紅外線匿蹤科技 未來應用與發展

楊榮中、洪炎輝
 匿蹤科技被公認為二十一世紀尖端科技的關鍵技術,其在戰場上能發揮的功效已從近二十年內幾場戰事(波灣戰爭、科索沃戰爭、美伊戰 爭)中獲得驗證。目前此項技術更朝多元化方向發展,包括構型設計、特殊塗料乃至電子反制措施等,均已被廣泛應用在匿蹤飛機、船艦、戰車、潛艇及飛彈等裝備 上。
 裝甲車輛紅外線匿蹤技術的發展
 紅外線具有波長長、穿透大氣煙霧能力強、能偵測傳統偽裝的特點,故在軍事上之運用範圍 十分廣泛。由紅外線物理學可知,偵測目標輻射能力的高低,取決於目標的溫度、最大輻射波長和目標的發射率等三個主要參數。因此,紅外線匿蹤科技之研究方 向,包括改變目標的表面發射率;降低目標的紅外線輻射強度;調節紅外線輻射的傳散途徑;合理設計裝甲車輛結構。
 低紅外線輻射薄膜材料,係 通過改變目標表面之紅外線發射率,來達到紅外線匿蹤目的。通過控制材料載子密度等參數可製作不同發射率的薄膜,使這些薄膜均可能達到極低發射率。應用上此 種低發射率薄膜,可製成熱紅外線迷彩膜,或用做散熱紅外線匿蹤膜和透氣隱蔽材料。美、英兩國於研究某種電致變色材料時,發現其具備紅外線發射率和紅外線反 射率變化大的特點,故亦可使用於軍事用途上。目前美國軍方已將此電致變色材料,成功應用於紅外線導向飛彈的紅外線發射干擾器中;美國空軍亦將此種電致變色 材料,作為熱敏紅外線控制元件,應用在微型間諜通訊衛星上;美國陸軍則將此種電致變色材料應用在士兵服裝上,在夜間不會被敵方探測發現;同時,根據艦船、 坦克、車輛在不同環境下的偽裝要求,而採用電致變色材料,可使武器裝備表面之薄膜塗層,呈現不同的可見光迷彩偽裝顏色,並可利用改變紅外線發射率,而達到 夜間和白天均能具備紅外線匿蹤功能的目的。
 新型紅外線匿蹤材料介紹
 奈米匿蹤材料隨著對奈米材料的研究不斷深入,證明奈米 材料具有極好的吸波特性,和較低的紅外線發射率,因而美、法、德、日、俄等國家,皆把奈米材料作為新一代匿蹤材料,進行探索和研究。最近報導,由美國密西 根大學主導的研究團隊,在物體的表面垂直地植入細薄的奈米碳管層,使被觀察的物體呈現完全平坦和黑色,若物體圖案的背景也是黑色,就像憑空「消失」般,無 法呈現出本身的形狀和顏色。
 紅外線匿蹤軟性材料,是指以織物為中心開發的各種紅外線匿蹤材料,常常以高性能纖維織物為基礎。它具有很多優 點,包括可以有效降低目標紅外線輻射能量,使具備紅外線匿蹤性能;另外,可以承受一定的伸長和較大的張力,能夠隨目標的變化,產生相應的變形如折疊和彎 曲,適用於作戰人員以及各種武器裝備和軍事目標。德國Pusch Gunter機構研製匿蹤網之成果,已可在雷達波段、可見光匿蹤及紅外線波段產生接近環境的輻射。美國亦已著手研究釐米波、毫米波相容可見光、近紅外線、 熱紅外線等多頻譜之匿蹤偽裝網。
 智慧型匿蹤材料是一種具有感知功能、資訊處理功能、自我指令並對信號作出最佳回應功能的材料。例如電路類 比匿蹤材料,該技術是在合適的基底材料上,塗敷導電的薄窄條網路、十字形或更複雜的幾何圖形,或在複合材料內部埋入導電高分子材料形成電阻網路,實現阻抗 匹配及損耗,進而使被保護目標與周圍環境紅外線特徵相近,而不易被偵測到。
 微膠囊相變匿蹤材料,將內裝有相變材料的微膠囊,埋置在泡沫狀 物質中、分散在織物中或是與膠粘劑混合後用在軍事目標上。微膠囊相變材料就可以通過吸收目標放出的熱量,降低其熱紅外線輻射強度。Mckinney等將不 同熔點的微膠囊相變材料,加入到可見光迷彩塗料中,並塗覆於坦克等武器裝備上,在坦克的不同發熱部位,塗覆含有不同熔點微膠囊相變材料的迷彩塗料,這樣在 紅外線熱像圖上,就會顯示雜亂的紅外線顏色特徵,與坦克真實的紅外線熱像圖,產生很大的差異,進而實現了可見光和紅外線的雙重一體化偽裝效果。
 紅外線匿蹤技術發展方向
  由於高技術戰爭中光電偵察和導引手段的多樣性,單一針對某種偵察手段的匿蹤技術,已達不到戰術要求,因此綜合運用各種技術手段,研究和發展能夠同時對抗可 見光、紅外線、雷射、雷達偵察的綜合匿蹤技術,是未來匿蹤技術發展的主要方向。目前,美、德等國正在積極研製多波段匿蹤材料,其研製水平已達到可見光、紅 外線、雷達和毫米波四波段相容。這種多頻譜匿蹤塗料,能同時減小裝甲車輛被可見光、近紅外線、遠紅外線和雷達探測器發現的距離和概率。美國在多波段匿蹤塗 料技術可以吸收雷達、紅外線、毫米波,塗到被保護裝備上之後,最終形成的塗層僅使裝備厚度增加幾個毫微米,適用於任何材料和結構。
 複合型 匿蹤材料由多層不同功能的匿蹤材料疊加而成,一般表面為多功能匿蹤塗層,下層為雷達吸波材料等。目前已有研究人員巧妙設計出一種三層材料:基材表面加上一 層具有紅外線高反射特徵的材料,最外面又塗上一層紅外線高透射材料。當基材表面溫度高於環境溫度時,基材向外輻射的大部分紅外線,經過中間高反射層反射回 去,只有很少部分輻射,透過最外面的高透射層,使得紅外線探測器接收到的信號很少。
 新型智慧匿蹤系統綜合傳統匿蹤設備,和新型智慧匿蹤材 料,使裝甲車輛能夠預測評估自身狀態、感知外界環境以及敵方威脅、自動處理資訊、自動下達指令作出相應的回應。加強多種匿蹤技術,綜合在裝甲車輛設計初期 結合結構匿蹤技術,綜合運用多功能塗料、複合型匿蹤材料、以及專門的匿蹤設備等系統設計裝甲車輛的整體匿蹤性能,並將匿蹤指標列為一項重要的戰技指標。
 結語
  隨著各式導向型武器之遠距攻擊,以及破壞能力的不斷進步,在現在的環境下為提高戰場上之生存率,裝甲防護科技已不僅要強化被擊中時如何能不損毀,更重要的 是強調如何不被擊中,故世界各國均投入大量人力、物力研究匿蹤科技。由於紅外線匿蹤技術在戰場上的重要性,目前各國多將其列為軍事機密,嚴格限制其輸出, 故我國若欲獲得相關先進技術,除自行開發外實無他途。但是進一步看,由於近年國防預算另有重要運用方向,及盟國不願輸出先進裝備,要直接獲得次世代裝備進 行直接更新難度極高,但若能成功開發出先進的紅外線匿蹤塗層材料,不僅能應用於裝甲防護上,更能輕易推廣至飛機、船艦、潛艇及飛彈等各式裝備上,使國軍之 各式裝備立時升級,俾益國防實力提昇。(作者為中科院冶金組專員)

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