大隐隐于形，小隐隐于声和热，浅谈水面舰艇隐身化发展

讲在前面的话：

& }7 c) d, R9 l( [

二战结束后，军事科技发展进入到一个全新的发展阶段，其中最有跨越性历史意义的当属人类在隐身技术上突破，实现了人类苦苦追寻数千年的隐身梦。在隐身技术的发展过程中，最广为人知的当属飞机隐身领域，美国人经过A-12、B-1B、F-117发展到独领风骚的B-2和F-22；在航空装备上，隐身技术是应用最广泛、技术最成熟的一个领域。隐身技术拓展到水面舰艇上最早可以追溯的型号是法国的"拉斐特"级护卫舰，被广泛认为是世界上第一种具有隐身功能的军舰；在随后的发展中国际上相继涌现出了一批诸如瑞典"维斯比"级护卫舰、新加坡"可畏"级护卫舰以及中国的054A型护卫舰等产品，但这些舰艇的吨位普遍比较小，几百吨的有中国的022导弹艇、最大的吨位也不过是四五千吨；真正实现大吨位舰艇隐身处理的是美国的科幻舰DDG-1000型导弹驱逐舰，满载排水量达到15000吨。经过052型导弹驱逐舰的初步探索，051B以及052B/C的过渡优化，054A首度实现，一直到最新的055万吨大驱出现，我国在舰艇隐身化处理上取得显著成就。就世界水面舰艇隐身化处理发展历程来看，概括起来就是一个"大隐隐于形，小隐隐于声和热"的大发展趋势。

055并没有采用类似美国DDG-1000的一体化模块隐身处理，这是一个成本与隐身效果之间的取舍结果

- }7 e% ~# a" F, h

水面舰艇隐身处理的几个核心领域

& X% Z/ a8 h+ Y" Q6 |; Z! n

从当前的水面舰艇隐身处理技术发展总体情况来看，主要集中在雷达隐身处理、声呐隐身处理和红外隐身处理三个核心领域。通俗点讲就是，通过改变水面舰艇传统的外形构造，外形设计成奇特的几何切面，从而实现最大限度的降低、减少雷达的反射回波，这就是雷达隐身；所谓的声呐隐身即是使用各种降噪方法使得水面舰艇发出的各种声音降到一个最低的标准；红外隐身处理则是通过遮蔽的手段尽可能的降低水面舰艇一些传统的红外源，抑制红外辐射源的源头。

这就是雷达隐身处理的最基本的技术原理

+ Z8 U! |/ }* }1 o5 G

' T8 @/ S. D1 u$ g7 y. b# H4 z

其中雷达隐身处理是当前水面舰艇隐身处理的核心。其工作原理和飞机隐身处理基本是一致的，从电磁波的入射和散射途径入手，通过散射体的几何形状和材料物理特性，最终实现降低雷达反射截面积的目的；即外形隐身处理和吸波材料应用雷达隐身处理的两个核心方向。原理看似简单，实际付诸实施则是另外一回事，这主要因为对于要隐身处理的目标源来说，无法在全部立体角范围内对所有观测角度都做到使电磁波无法反射回电磁波接收装置的方向，这一物理性矛盾核心，直接导致了电磁波会在某一些特定的角度上产生强烈的回波信号；这也成为水面舰艇雷达隐身设计的最大难点。

+ k! Y2 M$ `$ ?6 I3 Q1 t4 m

6 n8 X4 K& j: h

方位角为90度时，舰艇各截面水平极化下的雷达反射截面积

一般认为，水面舰艇的"雷达威胁区"在水平面方位角为0-360度范围内，垂直面内仰角为0-20度范围内。在水面舰艇隐身处理上，如何才能设计出一个独特的立体面使得其在上文所讲的"某一些特定角度"上雷达反射截面积降到最低的水准，这一个难点也是一个重点所在。不过办法总比困难多，聪明的设计师找寻到了一种折中的办法，那就是在现有的技术以及计算水平基础上，尽可能的将舰艇外形构造进行最大化的优化处理，随后经过测试和计算对"某一些特定角度"无法实现外形几何面处理的，则是通过涂刷吸波材料来实现，将照射过来的电磁波直接吸收，从而起到降低反射回波的效果，同样能获得很不错的隐身效果。因此在广泛认为隐身处理最好的DDG-1000也是采用了这种折中的处理方法，这也是当前技术条件下，舰艇雷达隐身处理的两种主要途径。

) M4 g# k- i% ~4 {2 v0 D. P8 X9 p0 `

% i W3 O& [* q% J1 a

美国使用比较广泛的是陶瓷吸波材料

" C% J& S, t Q% H/ G- H$ V( f' A( o

声呐隐身处理其工作原理的本质是降噪。鉴于声呐系统按照工作原理有主动式和被动式两种，因此水面舰艇的声呐隐身处理主要有以下两种方式：第一种是和潜艇降噪措施相类似的手段，诸如通过采用消声瓦、低噪声螺旋桨、发动机隔振、阻尼材料等综合技术应用，来实现降噪的目的，有一些比如俄罗斯的"北风之神"弹道导弹核潜艇达到108分贝的噪声水平，再比如瑞典的索德蒙兰级常规潜艇更是达到低于90分贝的水平，这些高性能潜艇的噪声水平已经接近海洋噪声水平。另外一种是被称为MASK的降噪系统，即是通过在水下注气体形成一道类似"气幕墙"的气体隔离层，从而实现阻断声波传播的目的，进一步降低水面舰艇的噪声效果，这是当前国外诸如阿利伯克级导弹驱逐舰在内等多型舰艇普遍采用的一种辅助降噪技术。之所以会有类似MASK系统的出现，主要考虑到水面舰艇和潜艇的作战环境不同，其要承担更高强度的反潜、反水雷以及反鱼雷作战任务；同时降噪能将对自身的声呐系统的干扰以及影响降到最低。

1 E6 Z) C9 a' Y9 W) H* I e

: P/ _% D9 H' l; Q& Z8 W% j5 ^

喷淋是现代舰艇抑制红外的重要手段

) C3 [6 d5 M/ x3 f& o( K$ O

二战后红外技术应用越来越普及，上至侦察成像，下至武器制导，成为贯穿现代战争不可或缺的一项重要技术。水面舰艇红外隐身处理的核心体现在降低被红外器材探测到的概率和抑制红外制导武器打击两个方面。我们都知道，水面舰艇在工作状态下会产生大量的红外辐射源，主要集中在烟囱、主机舱排出的废气以及舰上其他部门工作产生的热源。其工作原理是通过遮蔽和降温技术应用使得舰艇主要热源温度降至与周围环境相接近的水平；最常见的手段有将主排气口设置在水线以下，废气管道安装冷空气管道，发动机及其隔舱壁设置喷射冷空气系统，烟囱安装喷淋降温装置以及重要红外辐射源部位安装红外辐射挡板等等。

除此之外，水面舰艇隐身处理还有抑制电磁信号辐射，降低信号被截获的概率以及微波传播指示技术、水雾隐身技术和烟幕遮蔽伪装等诸多手段；只不过在当前技术条件下，雷达隐身、声呐隐身和红外隐身是三大主要核心技术，其他的手段仅是一种辅助措施。因此，舰艇隐身处理本身就是一个系统工程。

?1 n& ?& p7 h

水面舰艇隐身处理的实际应用

从法国人在"拉斐特"级上开启水面舰艇隐身化发展大门，随后水面舰艇隐身性能水平潜移默化的成为现代水面舰艇设计的一项重要指标，由于作战需求的不同以及技术的限制，水面舰艇的隐身化处理呈现出一种参差不齐的发展现状；有主导隐身设计的美国的DDG-1000、瑞典的"维斯比"级、中国的055型，也有部分采用隐身处理的美国 "阿利伯克"级、俄罗斯的 "基洛"级、以色列的"埃拉特"级等等。下面我们就根据几个实际应用案例来辅助理解上文提到的水面舰艇隐身处理的几项核心技术。

/ P( Y; \' a# s

外形隐身处理是一个比较普及的方向。外形隐身处理大致有以曲面替代平面、倾斜式侧面、结构倒角连接以及舰载设备高度集成设计等几个方面。曲面替代平面设计是通过圆弧形表面或者特殊棱形结构来避免镜面强反射原理，比较有代表的产品有中国的052系列驱逐舰和美国的"阿利伯克"级驱逐舰，这两款舰艇在舰体局部和上层建筑上普遍采用了这种过渡设计，对于各立体面之间的结合部也采用的是圆弧表面过渡的设计。倾斜式侧面是法国"拉斐特"级开启的先河，而后被中国的054A等型号广泛应用，该设计通俗点讲就是使得舰艇的正视截面呈现出两个倒立的梯形结构。结构倒角连接处理更多的是应用于舰体各部位的几何面连接处，和上文提到的圆滑曲面过渡有一定的结构类似性，其结构呈现的是一种倒角结构，能将电磁波的反射强度降低10倍以上，诸如英国23型、法国的C-70、俄罗斯的 "基洛夫"、日本的"金刚"级等等都能找到类似的设计。

; k8 B1 x0 Q9 z2 ? k5 z$ y

/ |6 j( s9 t/ `* g/ V% i0 I

DDG-1000采用的是整合式复合材料船楼和孔径设计

4 f7 K$ h! O" B1 I6 r- X

至于舰载设备高度集成设计，最早以比较完善的形态出现在瑞典"司米奇"号隐身试验艇上，而集大成者则是在美国的DDG-1000驱逐舰上。另外诸如我国055型万吨大驱使用的综合射频技术也是该领域的集大成者。美国的DDG-1000驱逐舰之所以被称为"科幻舰"，主要基于其科幻的外形，该型舰舰体采用整体式舰楼设计，美国人将其成为整合式复合材料船楼和孔径（简称IDHA），是一个典型的一体化成型模块，就连舰艏突出的舰炮也进行了周祥的隐身处理，遮蔽在隐身炮塔内部，射击的时候方才开启。相比DDG-1000的一体化模块设计，中国的055使用综合射频技术将大量的雷达电子设备集成到一体化桅杆中，从根本上解决了雷达电子设备高度集成带来的电磁干扰问题。一体化桅杆并非是什么新鲜技术，早在瑞典的维斯比级上已经开始应用，但大型化、高度集成化应用055型当属先驱，两个产品所涉及到的电子元件数量完全不在一个数量级上。

% ]+ o" E: l) F- Y

各国对于涉及声呐隐身信息公开比较隐晦

, l. k1 }* A; O

( H- R$ S2 T0 I. S, t

至于声呐隐身和红外隐身处理世界各国在信息公开是比较隐晦，能够获得的准确信息并不是太多，尤其是声呐隐身处理领域。以美国的阿利伯克级驱逐舰为例，有关其声呐隐身处理只知道其在舰底部设置了气泡幕噪声抑制系统（即是MASK系统），能够降低舰体与推进系统的噪音，至于具体的数据只能通过潜艇降噪技术应用成果进行一个大致的推测。红外隐身处理比较常见的有烟囱喷淋装置和重要部位红外遮蔽手段，几乎现役的主流具有隐身设计的舰艇大都采用了这两种主要的抑制红外辐射源的处理；比如英国、俄罗斯在反舰导弹发射装置上加装隔热垫或者热屏蔽层，美国在"斯普鲁恩斯"级驱逐舰上采用了燃气轮机排气引射系统，自此这种设计几乎成为欧美舰艇的主流标配设计之一。

/ F7 [: G G1 M; L- a

雷达隐身是舰艇整体隐身发展的主旋律

$ v; A2 h& o% ]& M* K5 _

通过上文对水面舰艇隐身技术的发展和应用探讨，我们可以从中清晰的梳理出一个思路，那就是当前无论是主导隐身特性发展还是局部使用隐身处理的水面舰艇，都毫无例外的采用了雷达隐身处理，这也是在肉眼角度能够了解到信息，当然这也是当前海战格局下所塑造的一个必然的形态。为什么这么讲呢？对于当前水面舰艇来讲，尽管发现水面舰艇的手段在不断的增加，上至太空的侦察卫星、平流层以下的各种侦察飞行器到水平面上雷达电子设备，各种侦察探测手段谱系逐步趋于齐全；但从现阶段以及未来一段时间内对于水面舰艇来讲，在隐身与反隐身对抗领域中，雷达的威胁是最大的，也是主要的探测手段。这是雷达自身的特性决定的，雷达具有探测距离远、受气候影响小等特点，成为现在远程探测和反舰武器制导最常用、最有效的手段。这是水面舰艇隐身化处理的一个先决条件，威胁决定需求。

: Z# ]7 ~9 ^ V9 b" K

各类雷达依旧是当前以及未来很长一段时间水面舰艇探测的主要手段，反过来讲也是最大威胁所在

5 i Z! B9 R* p# D

( L Y2 l* f" y5 i

除了雷达是现代舰艇面临的一个最大威胁前提之外，雷达隐身处理也是整个舰艇隐身处理见效最快的一个方向。根据美国海军研究所梅里尔·斯科尼克博士提出的理论计算公式：雷达反射截面积=52倍雷达照射频率的二分之一乘以舰艇二分之三的排水量，我们可以基于此得出，舰艇的雷达反射截面积与舰艇的排水量成正比关系，也就是说排水量越大，雷达反射截面积也越大；因此，水面舰艇雷达隐身处理是整个隐身处理的核心。

7 o$ K; W' L o, t, |8 {

, ]: ]' O; L( W# ^# K& ^& Y

美国海军研究所梅里尔·斯科尼克博士提出的舰艇理论计算公式

1 v% o" _+ |1 o0 |

根据当前各国在水面舰艇隐身化处理的实践结果显示，舰艇的各平面与甲板垂直时，雷达反射截面积最大；在舰体平面面积一定的情况下，如果舰体平面倾斜10度，雷达反射截面积可以减少80%左右；1995年7月服役的法国"拉斐特"级隐身护卫舰，作为一艘标准排水量3230吨，满载排水量3600吨的中型水面舰艇，其经过隐身处理后的雷达反射截面积小于1000平方米，相当于一艘500吨级沿海巡逻艇的雷达反射截面积。如果以雷达照射频率为9GHz为例，参照梅里尔·斯科尼克博士的理论计算公式可以得出如果不进行隐身处理的"拉斐特"级护卫舰的雷达反射截面积在约27600平方米；从吨位与雷达反射截面积角度来看，隐身处理前后的"拉斐特"级的雷达反射截面积相差了27倍还多。由此我们可以清晰的看出，雷达隐身处理对于水面舰艇整体隐身处理的见效成果有多明显。

: \* G& P1 g3 f% Z, N: N

世界上第一款隐身舰艇——法国"拉斐特"级隐身护卫舰

另外影响舰艇雷达隐身效果的还和上层建筑的高度、体积有很大的关系；还是以"拉斐特"级为例，其使用倾斜式侧面处理后，整个舰艇的正视截面是两个倒立的梯形，这对于上层建筑的高度以及体积来说，都有很大的助益效果，同时对避免雷达波多次反射形成的腔体效应有很大的抑制作用。经过倾斜式平面处理后，大幅度提升了舰艇的整体隐身效果，减少上层建筑对于舰艇雷达隐身的影响，这些都是比较有效、快捷的手段。

上图船首隐身处理前后RCS对比，下图舰尾隐身处理前后RCS对比

综上所述，我们从当前水面舰艇面临的最大被探测威胁以及隐身处理的效果两个方面来看，雷达隐身处理是当前技术条件下见效最快、应用最广泛的处理手段之一；无论是美国的DDG-1000，还是局部隐身处理的其他一些型号，其所具有的一个共同特征是都或多或少的采用雷达隐形处理，主要体现在外形隐身处理上。因此，在未来一段时间内，雷达隐身处理依旧在整个舰艇隐身处理中占据绝对的核心地位。

展望未来

通过上文的叙述，我们基本了解了当前水面舰艇隐身处理主要集中在雷达隐身、声呐隐身和红外隐身处理三个主要领域。从整个舰艇的隐身发展历程来看，法国的"拉斐特"级护卫舰开启舰艇隐身设计的先河，但真正意义上的隐身舰艇当属瑞典的"维斯比"级护卫舰和美国的"海影"，在实用阶段成型的大型隐形舰艇就只有美国的DDG-1000和中国055型万吨大驱了。在舰艇隐身化技术成熟和应用的大背景下，引发了一个技术和成本之间的矛盾性问题，这个问题在美国的DDG-1000上表现的尤为突出；中国的055隐身处理处于一个低配版，目前尚没有相关的问题显露出来，这一矛盾也直接导致了很多国家在隐身舰艇设计上采用局部优化处理的发展思路。

- A% b l: i: v7 Q: S) V% Z

随着科学技术的发展进步，隐身技术实用化逐步趋于成熟，未来还会有更多的、更有效的新型隐身技术助力隐身舰艇、隐身飞机以及隐身车辆的发展。我们基于当前的技术发展宏观趋势，未来隐身技术的发展将主要集中在新的隐身机理和新的隐身材料两个大的发展方向上。目前比较有潜力的新兴隐身机理有：

- p, W& J X0 R( F( Q E2 N

等离子体隐身技术工作原理

2 ]: p r, u3 y* g8 s) K

一、等离子体隐身技术。等离子体隐身技术原理是利用电磁波与等离子体之间互相作用的特性来实现的，其对电磁波有着特殊的吸收和折射特性，这是实现隐身的前提所在，其中等离子体的频率起到至关重要的作用，当等离子体频率小于电磁波时，电磁波能够进入等离子体内进行传播，部分能量被等离子体内的电离子所吸收，电磁波的能量被衰减，隐身特性也就体现出来了。1999年俄罗斯科学家称其将等离子体隐身技术应用到一款米格战机上，俄罗斯主导的苏-57隐形战机宣传最多的也是等离子体隐身技术，但具体的应用情况尚不得而知；从技术角度来看，还有待继续发展，算是一个新的发展方向。

二、仿生隐身技术。有关仿生隐身技术其来源于一些研究机构的实验研究，根据国外披露的信息显示，蜜蜂的体积比麻雀小了上千倍，但是在实验中研究人员发现蜜蜂的整体雷达反射截面积却比麻雀大了16倍。这其中的仿生机理还需科学家们进行不断的探索，一般认为，体积越小雷达反射截面积也就越小，但是通过蜜蜂和麻雀的实验对比，结局却是一个巨大的反差；在两者之间存在一些我们当前所不知的自然机理，这也就是仿生隐身技术探索和研究的前提。

- y' N9 u" K" t7 _

天津大学提出的新型仿生伪装隐蔽水声通信方法

& H5 w, L# A4 U) h( v% i

关于其他新兴隐身机理可供探索的领域还有很多，相信在未来我们会看到更多的有效的研究成果披露出来，甚至走向实用化。至于另一大方向新的隐身材料，这个领域是当前和未来探索的一个核心方向。当前的部分隐身材料已经在隐形飞机和舰艇上得到使用，其中比较突出的就是超导材料和吸波材料。吸波材料受限于固定的波长以及重量因素未来被淘汰是一个必然趋势，以超导材料为代表的新型隐身材料或许在未来将有大作为，比如手性材料、纳米材料、导电高聚物材料等新型材料也都有很大的发展潜力，我们把想象力放的更大一些，或许未来出现一种类似变色龙的智能隐身材料也不是没可能，这是一个技术进步与发展的必然趋势。

% w" B6 w L5 g3 u. Z, L$ B. H

5 Y. G! U4 F6 y7 J' @, c' j1 H

随着科技的发展，隐身技术拥有更为广阔的发展前景

1 i Y4 _3 O: K$ J

展望未来，隐身技术将会是武器装备发展的一个重要方向。随着科技的进步和发展，隐身技术将越来越成熟，将会有更多、更成熟的新兴隐身机理和材料走向实用化，隐身性能也将更加完善，心有多大，想象空间就有多大，拭目以待吧。

# t) G3 [* q& Z4 ^

参考文献:

6 x {1 ^% u, m- v Z$ {

[1].赵健.王迎炜.舰艇隐身技术的发展分析[J].舰船电子工程.2008.11

3 {3 U& I. _3 g! T+ `2 k

[2].杨德庆.常少游.舰艇外形雷达隐身设计方法[J].船海工程.2006.4

5 J6 U, I g4 F5 y2 C7 V5 i

如有侵权，请联系删除

8 B' e; k$ b# ^- Z+ v1 c% C : H {8 s8 U& [. R/ V; g7 s 5 d; ` S8 e# ]1 p" U1 [ / `6 E" Y/ |. P' _% e5 f