战机视觉隐身——主动光学隐身,有历史、看未来

以彤谈国际 2024-10-15 18:46:34

  本系列第一篇在讨论灯光时,曾提到逆向照明的方式。那逆向照明技术的工作原理是什么?  利用逆向照明实现光学伪装的概念其实非常简单:当装设于飞机表面的光源以特定角度向外发射光束时,就不易在白昼的天空中看到该机了,因为它不再是一个乌蒙蒙的昏黑轮廓,人造的光芒将帮助飞机藏身于蓝天白云之中。或者可以理解为:通过发光伪装系统,将战斗机变成“透明”的;给人的感觉就是,入射的光线穿透了机体;直至对手来到近前,才会被察觉。  为便于理解,我们可以看一下电子游戏《皇牌空战X:诡影苍穹》中,“空中要塞”轰炸机的三张截图。

  游戏中的“空中要塞”采用了某种伪装系统变成“透明”机,只能在近距离上被发现。  无论是顺光还是逆光,白天开启照明系统,都能起到一定的伪装、掩藏作用,尤其是逆光时的效果更好一些。不过,逆向照明的灯光强度以多少为宜,是需要仔细斟酌的。若射出的光线亮度过大,超过背景亮度,就可能适得其反。  如果想完美地控制照明系统发出的人造光线的强度和色彩,改善其光学隐身性能,就需要考虑选择一些先进的技术手段与之配合。采用精密光学传感器准确读取环境颜色、测定外界亮度,然后依据获取的背景参数,自动调整照明灯具的亮度、色彩,这样才可能得到较为理想的收益。比方说,从下往上看,天空是碧蓝色的,此时飞机的下表面若能发出柔和的蓝光,便可将自己隐匿于天空中。  但是,各国现役战机很少将逆向照明技术用于光学隐身,逆向照明技术的由来与现状如何?  利用逆向照明的方式对战机进行伪装,这种想法其实在二战期间就诞生了,美国和加拿大是最早研究这项技术的国家。1943年,他们合作开展了一项光学测试计划:在飞机的机身、机翼、发动机舱的前缘安装灯泡,力争通过白天亮灯的办法破坏其深色的轮廓。试验时要求设置的灯光亮度和色温尽量接近昼间的天空背景,以期使敌人在逆光或侧逆光的条件下,难以目视发现和识别迎头飞来的战机。这些新加在飞机和测试模型上的照明器具,被称为“耶胡迪灯”(Yehudi)。最初测试“耶胡迪灯”的是B-24轰炸机,安装后的模样可参看下图。

  研究人员用定制的光谱仪对自然环境以及飞机的亮度、颜色等数值进行测量后发现:“耶胡迪灯”系统在光学伪装方面确实有效。如果灯光的强弱调整得当,从某些角度看过去,飞机近乎无形。即使露出部分黑影,其外观也是支离破碎的,无法立刻断定目标属性。  后来,美国海军把这套发光伪装系统安装在TBF“复仇者”式鱼雷攻击机上,做了进一步的测试,总体感觉不错。

  如果从理想的角度进入,配有“耶胡迪灯”的“复仇者”被敌方目视发现的距离,能缩短86%。  越南战争期间,美国空军又在“罗盘幽灵”项目中对一种改进型发光伪装系统进行了试验研究。

  他们在一架喷有上蓝下白涂装的F-4C“鬼怪”式战斗机的腹部和侧面,安装了相应的照明灯具,通过多种模式的检验飞行,观察其是否具备理想的光学隐身能力。

  结果是:在某些角度范围内,该逆向照明系统的确能减少或消除这架F-4C本身的一些阴影,改变它的外观信息特征,从而将其被目视发现的距离缩短三分之一左右。  不过,试验数据的分析结论也指出:装于飞机外表的发光伪装系统对飞行环境很敏感,只在白天、特定视角和一定距离内才有效;天气情况、背景条件、观察角度、飞机姿态等因素的改变,均会对匿影藏形的效果产生影响。除此之外,该系统还会增大飞机的重量、能耗、成本和气动阻力,致使飞行性能有所下降。  这类原始的逆向照明系统,存在一些固有的局限性和复杂性,自然会导致其诞生几十年来从未得到广泛应用。  那下一代战斗机是否将采用逆向照明这类主动光学隐身技术?  下一代战斗机采用主动光学隐身技术,可以说是一个大概率事件。因为逆向照明装置目前所存在的重量大、能耗大、阻力大、适用范围有限等缺点,将随着主动/被动光学隐身的技术进步迎刃而解。这些相关技术包括:先进的光学传感器、尖端的超级材料、智能的飞机蒙皮、节能的LED灯具、轻薄的电致发光器件、新型的图像生成系统、高效的数据计算与处理系统等。

  如何才能让主动光学隐身装置发出的人造光,与外界的自然光完美地拼合在一起,是首先需要解决的问题。飞机发光伪装的成效与逆向照明系统的亮度密切相关,而且光线强弱的分寸必须拿捏得恰到好处,过明、过暗均不利于遁形。当然,灯光系统的色彩、启闭时机和发射角度也很重要,各要素越接近客观要求,获得理想成效的几率就越大。

  要想实时调整飞机外表发光装置的明暗,还需要能精确测出背景亮度、颜色等原始参数的传感器设备,这样才能使飞机外表和环境相互匹配。目前,除了那些附加安装在飞机内外的逆向照明灯具、感光器、计算机控制系统等装置,可用于主动光学隐身,另一种比较有发展前途的技术装置,是植入了多种传感器、具备多种功能的复合材料智能蒙皮。

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