水面艦船隱身技術的發(fā)展動向與分析＊

（海軍裝備部沈陽軍事代表局 沈陽 110031）

1 引言

艦船隱身性的好壞是確保艦船在海戰(zhàn)中先敵發(fā)現(xiàn)、先發(fā)制人的重要保證，也是提高自身生存能力的重要條件。水面艦船隱身技術是指水面艦船在暴露狀態(tài)下不易被敵方發(fā)現(xiàn)所研制和應用的技術。本文就水面艦船表面暴露的主要特征、水面艦船的隱身技術、發(fā)展動向、發(fā)展分析等作進一步的研究和探討［1］。

2 水面艦船表面暴露的主要特征

水面艦船表面暴露的主要特征有紅外特征、聲輻射特征、電磁輻射特征等［2］。

1）紅外特征。在海上環(huán)境中，艦船是熱敏傳感器或武器紅外制導頭的理想目標，一個目標的紅外輻射特征主要取決于目標的表面溫度，其次是表面面積和輻射系數(shù)。而影響目標表面溫度改變的因素是物體的熱傳導率、熱容量或熱慣量吸收率和反射率。

如果是移動目標，則其速度和對流冷卻速率也有重要作用。高速時，表面摩擦也能產生熱量，像艦船這樣復雜形狀的目標，其表面特征隨時變化。

2）聲輻射特征。艦船的聲輻射是由螺旋槳、操縱裝置、主輔機激發(fā)的船體振動及流體流動噪聲等引起的。艦船的聲輻射超過一定量級就會激發(fā)水雷引爆，并限制已方傳感器探測性能，因而減振降噪已越來越受到重視。

每降低艦船的噪聲達6dB，敵方被動聲吶的作用距離可降低50%，每減小聲輻射強度10dB，可降低敵方主動聲吶作用距離70%，提高本艦聲吶作用距離100%。

3）電磁輻射特征。艦船探測、通信和武器控制必然會涉及電磁輻射和電磁泄漏的問題，因而必須有效地控制和管理搜索、識別、跟蹤、制導、數(shù)據(jù)傳輸、無線通信和衛(wèi)星通信等各種設備的電磁輻射，使其在空間、時間和頻譜等方面得到保護，否則將會影響艦船總的隱身效果。為減小電磁輻射特征，研制調頻連續(xù)波體制的低截獲概率的警戒和導航雷達是相當有效的。

3 水面艦船的隱身技術

提高艦船的隱蔽性，就是要降低輻射噪聲、可見光、磁場、水壓場和溫度場等艦艇的物理場。目前的艦艇隱身技術主要集中在雷達波隱身、電子設備的隱身、聲隱身、紅外隱身、激光隱身、隱身涂料等方面［3］。

3．1 雷達波隱身

雷達波隱身技術的著眼點就是降低雷達反射截面，減小雷達探測范圍。其主要方法有：

1）采用雷達吸波材料和涂料。采用雷達吸波材料是減少艦船雷達反射截面的最簡單措施，這種隱身是比較徹底的，但其技術難度較大，經(jīng)濟性差，國外在這方面投入很高。

2）改進艦體及上層建筑。船體和上層建筑的外形設計和甲板上設備的布置等，可采用外傾和內傾方法就可有效避免形成90°夾角。特別是形成90°兩面角反射體。對于出入艙口等不易改變形狀的地方，通常都要涂覆玻璃纖維與碳素纖維等吸收雷達波的材料。艦的壁龕應采用反雷達波入射的金屬濾網(wǎng)罩予以遮蔽。力求整艦外形光順，甲板干凈，用圓滑的塔式桅桿，電子設備布置在天線罩內，武器裝備也要采用低反射截面設計。通過改變艦船的外形，使雷達照射波改變方向散射空間來減少回波的強度，從而起到降低雷達反射截面積的目的。

3）控制甲板移動物體。艦上移動的人員和裝備都是雷達的反射體，應加以控制。

3．2 電子設備的隱身

為防止對方的電子和磁性探測器探測，必須控制己艦的電磁輻射特征，目前采用的技術主要有：

1）完善無源偵察設備，發(fā)展聯(lián)合信息收集分配系統(tǒng)。如采用GPS 接收機完成導航，采用雷達偵察機接收偵知敵情，利用數(shù)據(jù)接收機接收聯(lián)合信息分配系統(tǒng)的信息，獲知戰(zhàn)場態(tài)勢，對目標實施攻擊。

2）采用相應的技術和戰(zhàn)術，保證有源電子裝備具有低頻截獲概率特性。當艦艇需要使用主動工作雷達和通信設備時，這些有源設備必須在技術上保證被截獲概率低，在戰(zhàn)術上保證隱蔽使用。

3）降低艦上天線的雷達反射截面。雷達通信等各種無線電設備的天線是雷達反射截面的產生器。降低天線副瓣，減少天線失配反射可減少天線的散射，采用頻率選擇技術可衰減帶外信號，采用天線升降翻轉機構使天線向上升起掃描幾次后就向下翻轉保持隱身狀態(tài)，以微帶天線為主的共形天線技術也是減少雷達反射截面的一個好方法。

4）通過設計艦船外加電流陰極保護系統(tǒng)，可使陰極保護系統(tǒng)最佳化，既可為艦艇提供上佳的保護，又不會出現(xiàn)明顯的靜電特征及與腐蝕有關的磁特征。

3．3 聲隱身

艦艇在航行過程中產生的噪聲向空中和水下傳播，極易被敵水面艦艇和潛艇的聲探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)。聲隱身的主要措施有：

1）降低機械噪聲。使用新型推進裝置（電力傳動），艦上主輔機使用各類減振器；使用隔絕噪聲和振動的箱裝體；在艦體表面采用消聲瓦或涂覆吸音涂層；機艙周圍使用氣幕降噪技術。

2）降低螺旋槳的直徑，減小其轉速，使其盤面處伴流均勻分布，增加槳葉數(shù)，增大槳葉傾斜和改進槳葉剖面。螺旋槳的空泡是水面艦艇最重要的噪聲源，目前抑制這一噪聲源的有效途徑是螺旋槳通氣技術。

3．4 紅外隱身

在現(xiàn)代海戰(zhàn)中，各種水面艦船的熱輻射很容易被對方的紅外探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)，也容易遭到紅外尋的導彈的攻擊。為此，在設計制造艦船時就要充分考慮降低艦船發(fā)動機的排氣、排水溫度，降低主機艙和煙囪溫度、涂敷絕熱層、采用隔熱墊等。

例如：1）采用煙道冷卻和水線排氣技術可降低燃氣輪機、柴油機排放的高溫廢氣（紅外輻射源）；2）應用紅外偽裝材料可改變艦艇紅外輻射特征；3）使用隔熱材料阻止艦艇艙內熱源向外輻射；4）采用噴淋水幕（霧）技術，將艦艇“籠罩”起來，使之與環(huán)境融為一體，達到降溫、屏蔽的效果。

3．5 激光隱身

通常使用的激光隱身技術手段主要有兩種：隱身外形技術和隱身材料技術。其中隱身外形技術主要是設計和改變目標的幾何外形，使目標的激光散射截面盡量減?。浑[身材料技術則主要是設計和采用對激光低反射率的材料。

3．6 隱身涂料

目前水面艦船使用的隱身涂料主要包括紅外隱身涂料、激光隱身涂料、可見光隱身涂料等。

1）紅外隱身涂料。紅外隱身涂料是指用于減弱武器系統(tǒng)紅外特征的信號已達到隱身技術要求的特殊功能涂料，其主要針對紅外熱像儀的偵查，旨在降低艦船在紅外波段的亮度，掩飾或變形裝備在紅外熱像儀中的形狀，降低其被發(fā)現(xiàn)和識別的概率。實現(xiàn)紅外隱身最有效的途徑是控制目標的表面溫度，盡量減小目標與背景的偏差。用于熱紅外隱身的材料應具有符合要求的熱紅外發(fā)射率或較強的控溫能力；具有合理的表面結構；具有較低的太陽能吸收率；能與其它頻段的隱身涂料兼容。紅外隱身涂料的主體樹脂是單組分橡膠樹脂，其與過氯乙烯涂料、環(huán)氧鐵紅底漆、聚氨酯涂料具有良好的配套性。

2）激光隱身涂料。激光隱身涂料主要是以降低激光反射率為目標，在應用中還必須要考慮到與其他隱身技術兼容的問題，如激光隱身涂料與可見光、紅外以及雷達波隱身技術的兼容問題，需要通過復合技術將不同波段的吸波劑及低紅外發(fā)射材料有效耦合在一起，將其做成涂料等，以實現(xiàn)對多種探測手段的復合隱身。

3）可見光隱身涂料。可見光隱身涂料又稱視頻隱身技術，彌補了雷達隱身和紅外隱身的不足。它是針對人的目視、照相、攝像等觀測手段而采取的隱身技術，其目的是降低艦船本身的目標特征，減少目標與背景之間的亮度、色度和運動的對比特征，達到對目標視覺信號的控制，以降低可見光探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)目標的概率。它要求目標的反射率盡可能與周圍環(huán)境的反射率一致，因此，可見光隱身涂料通常采用迷彩的方法使艦船隱身，如保護迷彩、仿造迷彩、變形迷彩。保護迷彩適合于單色背景上的固定目標和小型目標；仿造迷彩用于多色背景上的相對固定的目標；變形迷彩用于多色背景上的活動目標。

4）納米隱身涂料。納米材料是指材料組分特征尺寸在0．1nm～100nm 的材料。它具有極好的吸波特性，具有頻帶寬、兼容性好、質量小和厚度薄等特點，對電磁波的透射率及吸收率比微米粉要大得多。

5）多頻隱身涂料。許多隱身涂料往往只對一種電磁波起作用，而對其它波段毫無反應。隨著先進探測設備的相繼問世，這種單波段隱身涂料存在很大的局限性，兼容性好的多波段電磁波隱身涂料將具有廣闊的發(fā)展空間，如雷達／可見光／紅外多功能隱身涂料將得到廣泛的研究和應用。

4 發(fā)展動向

1）美國科學家研究新型尾流控制技術可實現(xiàn)艦艇隱身。美國《大眾科學》網(wǎng)站2011年8月12日報道：美國杜克大學的研究人員日前表示，通過對艦艇航行過程中產生的尾流進行控制，從而使艦艇在水中航行能夠產生沒有物體通過的效果［4］。

杜克大學研究人員稱，一種新型材料制成的隱身系統(tǒng)能夠通過消除剪切力并減少排水量的方式，在物體經(jīng)水中通過的時候把水變成靜態(tài)。利用這種方法，也能夠減少物體在水中運動所需要消耗的能量，同樣的，船只在水中航行的話，理論上也能夠節(jié)省燃料。

杜克大學電氣和計算機工程助理研究教授亞羅斯拉夫·烏爾朱莫夫（Yaroslav Urzhumov）設想將船體覆蓋一層多孔金屬三維晶格材料，這種材料中能夠嵌入微型水泵，這些水泵能夠控制水流以多種流速流過。最終的目標是讓從多孔金屬中流出的水的速度能夠和船體外水流的速度保持一致。

如果這種設想能夠實現(xiàn)，船體外的水將匹配船體的運動速度，呈現(xiàn)出靜止的狀態(tài)，這也將減少船只運動所需要消耗的能量。一般情況下，固體在水中運動所排出的水量往往比自身的重量要多，如果船只在水中運動的剪切力消失或減小，那么船只運動所排出的水也會更少。

此前也有研究人員表示，可以通過利用萊頓弗羅斯特效應提高船只的運行效率，這種辦法的原理為：船只在水中運動時，船體與水接觸部分的溫度要高于水的沸點，從而讓水產生絕緣蒸汽層包覆船體。該蒸汽層能夠減少航行阻力，但是將船體加熱需要大量的能量輸入，這與節(jié)省船體燃料消耗的想法相悖。晶格水泵系統(tǒng)相比萊頓弗羅斯特效應要好得多，因為微型水泵不需要過多的能量。

2）聲學隱身裝置可讓聲波在物體周圍無障礙傳播。據(jù)大眾科學網(wǎng)站2011年8月17日報道：來自西班牙瓦倫西亞的一個研究小組近日研發(fā)出一種新型聲學隱身裝置，該裝置能夠讓聲音毫無障礙地在物體周圍傳播，這種技術日后可以用于音樂廳以及其他一些安靜的環(huán)境，并可用于制作頭戴式降噪設備等［5］。

與光學隱身設備的工作原理相類似，聲學隱身裝置能夠讓聲波在物體周圍傳播產生與水流過河中光滑的石子相類似的效果。聲波傳播過程中，其波形不會受到任何影響，產生的效果就好像沒有任何東西存在一樣。另一方面，降噪系統(tǒng)能夠精確制造相反的波形來抵消聲波。

保留波形的隱身裝置對于想要試圖躲避聲吶的物體來講將十分有用，因為其能夠產生前方無障礙的效果，聲波會順利通過并且沒有反彈回波。這種技術也可應用于某些需要聲音保留或需要引導聲波的領域，如音樂廳。

來自西班牙瓦倫西亞的研究小組提出，用一些圓柱體組成的系統(tǒng)彼此協(xié)同工作能夠讓聲波進行無障礙傳播。他們的設計方案是：利用120個直徑15mm 的圓柱體包覆在需要隱身的物體周圍，形成一個直徑為22．5cm 的大圓柱體。當頻率為3061Hz的聲波傳播到該物體周圍時，聲波的原始波前形狀保持不變。所以，該直徑22．5cm 的圓柱體在聲波面前實現(xiàn)了隱身。

研究人員表示，目前，該隱身裝置只能在很小的一段聲音頻率范圍內工作，但是不同的工作頻率僅需要調整不同的圓柱體布局即可。該隱身裝置最終將覆蓋較廣泛的頻率范圍、為音樂廳、靜謐的公園甚至是降噪頭盔等創(chuàng)造更好的聲學條件。

3）美國生產高速隱身艇。澳大利亞《悉尼晨報》網(wǎng)站2011年8月31日報道：美國公司生產了一種高速隱身“水上攻擊直升機”，這將在海軍和船舶工業(yè)界引起根本性變革［6］。

據(jù)設計方朱麗葉海事系統(tǒng)公司稱，該艇被稱作“幽靈”號，在其高速行駛中的淹沒區(qū)域周圍會產生氣層，該艇能利用氣層在水面上滑翔，這種技術被稱作超空泡技術?！坝撵`”號航速能達到97km／h，能躲避雷達探測，美國海軍主要用其運送魚雷。此外，該艇還能在反海盜和反恐環(huán)境中保護軍用和民用大型艦艇。

澳大利亞羅伊研究所專家表示，像“幽靈”號這種小型高速艇是有市場的。美海軍希望擁有一種介于空運和傳統(tǒng)海運之間的運輸模式?？者\雖然很快，但是成本很高，同時，每次運輸物品的數(shù)量很小。海運相對來說便宜很多，但是非常慢。

俄羅斯在一段時間以前已經(jīng)開始研究超空泡技術，但目前該技術還未成熟。俄羅斯超空泡技術還需要幾年甚至幾十年才能完全成熟，之后軍方或國防部才有信心訂購該型船只。

4）印度海軍將發(fā)展三體隱身護衛(wèi)艦。印度廣播網(wǎng)2011年12月20日報道：印度海軍設計人員已經(jīng)開始著手研制未來先進艦船。CNN 印度廣播網(wǎng)通過與總統(tǒng)艦隊評估團隊的專家交流，了解十年后印度海軍艦隊的情況。屆時印度海軍將擁有三體艦，其隱身設計使敵方雷達很難發(fā)現(xiàn)，其甲板上的艦炮和導彈會被隱藏起來［7］。

印度海軍設計人員表示，隱身意味著要減少雷達目標有效截面，降低水下噪聲，降低紅外特征信號和其他電磁信號。該三體艦概念設計是印度海軍繼Project 17 級隱身護衛(wèi)艦后的又一型隱身艦設計，Project 17級艦目前已建成二艘，還有一艘在建。

5）俄羅斯海軍接收先進隱身輕護艦。俄新社網(wǎng)站2013年5月16日報道：俄羅斯波羅的海艦隊發(fā)言人5月16日表示，波羅的海艦隊已經(jīng)接收了最新一艘20380項目“勇敢”號（Boiky）輕護艦［8］。

20380項目輕護艦由俄羅斯金剛石海軍設計局設計，圣彼得堡北方造船廠負責建造，主要用于在近海區(qū)域執(zhí)行任務，包括反潛和反水面艦艇作戰(zhàn)以及對陸火力支援。該級輕護艦集成了最先進的隱身技術，可顯著減少自身雷達和紅外特征信號。

在完成海試后，“勇敢”號于5月初進行了一系列最后階段的測試工作。

20380項目輕護艦裝備有Kh-35 反艦導彈和3M-54“俱樂部”巡航導彈，“卡什坦”防空火炮／導彈系統(tǒng)，一座100毫米口徑主炮和兩座30毫米口徑近程防空火炮，同時還裝備有魚雷發(fā)射管。此外，該級輕護艦還擁有機庫，甲板可搭載“卡莫夫”卡-27反潛戰(zhàn)直升機，另外還裝備有Vinyetka-EM拖曳式聲納陣列。

6）安靜且隱身：下一代以色列潛艇。美國國防對話網(wǎng)2013年10月17日報道：以色列海軍正在建造一支先進的潛艇艦隊，由四艘潛艇組成，其中三艘潛艇為以色列國防軍所屬，另一艘從德國引進。此外，以色列海軍希望在2014年增加另一艘先進潛艇“拉哈夫”號（Rahav）［9］。

潛艇艦隊可用于執(zhí)行絕密作戰(zhàn)任務。以色列潛艇作戰(zhàn)學校指揮官麥吉·Y（Major Y）稱，以色列隱身潛艇的一個關鍵優(yōu)勢是其可用于執(zhí)行絕密的作戰(zhàn)任務。和平時期，潛艇作為一種間諜工具可提供大量情報；戰(zhàn)時，潛艇是以色列國防軍中最重要的裝備之一，出色的隱身性能可出其不意地攻擊敵人。目前，以色列國防軍正在使用一個特殊課程，培訓日益增多的水手操作下一代潛艇。

潛艇艦隊部署情況不詳。麥吉·Y 還表示，以色列的潛艇是世界上最先進的，無論是潛艇作戰(zhàn)還是安全防范，都是最高水平。但是由于高度機密，以色列海軍未透露潛艇艦隊部署情況。

7）韓國研究中心公布雷達吸波“隱身涂料”。美國國防更新網(wǎng)2013年10月27日報道：韓國研究中心公布新型雷達吸波“隱身涂料”，該雷達吸波涂料由韓國海事和海洋大學隱身技術中心研發(fā)，可為海軍艦船、軍用飛機和戰(zhàn)車提供表面?zhèn)窝b，有效規(guī)避雷達探測。韓國將發(fā)展雷達隱身和反隱身技術作為其長期國防戰(zhàn)略的一部分，為解決這種涉及軍事利益的技術，該中心已開發(fā)出多種類型涂料，以滿足韓國海軍和空軍的不同需求，并正與本土國防承包商進行協(xié)商［10］。

韓國隱身技術中心主任金永煥上校表示，雷達吸波材料可噴涂在需保護平臺表面，與現(xiàn)有的陶瓷或金屬片型電磁波吸波材料相比，這種新型吸波涂料更輕、更持久且更便宜。涂有該吸波涂料的鐵片，可吸收高達99%的雷達波。涂料可大大減少軍艦的雷達可探測性，有效避免導彈打擊，從而提高艦船生存能力。并且，由于該涂料是噴霧型，因而便于均勻地用于任何表面，從而可節(jié)約大量噴涂時間，成本也更為低廉。

該新材料已成功通過韓國試驗與研究機構的11項指標認證，預計將首先應用于海軍武器系統(tǒng)。韓國大宇造船和船舶工程公司考慮在其正在研發(fā)的最新驅逐艦上使用該涂料。

5 發(fā)展分析

未來海軍水面艦船隱身技術的發(fā)展趨勢是不斷依托高新技術，設計建造全隱身水面艦船，所采用的技術也將從原雷達波隱身、聲隱身、紅外隱身、電子隱身等各自為政，轉變?yōu)楦黝I域技術綜合兼顧［11］。

1）發(fā)展研制雷達波散射對消技術。利用雷達波的矢量疊加的特性，人為產生一個與目標散射場同頻率、同幅度、同極化、反相位的電磁場，兩個場相互抵消，從而減少對方探測雷達接收的總電磁場強度，降低其探測效能。

2）發(fā)展研制電子設備的隱身。采用遮擋、屏蔽的方法，進一步簡化船體外形，減少其散射面積；

3）發(fā)展研制應用噴水推進、超導推進、磁流體推進等新型推進系統(tǒng)，取代螺旋槳推進，從而徹底消除螺旋槳水下輻射噪聲。

4）加大智能材料的研究力度，加緊研制高阻尼、環(huán)境適應性良好的主／被動減振隔振材料，拓展隔振吸聲手段。

5）發(fā)展研制冷卻技術。在3μm～5μm 波段，采用磁流體、納米級介質等來冷卻動力裝置的排氣溫度。

6）發(fā)展研制吸波涂（覆）料、結構型吸波材料及吸波結構。改進和提高目前的吸波涂（覆）料的吸波性能、環(huán)境適應性能以及拓寬材料吸波的頻段，降低敵雷達、紅外、激光、可見光等不同波段的電磁探測能力。

7）發(fā)展納米材料復合隱身涂料。納米材料復合隱身涂料一般都是由納米材料與有機涂料復合而成的，已有無機納米材料與有機高分子樹脂復合的納米涂料，它是通過精細控制無機納米粒子使其均勻分散在高聚物基體中的性能更加優(yōu)異的新型涂料。

8）發(fā)展多波段、多功能兼容隱身涂料。多波段、多功能兼容隱身涂料的研制具有廣闊的應用前景，必須采用新型的吸波材料并改進傳統(tǒng)的吸波材料，如鐵氧體、羰基鐵等。多波段、多功能兼容隱身涂料能同時吸收和衰減電磁波和聲波，減少反射和散射，從而達到電磁隱身和聲隱身的作用。

6 結語

隨著新材料、新技術的不斷研制和開發(fā)，水面艦船的隱身技術越來越完善，其性能和功能更加可靠，在未來現(xiàn)代化戰(zhàn)爭或局部海戰(zhàn)爭中，對于防空反導，隱蔽作戰(zhàn)來說，艦船隱身技術的好壞，將直接關系到自身目標的安全［12］。

［1］寇蔚，楊立，孫豐瑞．一種艦船紅外特征的動態(tài)模擬方法研究［J］．紅外與毫米波學報，2004，23（2）：148-152．

［2］李東臻，楊立，張士成．涂料發(fā)射率對航行艦艇紅外特征的影響研究［J］．紅外技術，2010，32（11）：676-680．

［3］陳翾，楊立，基于輻射對比度的涂料隱身性能優(yōu)化與評估［J］．紅外與激光工程，2008，37（6）：1043-1047．

［4］美國科學家研究新型尾流控制技術可實現(xiàn)艦艇隱身［N］．每日防務快訊，2011-08-19．

［5］聲學隱身裝置可讓聲波在物體周圍無障礙傳播［N］．每日防務快訊，2011-08-22．

［6］美國生產高速隱身艇［N］．每日防務快訊，2011-09-05．

［7］印度海軍將發(fā)展三體隱身護衛(wèi)艦［N］．每日防務快訊，2011-12-26．

［8］俄羅斯海軍接收先進隱身輕護艦［N］．每日防務快訊，2013-05-27．

［9］安靜且隱身：下一代以色列潛艇［N］．每日防務快訊，2013-10-22．

［10］韓國研究中心公布雷達吸波“隱身涂料”［N］．每日防務快訊，2013-11-01．

［11］宮伏安，劉靜梅，針對反艦導彈的艦艇紅外隱身效果評估方法研究［J］．紅外，2010，31（2）：35-38．

［12］張凱，馬艷，范敬輝．低發(fā)射率紅外隱身涂料研究進展［J］．化學推進劑與高分子材料，2008，6（1）：21-25．