隱身原理
人們看見物體,是因為眼睛能看到來自物體的光線,如太陽、火、燈等,不同的顏色是因為不同波長光線的強度比例不同。對於不發光的不透明的物體,是對受到照射光線的反射,如對光線有吸收且對不同波長的吸收不同,則會呈現出不同的顏色;對於透明的物體,因為與空氣的折射率不同,在界面會產生反射與折射,可以看到反射光或經折射的透射光而發覺與背景不同。例如空氣的折光率約為1,水約為1.33,普通玻璃1.5,在空氣中的玻璃較容易發現,而在水中就較難,如是在折光率接近玻璃的溶液中就沒辦法看到了。
因此,要隱身所必須要兩個條件:一是要完全透明,二是要與周圍介質的折光率相同或相近。如果按科幻故事所述,通過某種特殊的方法達到這兩個條件,實現了隱身。那么,隱身人又可以看見什麼呢?
眼睛感受光線,是因為眼內視網膜上的感光細胞中,感光色素吸收相應的光線發生化學變化,產生電信號刺激視神經,傳遞到大腦產生光感。如果隱身人是完全透明的,那就無法吸收光線也就感受不到光線,所以就看不到光。那如果只吸收很少一點光而對隱身效果基本無影響可行嗎?還是不行,因為眼睛不僅是感受光線,還經過不同折光率的角膜(1.38)、房水(1.34)、晶狀體(1.42)、玻璃體(1.34)的折光體系對光線成像,要是折光率都與空氣近似,就無法成像;同時,除眼前方的光線外,原被禁止的其它各個方向的光線也會照到感光色素上,所以也只能是有明暗的光感而看不到任何物體。就好比是膠片在相機中可以產生正確的影像,但如將膠片直接對著景物會無差別的曝光一樣。
科幻名詞
“隱身”是常見的科幻題材,赫伯特.喬治.威爾斯的小說“The Invisible Man”,就是一個此類作品的早期代表作,而相關的電影也有許多。因為隱身人來無影去無蹤,這些幻想故事的主題就由如何對待此超乎尋常能力的方式上展開,不外是隱身人反抗惡勢力,或者因為過度的自由導致心中的邪念膨脹進而危害社會。但最後總是以隱身技術的不可重現性消失而告終。
不考慮其中的魔幻成份,這些故事同所有科幻作品一樣,是以已知的科學知識為基礎,虛構一個技術關鍵的突破以獲得隱身的能力,如喝某種特殊配方的藥水或經特殊的儀器、射線處理等。先來看看隱身人的背景知識:
現實依據
現實的隱身是根據:一件物體,反射的光會被人眼吸收(例如一個物體吸收了全部的色素光就會呈現出黑色,反之則呈現出白色,其他顏色只是吸收了一部分的色素光),只要把所有光都用特殊的方法吸收或繞過該物體繼續向原方向照射了,便可隱身。
軍事套用
隱形戰機隱身技術(又稱低可觀測性技術)和隱身武器系統的出現是提高作戰平台生存能力的作戰需求、電磁理論和電子技術發展的共同作用的結果。1975年美國開始研製F-117A標誌現代真正隱身武器系統的誕生。
軍事隱身技術的含義
隱身是個通用的術語,是控制目標的可觀測性或控制目標特徵信號的技巧和技術的結合。與隱身有關的術語還包括特徵信號控制、降低雷達截面、特徵信號互動、低可觀測性、十分低可觀測性等。目標特徵信號是描述某種武器系統易被探測的一組特徵,包括電磁(主要是雷達)、紅外、可見光、聲、煙霧和尾跡等6種特徵信號。據統計,空戰中飛機損失80~90%的原因是由於飛機被觀測。降低平台特徵信號,就降低了被探測、識別、跟蹤的機率,因而可以提高生存能力。降低平台特徵信號不僅僅是為了對付雷達探測,還包括降低被其它探測裝置發現的可能性。隱身是通過增加敵人探測、跟蹤、制導、控制和預測平台或武器在空間位置的難度,大幅度降低敵人獲取信息的準確性和完整性,降低敵人成功地運用各種武器進行作戰的機會和能力,以達到提高己方生存能力而採取的各種措施。
軍事隱形技術的意義
各國軍方為什麼又要研究隱形技術呢?實際上研究的並不是在這種科幻小說中的隱身人,而是實用目的為主的隱形技術。比如說隱形轟炸機,你完全可以看到是一個龐然大物,只不過採用了各種方法減少雷達波的反射從而在雷達上隱形。因此,所有的單兵隱身技術也只是讓人不容易發現等,比如說穿上迷彩服,你當然可以看到,只是在叢林背景不容易被發現而已,但在其它的背景下反而更容易被發現,因此不同的環境下的作戰服是不同的。有一些研究讓光線轉彎的單兵裝置,可以說是一種可適應各種背景的迷彩服,但也只能是涉及身體大部份的地方讓光線偏轉,觀察所需部分的光線是不能變的,否則一樣的看不到別人,只是可以將這部分變得很小因而不容易被發現。再如竊聽器,要是做得很小很小,那也就相當於是隱形了。這對於提高戰場生存能力具有非常重要的意義。
隱身技術和隱身武器系統發展歷史
隱身技術和武器系統的發展可以分為探索階段、發展階段、套用階段。
①探索階段(70年代以前)
飛機一出現,人們就企圖降低它的可見光特徵信號,後來,重點轉變為反雷達探測。在第二次世界大戰中,德國、美國和英國都曾嘗試降低飛機的雷達特徵信號。德國潛艇通氣管採用過能夠吸收雷達波的塗料。
60年代中期以後,一體化防空系統效能得到很大提高,提高飛機生存能力的重要性和迫切性變得異常突出,西方國家研究出了一些戰術和技術對抗措施,並研製出U-2、A-12、YF-12、SR-71、D-21等具有一定隱身能力的飛機。但由於缺少提高生存能力的系統方法,更缺少支撐隱身的先進技術,所以還沒有出現真正的隱身武器系統。
②發展階段(70年代至90年代初)
在採用降低特徵信號以提高飛機生存能力的強烈需求推動下,提出了研製以降低雷達截面為主要目標的、實用的、真正的隱身飛機的要求;由於理論,以及計算機、電子、控制、材料技術的進步,以減小雷達截面為主要目標的實用的第一代隱身飛機——F-117A“夜鷹”於1975年問世。美空軍1981年開始發展第二代隱身飛機——B-2隱身轟炸機。
此外,F-16C、F/A-18C/D、B-1B等也採用了部分隱身技術,隱身技術還被推廣到各種飛彈、直升機、無人機、水面艦艇當中。潛艇的噪聲以每10年降低10~20分貝的速度下降,世界上最好的核潛艇的噪聲已經降低到90~100分貝,低于海洋環境噪聲(115分貝)。
③套用階段(90年代以後)
第二代隱身飛機研製成功,第一、第二代隱身飛機多次參加軍事行動,取得顯著戰果。開始研製第三代隱身飛機。隱身技術嚮導彈、艦艇、直升機、戰車,甚至彈藥、地面設備、服裝和機場等領域推廣和移植。。
美空軍於1993年12月開始部署B-2隱身轟炸機,這是集低可觀測性、高空氣動力效率和大載荷於一身的第二代隱身飛機,採購數量為21架。
美空軍於80年代開始設計F-22“猛禽”戰鬥機,1993年開始研製“聯合攻擊戰鬥機”,它們都屬於第三代隱身飛機。
隱身飛機開始大量參加戰鬥是這個時期的一大特點。1991年海灣戰爭期間,美在海灣部署的43架F-117A隱身飛機出動了1271架次,攻擊了伊拉克40%的戰略目標。1999年6架B-2隱身轟炸機首次參加科索沃軍事行動,共出動40架次,投下500枚“聯合直接攻擊彈藥”,總重450噸。隱身技術和武器系統發展的動力和基礎隱身技術和武器系統的出現是作戰需求、理論、技術發展的綜合結果。
迫切的作戰需求。自從有了雷達,尤其是60~70年代一體化防空系統在阿-以衝突和越南作戰中,使以色列和美國飛機遭受重創,突現了降低飛機的雷達截面,提高生存能力的重要性和迫切性。為了降低平台的易受攻擊性,需要採取降低平台的特徵信號;裝備威脅告警裝置;使用欺騙和支援性干擾、誘餌;一次性使用裝置;選擇適當的武器、戰術;壓制敵方威脅等措施。其中降低目標特徵信號,即採取隱身措施對於提高生存能力具有重要作用。
雄厚的理論基礎。1966年蘇聯學者發表的“在物理折射理論中的邊緣波方法”論文,提出預測某種簡單形狀的物體如何散射或反射電磁輻射的方程,闡述了編制計算機軟體來精確地計算某些兩維結構雷達截面的方法。從此,人們有可能精確地預測雷達截面,從而設計真正的隱身飛機。後來許多國家進行雷達截面的分析研究與軟體開發,為隱身武器系統的發展奠定了理論基礎,使隱身技術的發展由經驗型轉變為以理論為基礎。
先進的技術支撐。隱身飛行器的設計和操作需要大容量高速計算機;獲取、傳輸、處理任務計畫數據,進行大量計算以確定最佳飛行路線需要先進的計算機和先進雷達機載技術。先進的隱身材料製造和維護技術也是必不可少的支撐技術。這些關鍵技術支撐了隱身飛機的發展。
隱身衣
構想
衣服由無數小晶片組成,每個晶片有自己的處理器,並且可以調用所有人眼球的信息,可以成像,發光,散熱,製冷,透氣等。當穿著隱身衣的人出現的時候,衣服的每個晶片將觀察者原來看到的影像(後邊的物體)按照觀察者的視覺信息在你的位置成像(距離因素也計算出來);一些晶片模擬發光,將穿衣者產生的陰影效果除去(或抵消);穿衣者周圍空氣由體溫帶來的影響也由晶片的製冷功能抵消;透氣散熱,這樣隱身衣可將整個人體都包括(當然其他的物體披上晶片組成的衣服也可以實現隱身效果)……
不易實現的因素:小晶片的功能使它的製作工藝不簡單,信息庫不夠發達不能將所有人每天每時每刻的視覺信息都考慮到。
隱身成為可能
美英兩國科學家利用光學原理,成功地用它“隱身”了一個銅圓柱體。這一重大發現已被刊登在今天發表的《科學》雜誌上。
這件“隱身衣”主要材料為金屬和電路板材料的混合物,比如陶瓷或光纖合成物等等。這種材料吸收了特定的光線,人的肉眼是感受不到比較微弱的光線,就好像物體不存在一樣。
這就像是海市蜃樓,在海市蜃樓中,熱量引起光線變化,隱去了天空中出現的影像後面延伸的道路。隱身衣的設計者大衛-施伊格稱:“我們創造了一個人造的海市蜃樓。它可以隱藏一些物體,讓觀察者從各個方向都無法察覺它的存在。”
這件“隱身衣”可以阻止探測物體的微波。像光線和雷達波一樣,微波遇到物體時通常會反射回來,所以儀器就會發現這種物體,形成一個可以探測到的影子。
而隱身衣使用的特殊材料,可以讓雷達波、光線或者其他的波繞過物體而不會反彈回來,進而達到不可視的效果。這就像是小河中的水流能夠繞過一塊平滑的岩石繼續向前流去而不會反彈回來一樣。下一步要消滅“陰影”。不過這只是科學家“偷天換日”的第一步,今後科學家們還將對其進行改造和發展,從而製造出可以使人和其他物體“消失”的隱身衣。設計者稱:“這個隱身衣只是二維的,而且還投下了一個小小的陰影。我們下一步是做出三維的隱身衣並消滅所有陰影。”
人們能夠看到物體,是因為物體會將照射到其表面的光線分散開,並反射到人的眼睛裡。這個隱身衣既可以減少光線的反射,同時也可以減少物體的影子。不過,兩者還都沒有完全被隱藏起來。
在理想情況下這兩者可完全“消失”,人們無法察覺到“隱身衣”和它隱藏物體的存在。
設計者稱:“目前,我們只是使物體的影子和它反射的光線不易被人眼發現。這意味著它的背影仍然能夠看得見,只不過是變暗了。今後我們還要改進它的結構,讓它成為徹底的隱身衣。”設計者還補充說,人們甚至可以想像這種材料能夠隱藏聲音,不會產生震動。中科院物理研究所光物理實驗室研究人員告訴本報記者說,根據物理學界此前對隱身材料的研究和套用來看,開發出文中這種可以隱藏物體的“隱身衣”還是有可能的。
光物理學上的“隱身”是指在物體表面塗上一層特定材料,通過吸收其對應的特定波長,從而達到無法探測的效果。此前,這種光學原理已經在軍事上被廣泛運用。
比如在飛機或者潛艇上塗上可以阻斷紅外線的材料,雷達就很難探測到它們的存在。
不過,這種使可見光“隱身”的實際套用此前並不多見。由於紅外線具有更好的保密效果,利用比較廣泛的多為紅外線的隱身技術。
由於可見光中包含多種波長的光線,因此如果找到能夠吸收各種波長光線的材料絕非易事。因此,科學家開發出讓人類實現隱身的神奇斗篷尚需時日。
視覺偽裝
2004年,日本東京大學教授推出了一款寬大外衣,人們只需穿上這件外衣,就可以讓人“難以辨認”。
事實上,這款名為“隱身衣”的發明並非是真正的隱身,它只是利用“視覺偽裝”而達到讓人無法辨明的目的。
它是由回射性物質構成,具體的做法是在整個衣服上塗上了一層回射性物質,衣服上還裝配了照相機。
原理是將衣服後面的場景由攝影機拍攝下來,然後將圖像轉換到衣服前面的放映機上,再將影像投射到由特殊材料製成的衣料上。
這套技術吸引了軍事專家的極大注意,他們對是否能開發出一種幫助部隊隱身的技術很感興趣。
靜止隱形
俄羅斯烏里揚諾夫斯克州立大學加多姆斯基教授稱已經發明出了一種特殊的“隱身衣”,並且申請了專利。
加多姆斯基教授發現,一個物體只要復蓋上一種由黃金膠體粒子製造的“特殊外衣”,就可以達到隱形的效果。
研究人員相信,像飛機和太空船這樣的大型物體,只要塗上了這種特殊物質,將能夠從雷達螢幕前“消失”。
量子隱形
加拿大Hyperstealth生物技術公司日前表示,他們所研發的“量子隱形”材料及相關技術已經獲得重大突破,並已得到美國和加拿大軍方的認可。
“量子隱形”材料可通過折射周圍光線來實現“完全隱形”的驚人效果。這種材料可以用來製作隱形衣,幫助戰場的士兵通過隱形來完成高難度的作戰任務。該公司執行長蓋伊·克拉默介紹說:"量子隱形"材料不僅能幫助特種部隊在白天完成突襲行動,而且還能幫助士兵在遭遇不測時順利逃生。此外,這種材料還有望在下一代隱形戰機、潛艇和坦克上得到套用,讓其實現真正的隱形,幫助部隊在"無形"中完成對敵方的打擊任務。”
網路用語
軍團要塞
在軍團要塞2中,隱形手錶是間諜的標準配置,敵人是無法發現用隱形手錶隱身中的間諜的,間諜也可以隨時現身用刀子背刺敵人。背刺可以在敵方角色背後進行一擊必殺,無論敵方玩家為何種角色都能將其殺死(除非是無敵狀態)。
網路隱藏
通過代理來隱藏自己的真實地址,達到反追蹤的目的。也有隱藏本機ip,保護自己的隱私和網路安全。
也稱隱身技術,最常見的英文說法是Stealth,在台灣一般翻譯為匿蹤,大陸則以隱身稱呼這個技術。
低可偵測性技術是採用特殊的設計理論或者是裝置,降低某個物體被偵測到的機會或者是能夠被偵測到的距離。最早使用或者說是具備這種能力的並不是人類,而是存在於大自然中的各種生物,利用背景,光影或者是自身表面的顏色或者是花紋的變化,將外形融入他們所存在的環境當中,避免成為獵物,這可以說是最早的低可偵測性的例子。
隱藏技術
低可偵測性技術是軍事研究與裝備開發方面的熱門項目,著眼點在於:當敵人無法發現或者是發現我方的時機較晚時,也就提高我方達到目的的機會與生存率。低可偵測性不單單是著眼於隱藏自己的行蹤,同時也在隱藏的過程當中提高我方的殺傷力與裝備的存活能力,因為不容易被發現的時候,成功躲避敵人或者是攻擊敵人的機率與效率也可以跟著提高,間接降低我方裝備的損毀機率以及需要的數量。
比較常見到有關低可偵測性技術的介紹資料多集中在對付雷達的偵測上面,其實低可偵測性技術包含的範圍包括任何可以做為偵測手段的方式,其中又以無線電波段、紅外線波段、可見光波段以及聲音這四方面的研究為主。
無線電波段
無線電波段偵測手段使用最廣的當屬雷達,雷達在許多偵測手段上的有效探測距離和追蹤的精確度最高,壓制雷達的偵測能力是低可偵測性科技研究上的主要項目。
減少反射
減少的方式有兩種,一個是將入射的訊號,利用雷達波吸收材料(Radar-Absorbing Material,ARM)與以吸收。另外一個方式是發射相位相反的訊號抵銷反射訊號的強度。利用雷達波吸收材料的歷史很早,使用的方式包括飛機結構的材料或者是表面的塗料。發射主動訊號抵銷的技術層次相當的高,目前公開擁有這種技術並且有系統實用化的國家只有美國與法國。
俄羅斯另外開發出一種技術,利用等離子吸收電磁波的特性來取代雷達波吸收材料,這個技術的理論基礎很早就出現,對於無線電訊號的隔絕現象也早有研究,不過使用在軍用裝備上,尤其是飛機上面還有許多尚未公開或者是證實的說法。
改變反射
主要減少的方式是利用物體的外型將入射的訊號反射到其他方向上,使得雷達無法在該方向上取得足夠的訊號強度而達到匿蹤的目的。這方面的運用,尤其是在軍用航空器上面非常的熱門,困難度也比較高。產生困難的地方之一是如何讓低可偵測性與飛機的運動性能這兩項互相衝突的要求取得良好的妥協。蘇聯美國空軍洛克希德臭鼬工作室電腦F-117
降低散發
除了抵銷入射的訊號之外,還必須嚴格控制自己發出的各種訊號,包括雷達,通訊以及其他電子裝備散發出來的噪聲。這方面牽涉到的考慮以及運用方式很廣,譬如說雷達在操作時的必須精確的控制發出的能量,以免被其他的偵測系統接收等等。
雷達反射
雷達反射截面積(Radar Cross Section,RCS)是衡量一個物體將訊號反射到雷達訊號接收裝置的能力。截面積愈大,表示在該方向上反射的訊號強度愈大,也就愈容易被發現。
紅外線波段
機械或者是電子裝置在運作的時候都會產生廢熱,人體本身也會散發能量出來,這些都可以利用紅外線波段的偵測裝置加以蒐集。目前主要的控制方式包括兩類:一種是利用周遭較冷的空氣或者是其他的媒體吸收發出的熱量,減低散發的訊號強度。另外一種是採用途料或者是其他的手段,改變產生的紅外線訊號的波段到比較容易被大氣吸收或者是常見的偵測裝置使用的波段以外,以達的遮蔽訊號的目的。
可見光波段
可見光的隱蔽手段可以說是人類向大自然與其他物種學習的一個例子,由其他生物與生據來的能力中得到的啟發來達到隱蔽的目的。最簡單的手段就是利用夜間和人類無法在夜間看到遠處物體的天生缺陷,其他常見的使用方式包括與環境類似的迷彩或者是可以欺騙眼睛判斷能力的圖形或者是顏色。
聲音
雖然聲音的傳遞距離有限,效果不佳,但是這可以說是各種生物,尤其是動物都具備的偵測能力,人類自然也不例外。降低聲音的手段非常的多,譬如利用軟性材料加以吸收,改變機械裝置的設計減少摩擦或者是碰撞產生的音響訊號等等