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给雷达穿上“隐身衣”
发布时间:2025-04-15
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静谧的山林间,随着夜色渐浓,大家不禁暗自捏了一把汗。天上无人机的叶片旋转声渐渐清晰可辨,由远而近,又由近至远,周而复始、来回盘旋。
“由光子晶体柔性复合隐身材料制成的这件‘隐身衣’,能同时防御多个波段电磁波探测。”从在稿纸上落笔写下第一个理论设想,到成功打造出雷达天线“隐身衣”、新型红外伪装网等系列产品,此研究过程走过整整20年。
通过调节光子晶体的光学特性,可以让电磁波在不同波段上按照需要透过和反射。寥寥数语,犹如暗夜中一道亮光映照了前行之路。然而,当时光子晶体仍然停留在实验室研究阶段。放眼整个国际学界,光子晶体能不能用于隐身,无人作答。解答不了这个问题,一切构想都是空中楼阁。
  “开始往往都是粗糙的,如果等到万事俱备再去做,恐怕也就失去了战略的先机。”科学家大胆一试,首先要拿出一套理论模型——通过合理设计光子晶体周期性结构,达到阻止特定频率电磁波传播的目的。
  设计理论模型并不难,难在如何去验证。光子晶体相当于一个光信号的控制器,透过或反射什么波长,可以灵活设计、定制。相应的,不同性能的光子晶体也有着迥异的微观结构,而这样的结构种类何止成千上万。
  为挑选出隐身性能最佳的光子晶体结构,他带着几个研究生依据自主设计的模型,在数台电脑上夜以继日地编程、计算、分析,以期尽快获得各类仿真结果。数月后,他们终于在海量仿真数据中发现了一丝曙光——一种具有特殊内部结构的光子晶体模型,在特定频段下隐身性能异常出色。这说明我们的方向是正确的。接下来,要进一步验证仿真模型在现实中的可行性,为后续实际制造和应用做好准备。边学习、边研究、边实践,在技术“无人区”闯出了一条生路——成功验证了原创的理论模型,实现了光子晶体隐身材料的仿真设计。
  迈向工程化制备
  设计方案有了,下一步是实物制备。很快,研发团队摸索加工出光子晶体小样,并将其成功镀在硅片表面上。经测试,硅片后面的物体隐身效果良好。工程化制备光子晶体迈出了第一步。然而,大家很快发现使用硅基底镀膜得到的数据虽好,却无法真正运用于实战——当硅片替换成柔性布面后,测试结果却与预想大相径庭。基底面料更换了几十种、设备工艺调整了无数次、仿真测试运行了上百遍……始终未找到问题的症结。又是一个不眠之夜,实验室内,镀膜机轰鸣。这是数十次改进方案后的又一次尝试,团队逐个排除各种误差干扰后,对现有的布质柔性基底进行了改造,又专门为镀膜自研了支架。输入参数后,吕相银小心转动旋钮,调整着机器的速率和方向。经过四五个小时的等待,光子晶体成功附着在柔性基底上。该制成品的反射率、均匀性等指标符合预期。成功固然令人欣喜,但光子晶体薄膜若想真正用于实战,必须能大面积、规模化制备。面积增大的同时,加工难度也成倍增加,不是无法均匀附着,就是附着强度不够,容易开裂、破碎。为解决这个难题,科学家赴多个厂家调研工艺技术,改进隐身薄膜表面修饰方案;团队成员却负责继续优化光子晶体结构。“外敷”结合“内治”,两队人马一起向光子晶体材料大面积附着的难题发起冲锋。
这次攻关战役,一打就是三年。最终,团队攻克多项关键核心技术,成功为光子晶体柔性薄膜的工程化制备开出了妙方。
  
  工程化制备问题解决了,新的难题又出现了。“要想实现车载发动机等高温目标的红外隐身,就需抑制侦察波段内的红外辐射。而针对激光和雷达探测的伪装技术却基于完全相反的原理。”也就是说,同一件“隐身衣”很难在不影响散热的前提下,同时满足热红外、激光和雷达波隐身。
  “能不能利用光子晶体的局域特性,让电磁波在光子晶体的禁带中找到通道?”“理是这么个理,想做出来太难!”“不难还能叫攻关?”……历经多次头脑风暴,团队开启了新一轮研究。随着时间的推移,一份“光谱挖孔”的构想逐渐成熟。人为破坏光子晶体的周期性电介质结构,引入缺陷或杂质,形成特定频率范围的窄带透射通道。让光子晶体在原本高反射或低透射的禁带波段内,出现局部的低反射或高透射区域。
  这种方法可以在红外探测波段,实现高反射以降低目标的红外辐射特征。同时,在特定的激光波长处形成光谱挖孔,使激光能够高效透过,从而实现激光隐身。这样就可以让‘隐身衣’下的装备在遭遇多波段探测时‘不露声色’,且不影响它正常工作与散热。”经过团队的精心制备,多波段光子晶体柔性复合隐身材料终于诞生!
  2021年的一天,实测正式开始。2小时、5小时、10小时……一昼夜过去了,附着了隐身材料的雷达天线,其散热与侦搜性能分毫未受影响。与此同时,盘旋在高空搭载各种侦察设备的飞机,丝毫没有捕捉到地面雷达的踪迹。那一刻,科学家激动不已。大家在酷热难耐的厂房里优化工艺,在5900米海拔的高原上测试极值,在风吼浪卷的海边验证性能……靠着苦干实干,团队将隐身薄膜制备的每一步关键技术,都牢牢攥在了自己的手中。