等离子体及其军事应用探微

张威威?孙赞?张瑞凡

等离子体由于其特殊性质而将在军事上得到越来越广泛的应用。俄罗斯和美国都投入了大量的人力物力，对等离子体在隐身方面的应用进行研究和技术开发。目前 ，俄罗斯已开发出可用于实战的等离子体隐身设备，美国也在等离子体火箭的研究上取得了一定的成果。本文对低温等离子体及其军事应用进行简要探析。

一、等离子体隐身技术简介

从20世纪60年代开始，美国和前苏联等军事强国就着手研究等离子体吸收电磁波的性能。前苏联最早开始进行等离子体实验的重点是等离子体在高空超音速飞机上的潜在应用：90年代初，美国体斯顿实验室进行的一项为期两年、投资65万美元的实验表明，应用等离子本技术可使一个13cm长的微波反射器的雷达截面在 4～l4GHZ频率范围内平均降低20dB，即雷达获取回波的信号强度减少到原来的1% l997年.美海军委托田纳西大学等机构发展等离子体隐身天线，其机理是：将等离子体放电管作为无线元件，当放电管通电时就成为导体，能发射和接收无线电信号，当断电时便成为绝缘体，基本不反射雷达发出的探测信号.初步的演示已显示了这种天线的发射接收功能和隐身特性。美国在其（1997年国防部基础研究计划）中也提到。“中性等离子体效应可以为军用飞机和卫星提供隐身条件”，可见美国对等离子体技术给予了足够的重视。

二、等离子体隐身技术原理

等离子体隐身技术的原理是利用电磁波与等离子体互相作用的特性来实现的，其中等离子体频率起着重要的作用。等离子体频率指等离子体电子的集体振荡频率，频率的大小代表等离子体对电中性破坏反应的快慢，它是等离子体的重要特征。若等离子体频率大于入射电磁波频率，则电磁波不会进入等离子体.此时，等离子体反射电磁波，外来电磁波仅进入均匀等离子体约2mm，其能量的86%就被反射掉了。但是当等离子体频率大于入射电磁波频率时，电磁波不会被等离于体截止，能够进入等离子体并在其中传播，在传播过程中.部分能量传给等离子体中的带电粒子，被带电粒子吸收，而自身能量逐渐衰减。等离子体之内电子密度越大。振荡频率越高，和离子、中性粒子碰撞的频率就高.对雷达波的吸收就越大。同时雷达波在等离子体中传播时.由于在等离子体中有大量的中性分子或原子.所以还存在着介电损耗。等离子体介质在雷达波交变电场的作用下产生极化现象，在极化过程中，电荷来回反复越过势垒，消耗电场的能量.表现为电导损耗，松弛极化损耗 ，和谐振损耗等。另外.由等离子体发生器喷射到飞机外围空间的等离子体是非均衡等离子体，处于非热动力平衡状态，经过一定时间离子间的碰撞才达到趋向密度均匀和温度均匀的热力学平衡状态。

三、等离子体技术应用展望

近年来等离子体隐身技术在俄罗斯取得了较多进展，其研究成果领先于美国。据报道，俄罗斯克尔德什研究中心已经开发出第一代和第二代等离子体发生器，通过在地面模拟设备、自然条件下以及飞机上进行实验充分证明了这种隐身技术的实用性。第一代产品是等离子体发生片，其厚度为0.5-O.7mm，电压几千伏。工作电流仅为零点几毫安。将这种等离子体发生片贴在飞行器的电磁波强散射、部位，即可电离空气产生等离子体。第二代产品是等离子体发生器。在等离子发生器中加入易电离的气体（还需携 、带专用气体），即可产生等离子体（但产生的等离子体厚度仍嫌过小），第二代产品重量不到100kg，耗电不超过几十千瓦（对飞机所能承担的有效载苛与供电功率而言仍嫌过大）。经飞行试验，它除了具备第一代等离于体隐身系统的功能外，还能改变反射信号的频率，通过向敌人发出假信号，使敌人判断错误来实现隐身。本世纪初俄罗斯公开的可与美国F22相抗衡的第五代米格1.42战斗机据说就是试验了这项先进技术。目前，克尔德什研究中心正在研制更有效的第三代产品。据推测，第三代产品可能是利用飞行器周围的静电能量来减小飞行器的雷达反射截面。俄罗斯的最新试验表明，应用第三代等离子体隐身技术。在4～14GHZ频率范围内可以使米格飞机的RCS值减少到原来的1%。除美、俄外.法国的研究人员正在研制一种新的有源隐身系统，据报道可能会采用等离子体屏蔽技术。对等离子的某些研究成果很可能用于作战飞机特别明显部位的屏蔽.如空气进口，排气口或机头。澳大利亚国立大学也已研制出了等离子体隐身天线。

鉴于隐身技术在军事上的重要作用.中国在等离子体隐身方面的研究也进行了约l0年时间。有不少科研机构和大专院校的有关院系都在进行等离子技术及其应用的研究，在对等离子雷达隐身方面已经取得了原理验证上和工程试验的成功，并有很多独到的创新，预计再经过大约10年左右的时间。我国飞行器即有望实现全面等离子隐身。可以说，等离子体技术在未来的军事、经济上的应用意义是难以估量的。

作者简介：张威威（1993-1），男，山东省枣庄市人，中國人民解放军石家庄机械化步兵学院一大队四队16级学员。

孙赞（1994-5），男，河北曲阳人，石家庄机械化步兵学院一大队一队2016级学员。

张瑞凡（1993-5），男，吉林辉南人，石家庄机械化步兵学院一大队一队2016级学员。