轉(zhuǎn)載自：新浪新聞

隱身飛機(jī)的出現(xiàn)推動(dòng)了反隱身技術(shù)的發(fā)展。目前反隱身的一種方法是在電磁（ EM ）頻譜方面將傳統(tǒng)的雷達(dá)頻率降低到 L 、 UHF 、 VHF 甚至 HF 頻段。另一種有希望的方法是將頻段升至更高的紅外( IR ）頻段，被動(dòng)傳感器可以在這個(gè)頻段探測(cè)到由每個(gè)物體發(fā)出的熱輻射。未來隨著紅外（ IR ）導(dǎo)彈、紅外搜索和跟蹤（ IRST ）系統(tǒng)能力的提高，真正的低可觀測(cè)性將不僅需要在雷達(dá)多頻段隱身，而且需要在 IR 頻段實(shí)現(xiàn)隱身。

紅外頻段在技術(shù)上可以從300GHz的極高頻( EHF )無線電頻段頂部一直延伸到從430THz開始的可見光頻段，波長(zhǎng)范圍從1mm到0.77um。然而，可用光譜目前只限于0.77~14um，它進(jìn)一步分為三個(gè)子頻段：0.7~1.5um的近紅外（ NIR );1.5~6.0um的中波紅外( MWIR ）和6~14um的長(zhǎng)波紅外( LWIR )。確切的界限會(huì)有所不同，可以在0.7~3.0um范圍內(nèi)包括一個(gè)短波長(zhǎng)紅外( SWIR )區(qū)域。

紅外搜索與跟蹤（ IRST )工作在 MWIR 和 LWIR 范圍進(jìn)行。早期的防空導(dǎo)彈在近紅外段（ NIR ）內(nèi)工作，但現(xiàn)在幾乎全部在 MWIR 段，使用的波長(zhǎng)在不斷增大。

美國(guó)海軍藍(lán)色天使表演隊(duì)的 F / A -18在中低波長(zhǎng)紅外中的圖像，可以注意到發(fā)動(dòng)機(jī)羽流的輻射強(qiáng)度明顯較高。

紅外傳感器的升級(jí)

紅外傳感器的探測(cè)范圍在持續(xù)改進(jìn)，未來將朝著具有更有效的波長(zhǎng)和更顆?；奶綔y(cè)陣列的方向發(fā)展，而紅外信號(hào)會(huì)隨著形狀、材料、觀測(cè)角度、速度、背景、環(huán)境、海拔高度和傳感器波長(zhǎng)而變化。主要的紅外信號(hào)發(fā)射源部位包括發(fā)動(dòng)機(jī)的熱部件、噴口的排氣羽流和飛機(jī)的機(jī)身，以及陽(yáng)光、天空和地面的反射。因此美國(guó)的隱身飛機(jī)通過遮蓋發(fā)動(dòng)機(jī)的發(fā)熱部件、冷卻排氣、縮小羽流及采用低輻射的表面涂層抑制紅外信號(hào)。

工作波段

有幾種不同類型的紅外傳感器，對(duì)應(yīng)于波段內(nèi)不同波長(zhǎng)的輻射敏感材料。未冷卻的硫化鉛（ PbS ）探測(cè)器的工作頻段在2~3um。冷卻的硫化鉛或未冷卻的硒化鉛( PbSe )探測(cè)器的工作頻段在3~4um。冷卻的硒化鉛、錮銻或汞確化鎘（ HgCdTe )的新型傳感器可以在4-5um的頻段工作。汞啼化鎘還可以與微量熱探測(cè)器和量子阱紅外光電探測(cè)器一起在 LWIR 段工作。此外，探測(cè)范圍還受益于焦平面陣列的集成，隨著探測(cè)器數(shù)目的增加，分辨率也隨之提高。在 IR 區(qū)域內(nèi)，所有溫度高于絕對(duì)零度的物體都會(huì)發(fā)出輻射。隨著溫度升高，總輻射量將以開氏溫度 K ／攝氏溫度℃的四次方增加，而且輻射會(huì)通過波長(zhǎng)傳播，溫度越高，輻射曲線的波長(zhǎng)會(huì)更短。20℃(68℉）時(shí)物體的最大輻射波長(zhǎng)為9.9um，而在1000℃時(shí)物體的最大輻射波長(zhǎng)是2.3um。

輻射量也取決于材料。“發(fā)射率”指標(biāo)表示在給定溫度下的材料的輻射與理論上發(fā)射率為1的完美輻射體（稱為“黑體”）的比值，發(fā)射率通常不隨波長(zhǎng)變化，但可以設(shè)計(jì)相應(yīng)的材料，而且溫度和發(fā)射率共同決定了材料的“輻射度”( radiance )，即單位面積的排放量。物體相對(duì)于傳感器的“強(qiáng)度”，即信號(hào)強(qiáng)度取決于其在傳感器處的投影面積，因?yàn)樘綔y(cè)器對(duì)“輻照度”( irradiance ）或者排放物的濃度做出響應(yīng)。因此，物體的 IR 強(qiáng)度取決于被探測(cè)的視角，并由于傳感器是從球體中心向外探查，所以輻射量總是隨著距離的平方而減小。

除了發(fā)射熱輻射外，飛機(jī)還會(huì)分別遭受來自太陽(yáng)、天空和地面的輻射，分別被稱為陽(yáng)光，天空散射光和地球反照光（簡(jiǎn)稱地照，或地光）?？刂?/span> IR 信號(hào)需要考慮發(fā)射和反射輻射。由于能量守恒定律，所有入射輻射必須被吸收、傳播或反射。發(fā)射率總是等于吸收率，而材料通常太厚以至于無法發(fā)射。如果發(fā)射率降低，反射率就會(huì)增加。

但輻射必須要到達(dá)傳感器才能被探測(cè)到。由于主要由水蒸氣和二氧化碳造成的分子吸收和鏡面散射，在大氣中傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)比在其他介質(zhì)中傳輸?shù)牟ㄩL(zhǎng)短，兩者隨著壓力而變得越來越密集，氣體越濃，“吸收帶”越深也越寬。水蒸氣密度也隨溫度而變化，但在9150m(30000ft）以上則非常稀薄，變得可以忽略。實(shí)際上，這種吸收探測(cè)限制在 MWIR 和 LWIR 的2~5um和8~14um的“大氣窗口”中，意味著探測(cè)范圍在較低的海拔和角度下總是較差。

最后，傳感器必須將目標(biāo)與它們間的任何背景輻射或路徑輻射（ path radiance )區(qū)分開來。地面輻射取決于植被和溫度，并且可能具有比目標(biāo)更大的強(qiáng)度。天空的光芒隨著時(shí)間的推移和緯度的增加而變化。清晰的天空可能有利于探測(cè)飛機(jī)，而云可以阻擋 R 輻射并反射強(qiáng)度大于目標(biāo)的陽(yáng)光。頻段低于3um時(shí)，路徑輻射的主要來源是由氣溶膠散射的太陽(yáng)光；超過3um時(shí)，空氣的熱散射增加到 MWIR 波段的末端。

大氣透射的紅外波長(zhǎng)

總體 IR 信號(hào)水平

目標(biāo)的總體 IR 信號(hào)水平（ lRSL ）是其所有部分的信號(hào)總和。每個(gè)組件的信號(hào)取決于其輻射度與背景和路徑之間的對(duì)比度、在傳感器上的投影面積、發(fā)射波長(zhǎng)的大氣衰減程度（與對(duì)比度和投影面積共同決定了組件的“對(duì)比度強(qiáng)度”）以及傳感器對(duì)這些波長(zhǎng)的響應(yīng)能力。此，飛機(jī)的 IRSL 的主要決定因素取決于視角和子頻段。

在 MWIR 段，飛機(jī)后部的 IRSL 最大，前面的最小。來自后端的紅外信號(hào)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)的“熱部件”，即噴管中心體、內(nèi)壁和低壓渦輪的后端面造成，這些零組件的溫度在450~700℃之間，也就是噴管和排氣羽流的溫度。這也是幾乎所有紅外制導(dǎo)的防空導(dǎo)彈都工作在 MWIR 段的原因。

在機(jī)身后段的四分之一處，熱部件仍然是紅外信號(hào)的主要貢獻(xiàn)者。排氣羽流也是如此，但并不像人們所想象的那么明顯。與固體不同，氣體分子自由振蕩，這使得它們?cè)谔囟ǖ?/span>“譜線”下發(fā)射和吸收能量。由于碳?xì)浠衔锶紵闹饕a(chǎn)物（水蒸氣和二氧化碳）也在大氣中，所以吸收的羽流的散熱量比其他的信號(hào)組件多。然而，排出氣體的高溫高壓使二氧化碳的吸收線增加到4.2um，會(huì)在4.15um和4.45um處產(chǎn)生尖峰。但大氣依然會(huì)使它們衰減，特別是在低海拔地區(qū)。

而從側(cè)面看，羽流的信號(hào)強(qiáng)度最大。它可以在飛機(jī)后面延伸超過15m(50ft)，但其輻射主要集中在前面的1.37m(4.5ft)。隨傳感器投影面積增加，機(jī)身也成為了主要的信號(hào)貢獻(xiàn)者，機(jī)頭、機(jī)翼前緣和進(jìn)氣口都是主要部位。因?yàn)橛鹆餮貒姽茌S線徑向擴(kuò)張，所

以盡管溫度迅速降低，羽流仍然可見。

紅外發(fā)射率隨溫度的變化

目前還沒有關(guān)于現(xiàn)代作戰(zhàn)飛機(jī)的 IRSL 公開資料，而且考慮到所有的因素， IRSL 也并沒有像雷達(dá)截面積（ RCS ）這樣具備可探測(cè)性的簡(jiǎn)單度量標(biāo)準(zhǔn)。為了進(jìn)行基準(zhǔn)測(cè)試，蘇霍伊公司認(rèn)為其蘇﹣35上的 OLS -35MWIRIRST可以從后方90km(56mile）到前方35km的范圍內(nèi)偵察到一架蘇﹣30尺寸的目標(biāo)。但是蘇﹣30是一款大型雙發(fā)飛機(jī)，無法有效地抑制 IR 信號(hào)，理論上，距離后方約10km的位置，紅外制導(dǎo)的地空導(dǎo)弾就能將其作為目標(biāo)捕獲。

飛機(jī)的 IR 抑制通常從發(fā)動(dòng)機(jī)開始。熱端部件的信號(hào)最容易用屏蔽抑制，主要通過增強(qiáng)排氣與空氣的混合來縮小羽流，從而更快地降低溫度和壓力。常見的技術(shù)包括增加發(fā)動(dòng)機(jī)的涵道比，將溫度更低的空氣、水蒸氣或碳顆粒注入排氣中。另一種方法是增加具有 V 形、扇形或波紋狀密封件的噴管，促進(jìn)羽流的徑向擴(kuò)散并與空氣混合， V 形的噴管后緣還能產(chǎn)生脫體渦以加速混合。這些增加的部件也能夠減少噪聲排放，這就是為什么新型客機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)配有 V 形排氣噴管。

使用低發(fā)射率材料可以減少蒙皮的發(fā)射。理論研究表明，將蒙皮的發(fā)射率從1降低到0,可以使探測(cè)范圍減半。具有不同折射率的分層材料可以使表面僅反射特定的波長(zhǎng)，并在其他波長(zhǎng)發(fā)射，例如，那些具有更大的大氣衰減的波長(zhǎng)。當(dāng)然，隱身飛機(jī)上的表面涂層也必須考慮其雷達(dá)效應(yīng)。