隱身材料的技術含量極高，國外的技術保護極為嚴密。因此，目前見諸報道的主要集中在概念和實驗室研究階段。

————本文作者李江海、王 彤和胡靜偉均來自中航工業成都飛機設計研究所。

隱身技術由于能夠降低飛行器的特征信號，有效提升戰場突防能力和生存力，受到世界各軍事大國的重視。美國相繼發展了F-117、B-2、F-22和F-35等隱身飛機，俄羅斯在研制最新隱身戰斗機T-50，歐洲國家也在進行隱身無人機研究，我國周邊鄰國也相繼采取行動。

實現隱身的技術手段主要有外形隱身和應用隱身材料。經過40多年的技術發展，外形隱身由簡單的多面體外形設計逐步發展到復雜雙曲面外形設計，氣動外形和隱身之間越來越協調。隱身材料由最初在機體大面積噴涂的吸波涂層發展到體系化隱身涂層表面防護和多功能隱身結構，隱身材料的應用針對性越來越強。

隱身材料按照頻段可分為雷達隱身、紅外隱身、可見光隱身和激光隱身等類別。鑒于雷達隱身仍然將在未來相當長的一段時間內繼續成為隱身技術的主干，本文將以雷達隱身材料為重點展開，并兼顧紅外隱身材料。

常規隱身材料

由于雷達仍然是目標探測的主要手段，雷達隱身材料是被研究得最多的。世界上大部分雷達工作在X波段，也即通常所說的厘米波雷達，也有工作在Ku、Ka波段的毫米波雷達和L波段的米波雷達。因此，對雷達隱身材料的研究主要集中在這些頻段上。雷達隱身材料也稱為雷達吸波材料（RAM），是指通過材料電磁參數設計，將入射到材料表面的電磁波引入材料內部，將其電磁能轉換成熱能耗散或使電磁波因干涉而消失的一類材料。

吸波材料按照使用方式可分為吸波涂料（RAP）和吸波結構（RAS）。吸波涂料是將吸收劑與黏結劑混合后噴涂在目標表面，如飛機機體表面；吸波結構是將吸收劑分散在由石英纖維、玻璃纖維等特種纖維增強的結構中所形成的復合材料結構，具有承受力學載荷和吸收雷達波的雙重功能，可用于飛機特定部位結構，如機翼前緣等。

吸波涂料按其吸收機理可分為電吸收型涂料和磁吸收型涂料。電吸收涂料是一種諧振式吸收體，因其吸收帶寬很窄，一般不單獨應用于隱身設計。磁吸收涂料通常采用鐵的化合物和混和物作吸收劑，如鐵氧體和羰基鐵。磁吸收涂料與電吸收涂料相比，重量偏大，但它在有限厚度內具有較好的低頻吸收特性。可以利用不同磁性材料的磁導率峰值出現在不同頻率的特點來設計多層磁性材料以拓展材料的吸收頻帶。據報道，日本NEC公司研制了一種雷達波反射率為-10dB、帶寬達7GHz的鐵氧體吸波涂層。

吸波結構按結構型式可分為層合吸波結構（Layer RAS）和夾心吸波結構（Sandwich RAS）。層合吸波結構由多層復合材料按層鋪疊組成，不同材料層通過電磁參數設計達到有效吸收入射電磁波的目的。夾心吸波結構由面板層和夾心填充材料構成，面板層充當透過入射電磁波的作用，夾心填充材料具有多孔特征，如蜂窩和泡沫等結構，并混雜有可吸收電磁波的成分，將入射電磁波在內部吸收和耗散。

常規隱身材料在國外隱身飛機上已有大量應用。

據報道，F-117飛機在機體表面大量噴有吸波涂料。B-2飛機在機身和機翼蒙皮上采用了蜂窩狀雷達吸波結構。而據網絡報道，F-22表面應用三層涂料來減少其雷達特征：第一層密封飛機的蒙皮，并有助于黏合另一層；第二層是有著鍍銀薄片混合聚氨酯材料的導電涂料用以減少雷達波反射；第三層也是表面漆層，性能包括用含有金屬基材料的涂層來減小輻射的熱量，以降低被雷達探測到的風險。從已公布的圖片分析，F-22飛機在機翼的邊緣部位也大量應用了吸波結構。

無論是吸波涂料，還是吸波結構，在工程應用時都希望能達到吸波頻段寬、吸波能力強和重量輕等效果，為此吸波涂料和結構往往被設計為多層的復雜結構形式，通過計算電磁學和計算力學等理論進行優化設計。

高溫隱身材料

靠近發動機的機身部位溫度高，應用隱身材料時需要特別考慮高溫環境。國外對高溫吸波材料的公開報道特別少，僅能從一些武器裝備的應用情況得到些許了解。

高溫隱身材料主要分為高分子隱身材料和陶瓷隱身材料。高分子隱身材料包括玻璃纖維和石英纖維等增強樹脂復合材料。陶瓷隱身材料包括氧化鋁陶瓷、微晶玻璃、石英陶瓷、氮化硅陶瓷等增強陶瓷復合材料。高分子隱身材料最高承受溫度不超過500℃，不能完全滿足飛機尾部的耐高溫需求，而陶瓷隱身材料可承受1000℃以上的高溫，很有希望用作飛行器尾部靠近尾噴口部位的吸波結構材料。

日本碳公司已推出幾種電阻率不同的碳化硅（SiC）纖維，日本UBE工業公司商品牌號為“Tyranno”的SiC纖維也是一種具有吸波功能的陶瓷纖維。據報道，法國ALcore技術公司試制的第一架隱身無人機“豺狼”，大量使用了Tyranno纖維復合材料，但對其具體應用情況沒有詳細報道。

美國洛克希德·馬丁公司研制出的陶瓷基吸波結構用在F-117尾噴管的后緣，能承受1093℃的高溫，具體細節不詳；同樣也在F-22飛機的尾噴口附近應用了陶瓷基隱身結構。

高溫吸波材料在巡航導彈上已達到實用階段。法國的APTGD導彈的尾翼由六角形小塊陶瓷吸波材料組成，具有較好的吸波效果。美國三軍通用的TSSAM隱身導彈也采用了相應的隱身技術。法國ADE公司研制出了牌號為AlkardSC的陶瓷基吸波材料，最高使用溫度可達1000℃，其主體材料為SiC。

新型隱身材料

隨著反隱身技術的不斷發展，傳統的隱身材料及結構已經不能滿足未來的作戰需求。因此，以頻率選擇表面（FSS）、納米材料和超材料等為代表的新一代隱身材料及結構正日益得到軍事上的關注。

頻率選擇表面是一種能夠對電磁波頻率進行選擇的二維周期結構。美國從20世紀60年代開始便對FSS的基礎理論進行研究，其成果已應用于相關軍機及衛星，如F22的雷達罩采用了FSS技術。FSS在隱身技術領域已經得到了廣泛的應用，FSS雷達天線罩可以很好地解決天線的帶外隱身問題。但是對天線帶內隱身來說，還是應與天線一起開展隱身綜合設計。

納米材料由于具有量子尺寸效應、宏觀量子隧道效應以及界面效應等特性，使其在光、電、磁等物理性質方面具有獨特的性能。以納米材料為基礎研制的隱身材料不僅磁損耗增大，同時具有頻帶寬、兼容性好、質量輕、厚度小等特點，已成為各國研究的熱點。

從報道來看，納米吸波介質材料能夠強化材料的強吸收譜寬度。介質材料納米化后，材料吸收電磁波的能量后會導致原子振動從而產生機械波，機械波在納米粒子的邊界又會發生反射，導致機械波在納米粒子振動增加，振動增加又會影響正負離子間的固有頻率，也會影響吸波材料的吸收系數。

金屬材料的納米化能改變金屬中自由電子的振蕩頻率，減小材料對雷達波的反射。有文獻報道，多晶鐵納米纖維吸波材料的吸波能力明顯優于傳統的球狀吸波材料，這是因為可以通過改變纖維的長度、直徑、含量及排列方式，調節吸波材料的電磁參數。歐洲GAMMA公司采用羰基鐵纖維作吸收劑，纖維密度低，結構呈各向同性或各向異性，顯示出優異的隱身性能。

超材料是指一種介電常數和磁導率同時為負值的各項同性電磁材料，其基本概念最早由蘇聯物理學家Veselago于1968年提出，又被稱為左手材料（LHM）。由于在自然界中未發現這種材料，且沒有制備負磁導率材料的技術方法，左手材料在此后很長一段時間里僅停留在理論假說層面上。

1996年，英國帝國理工學院Pendry教授等從理論上證明了用周期性排列的金屬絲和開口金屬諧振環組成的結構能在一定頻率范圍內產生負等效介電參數和負等效磁導率。2001年，美國加州大學物理學家Smith等據此將金屬絲和金屬開口環組成二維周期性結構，首次在實驗室制造出微波波段具有負介電常數、負磁導率的諧振性超材料。2002年，美國加州大學的Itoh教授和加拿大多倫多大學的Eleftheriades教授又分別提出了非諧振型超材料——復合材料左右手傳輸線，又稱平面電路型人工左手材料。

隨著研究工作的逐步深入，眾多突破性成果的不斷涌現，超材料日益受到關注。

2006年，英國學者Pendry基于轉換介質理論提出了一種隱身原理：充分利用左手材料電磁屬性的可設計性，設計出一種介電常數和磁導率均可獨立變化的材料，電磁波在通過該材料時傳播方向可得到控制，處于該材料包圍內的物體可不被探測到，即實現了被包圍物體的隱身。同年，美國杜克大學Schurig教授領導的研究團隊根據Pendry教授的理論，設計了一個橢圓柱狀隱身超材料結構，并通過實驗證明了該結構在微波頻段內有較好的隱身性能。

2008年，美國相關研究機構利用超材料的諧振特性和電磁波損耗特性，提出一種“完美”超材料吸波體（PMI）。該吸波體由正面的電開口諧振環和背面的金屬條以及中間的損耗介質組成，具備優良的吸波效果，反射率為0.01%，透射率為0.9%，吸收率超過99%，且結構厚度薄，一時引起轟動。

2003年，“負折射率左手材料”與“超材料隱身斗篷”被《科學》雜志評為“世界十大科技進展”，2010年《科學》雜志評選超材料為過去10年中人類最重大的十大科技成就之一。雖然目前超材料還未實際應用于軍事工程領域，但利用超材料同相反射特性和媒質參數可調的特點，學者們將可開發出更多性能卓越的吸波材料，預示著超材料在隱身領域擁有廣闊的應用前景。

紅外隱身材料

隨著紅外探測技術的發展，紅外隱身已上升到與雷達隱身同等重要的地位，紅外隱身材料的研究也成為繼雷達吸波材料之后隱身材料研究中的一項重要內容。

由于受大氣紅外窗口的限制，紅外探測器實際工作在波長為3～5μm的中紅外線和波長為8～14μm的遠紅外線頻段。這部分紅外輻射來自目標和背景本身溫度所引起的熱輻射，故又稱為熱紅外輻射。紅外隱身材料具有紅外線低發射率或較強溫控能力，可使目標和背景本身溫度所引起的熱輻射差減小到紅外探測器探測不到或識別不出的程度，達到隱身目的。紅外隱身材料包括低發射率涂料和低發射率薄膜等。

低發射率隱身薄膜的優點是紅外發射率低、厚度小、質量輕。一般采用真空鍍膜方法，膜層厚度小于1μm，分為金屬膜、半導體膜、電介質膜、金屬多層膜、類金剛石膜等4種。由于制造工藝復雜，設備昂貴，難以在武器上實際應用。

低發射率隱身涂料既可用于目標的外表面、偽裝網和隔熱層。又可用于目標內部的發熱部件；既能降低、改變目標自身的熱輻射特征，又能使目標的綜合散射特性與背景相融合，使用方便、工藝簡單。

紅外隱身涂料現有兩類：一類是吸收型，通過涂料本身或某些結構和工藝技術，使吸收的能量在涂層內部不斷消耗或轉換而不引起明顯的溫升，減少物體的熱輻射；另一類涂料是轉換型，在吸收紅外能量后或改變反射方向，或使吸收后釋放出來的紅外輻射向長波轉移，使之處于紅外探測系統的工作波段以外，達到隱身目的。

F-22飛機除了在機體表面大面積應用紅外隱身涂料，還通過設計異型尾噴管和應用具有低紅外發射率陶瓷基材料，有效降低了飛機紅外輻射特征，實現了紅外隱身水平與雷達隱身水平均衡設計。

結束語

隨著戰場探測手段的多樣化發展，單頻段的隱身材料已不能有效降低軍事目標和武器裝備被發現的概率。可以預見，未來隱身材料將向多頻段兼容隱身方向發展，如可見光/紅外兼容隱身、可見光/雷達兼容隱身、紅外/雷達兼容隱身甚至雷達/紅外/激光兼容隱身等。要使同一種材料滿足以上諸多要求，難度很大。在這些需求面前，頻率選擇表面、納米材料、超材料等新型隱身材料的潛力會有多大，與傳統隱身材料的復合又會有怎樣的發展前景，相信隨著各國技術專家的研究，一切都會依次呈現出來。在此同時，隱身材料的工程運用實踐依然考驗著隱身設計師的智慧。