不同波段的红外隐身策略_l波段 隐身
摘要:红外隐身技术作为光电防御技术的一个分支,已经成为大家关注的热点之一。本文针对近红外波段、中远红外波段、双波段的红外隐身策略进行了相关研究,并展望了红外隐身技术的发展趋势。
关键词:红外隐身 策略 波段
1、引言
红外隐身技术于20世纪70年代末基本完成了基础研究和先期开发工作,并取得了突破性进展,已由基础理论研究阶段进入实用阶段。从20世纪80年代开始,国外研制的新式武器已广泛采用了红外隐身技术。本文针对近红外波段、中远红外波段、双波段的红外隐身策略进行了相关研究,并展望了红外隐身技术的发展趋势。
2、红外隐身技术概述
红外隐身是通过降低或改变目标的红外辐射特征,实现对目标的低可探测性的。这主要是通过改变结构设计和应用红外物理原理来衰减,吸收目标的红外辐射能量,使红外探测设备难以探测到目标。
2.1 降低目标的红外辐射强度
红外辐射强度与平均发射率和温度的四次方的乘积成正比。因此降低目标表面的辐射系数和表面温度是降低目标红外辐射强度的主要手段。它主要是通过在目标表面涂敷一种低发射系数的材料和覆盖一层绝热材料的方法来实现的,即包括隔热、吸热、散热和降热等技术。从而减少目标被发现和跟踪的概率。几何形状的设计对被动探测没有什么影响,但是红外吸波涂层对降低热发射率具有很大作用。热发射率包括两部分:热反射率和热发射率。前者指材料在红外光源照射下反射红外线的强度,后者指一定温度下材料的红外本征辐射强度。低发射率的材料一般反射率较高;低反射率的材料则发射率较高。
2.2 改变目标红外辐射的大气窗口
主要是改变目标的红外辐射波段。大气的红外窗口有以下三个波段:1～2.5、3～5和8～14。红外辐射在这三个波段外基本上是不透明的。根据这个特点,可采用改变己方的红外辐射波段至对方红外探测器的工作波段之外,使对方的红外探测器探测不到己方的红外辐射。具体做法是改变红外辐射波长的异型喷管或在燃料中加入特殊的添加剂;用红外变频材料制作有关的结构部件等。
2.3 采用光谱转换
采用特定的高辐射率的涂料将其涂敷在武器装备的部件上,以改变其红外辐射的相对值和相对位置;或使目标的红外图像成为整个背景红外图像的一部分;或使目标的红外辐射位于大气窗口之外而被大气吸收,从而使对方无法识别,达到隐身的效果。
2.4 辐射抑制
辐射抑制包括以下各种技术:中间夹杂空气、利用气流自然对流、强制气流对流、采用夹层液体、采用导热管、采用液体环路、采用多孔层、采用隔热毯、利用目标本体遮挡;利用裙板遮挡目标运动时因摩擦生热而形成的红外辐射、用等离子体技术涂敷氧化锆隔热陶瓷涂层,降低金属外露热壁温度等等。
3、近红外波段的红外隐身
实现近红外波段的红外隐身,要求目标的红外反射特性与环境一致,其主要策略为:
3.1 使用改变表面发射系数的涂料
红外成像探测的是背景和目标发射的热辐射能量,其图像的对比度由二者辐射能量的差别决定。因此,实现隐身的技术途径之一,是寻找改变目标的表面发射特性的材料。
3.2 使用降低目标表面温度的绝热材料
大部分目标（如人、汽车等）其温度都高于背景温度,热成像系统正是利用这种温度差别来识别军事目标。理论分析表明,如果能有效地降低目标的表面温度,将会收到较好的伪装效果所以,可采用对目标涂敷或覆盖一层绝热材料,此材料需对红外辐射有极强的吸收性能即对红外不透明。
4、中远红外波段的红外隐身
实现中远红外（热红外）波段（3～5、8～14）的红外隐身,则以控制目标的红外辐射,降低与环境的对比度为主。常采用的方法包括:
4.1 采用低发射率涂层
中远红外的伪装涂层通常采用低发射率涂层,以弥补目标与环境的温度差（即辐射差别）,如采用ZnO。美国防部材料研究所的研究指出,在8～14波段有三种低发射率涂层;(1)涂料,微粒包括半导体、金属氧化物、黑色颜料,粘合剂可用烯基聚合物、丙烯酸、氨基甲酸乙脂等,如把铝碎屑加在涂料中,发射率为0.15左右,还可进一步降低。(2)半导体膜。(3)类金刚石碳膜,在铝薄板上镀一层碳,形成硬如金刚石的涂层（DHC）。另外,两层染色聚乙烯中间放一层蒸发铝薄片,压叠后发射率为0.2;人员的热屏蔽也可采用低发射率的织物外套。
4.2 采用隔热模型
把目标温度特征隔绝在隐身器材内。当目标温度较高,辐射特征很明显时必须考虑采用。降低目标表面温度的泡沫保温材料有泡沫塑料、聚苯乙烯醋和聚氨脂,适合于坦克表面隔热,若隔热更高温度的目标,宜用硅橡胶。
4.3 采用红外变频材料
采用红外变频材料改变目标的辐射特征,进行红外光谱特征扫描的防护。这是更高层次的隐身复合材料。
5、双波段红外隐身
(1)当红外隐身材料的辐射率降低到0.5左右时,目标辐射温度完全可以降至背景低温区辐射温度范围之内,结合适当的隐身设计,足以满足目标的红外隐身要求。
(2)相同辐射率目标中波和长波的红外辐射温度不同,中红外辐射温度比远红外辐射温度高,且目标红外辐射率越低,其辐射温度的差值就越大。
(3)目标所处背景宜选择那些具有不同辐射温度景物的斑驳背景,并根据不同背景的辐射特性,计算确定与背景相适应的隐身材料红外辐射率,以使中、远红外波段辐射温差完全融入斑驳背景温差噪音之中,从而达到双波段红外隐身的目的。
6、红外隐身技术的发展趋势
红外隐身技术的发展方向主要有四个:(1)研究全波段隐身技术,即要兼顾红外隐身、可见光隐身、激光隐身,也要考虑到雷达隐身。(2)对目标的全方位隐身。(3)红外隐身技术的多功能。(4)红外隐身措施的低成本。而这四者中全波段隐身技术是当今研究的主流方向,这种技术主要依靠于优良的隐身材料。军用装备在战场上可能同时面临可见光、红外、激光和雷达等多波段侦察设备的威胁,因此,对抗多种仪器、探测多波段兼容隐身材料是隐身技术发展的重要方向。
参考文献
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