隱身技術和隱身材料及應用等方面進行歸納,分析當前研究所面臨的重難點及未來發展趨勢。裝甲戰車各種隱身技術正在迅猛發展,目前作戰領域的隱身技術仍以單一隱身技術為主,超材料的發展正在逐步替代傳統隱身材料,隱身新材料的多樣性和精度不斷更新提高,然而裝甲戰車的隱身手段及隱身材料依然面臨以下諸多挑戰:

1) 結構外形優化有待改善。外形隱身是最直接、最有效的方法,將來的裝甲戰車結構需要兼容乘員的舒適性、不同環境的作戰性、快速反應的機動性、高效安全的隱藏性,并能合理布局、配置智能處理系統,實現人、機、車的協調發展。

2) 融合多頻譜的復合材料有待更新。截止目前,已經分別研發使用覆蓋紅外、雷達、激光等光波的隱身光子晶體、超材料和納米材料,但這些材料不具備兼容性,不能將光學、電磁和人工智能兼容。未來隱身材料應該兼容多頻譜、多波段性能,實現全天候、全地形、全波段、全溫度隱身目的。