轉載自：新浪新聞

隱身飛機的出現推動了反隱身技術的發展。目前反隱身的一種方法是在電磁（ EM ）頻譜方面將傳統的雷達頻率降低到 L 、 UHF 、 VHF 甚至 HF 頻段。另一種有希望的方法是將頻段升至更高的紅外( IR ）頻段，被動傳感器可以在這個頻段探測到由每個物體發出的熱輻射。未來隨著紅外（ IR ）導彈、紅外搜索和跟蹤（ IRST ）系統能力的提高，真正的低可觀測性將不僅需要在雷達多頻段隱身，而且需要在 IR 頻段實現隱身。

紅外頻段在技術上可以從300GHz的極高頻( EHF )無線電頻段頂部一直延伸到從430THz開始的可見光頻段，波長范圍從1mm到0.77um。然而，可用光譜目前只限于0.77~14um，它進一步分為三個子頻段：0.7~1.5um的近紅外（ NIR );1.5~6.0um的中波紅外( MWIR ）和6~14um的長波紅外( LWIR )。確切的界限會有所不同，可以在0.7~3.0um范圍內包括一個短波長紅外( SWIR )區域。

紅外搜索與跟蹤（ IRST )工作在 MWIR 和 LWIR 范圍進行。早期的防空導彈在近紅外段（ NIR ）內工作，但現在幾乎全部在 MWIR 段，使用的波長在不斷增大。

美國海軍藍色天使表演隊的 F / A -18在中低波長紅外中的圖像，可以注意到發動機羽流的輻射強度明顯較高。

紅外傳感器的升級

紅外傳感器的探測范圍在持續改進，未來將朝著具有更有效的波長和更顆粒化的探測陣列的方向發展，而紅外信號會隨著形狀、材料、觀測角度、速度、背景、環境、海拔高度和傳感器波長而變化。主要的紅外信號發射源部位包括發動機的熱部件、噴口的排氣羽流和飛機的機身，以及陽光、天空和地面的反射。因此美國的隱身飛機通過遮蓋發動機的發熱部件、冷卻排氣、縮小羽流及采用低輻射的表面涂層抑制紅外信號。

工作波段

有幾種不同類型的紅外傳感器，對應于波段內不同波長的輻射敏感材料。未冷卻的硫化鉛（ PbS ）探測器的工作頻段在2~3um。冷卻的硫化鉛或未冷卻的硒化鉛( PbSe )探測器的工作頻段在3~4um。冷卻的硒化鉛、錮銻或汞確化鎘（ HgCdTe )的新型傳感器可以在4-5um的頻段工作。汞啼化鎘還可以與微量熱探測器和量子阱紅外光電探測器一起在 LWIR 段工作。此外，探測范圍還受益于焦平面陣列的集成，隨著探測器數目的增加，分辨率也隨之提高。在 IR 區域內，所有溫度高于絕對零度的物體都會發出輻射。隨著溫度升高，總輻射量將以開氏溫度 K ／攝氏溫度℃的四次方增加，而且輻射會通過波長傳播，溫度越高，輻射曲線的波長會更短。20℃(68℉）時物體的最大輻射波長為9.9um，而在1000℃時物體的最大輻射波長是2.3um。

輻射量也取決于材料。“發射率”指標表示在給定溫度下的材料的輻射與理論上發射率為1的完美輻射體（稱為“黑體”）的比值，發射率通常不隨波長變化，但可以設計相應的材料，而且溫度和發射率共同決定了材料的“輻射度”( radiance )，即單位面積的排放量。物體相對于傳感器的“強度”，即信號強度取決于其在傳感器處的投影面積，因為探測器對“輻照度”( irradiance ）或者排放物的濃度做出響應。因此，物體的 IR 強度取決于被探測的視角，并由于傳感器是從球體中心向外探查，所以輻射量總是隨著距離的平方而減小。

除了發射熱輻射外，飛機還會分別遭受來自太陽、天空和地面的輻射，分別被稱為陽光，天空散射光和地球反照光（簡稱地照，或地光）。控制 IR 信號需要考慮發射和反射輻射。由于能量守恒定律，所有入射輻射必須被吸收、傳播或反射。發射率總是等于吸收率，而材料通常太厚以至于無法發射。如果發射率降低，反射率就會增加。

但輻射必須要到達傳感器才能被探測到。由于主要由水蒸氣和二氧化碳造成的分子吸收和鏡面散射，在大氣中傳輸的波長比在其他介質中傳輸的波長短，兩者隨著壓力而變得越來越密集，氣體越濃，“吸收帶”越深也越寬。水蒸氣密度也隨溫度而變化，但在9150m(30000ft）以上則非常稀薄，變得可以忽略。實際上，這種吸收探測限制在 MWIR 和 LWIR 的2~5um和8~14um的“大氣窗口”中，意味著探測范圍在較低的海拔和角度下總是較差。

最后，傳感器必須將目標與它們間的任何背景輻射或路徑輻射（ path radiance )區分開來。地面輻射取決于植被和溫度，并且可能具有比目標更大的強度。天空的光芒隨著時間的推移和緯度的增加而變化。清晰的天空可能有利于探測飛機，而云可以阻擋 R 輻射并反射強度大于目標的陽光。頻段低于3um時，路徑輻射的主要來源是由氣溶膠散射的太陽光；超過3um時，空氣的熱散射增加到 MWIR 波段的末端。

大氣透射的紅外波長

總體 IR 信號水平

目標的總體 IR 信號水平（ lRSL ）是其所有部分的信號總和。每個組件的信號取決于其輻射度與背景和路徑之間的對比度、在傳感器上的投影面積、發射波長的大氣衰減程度（與對比度和投影面積共同決定了組件的“對比度強度”）以及傳感器對這些波長的響應能力。此，飛機的 IRSL 的主要決定因素取決于視角和子頻段。

在 MWIR 段，飛機后部的 IRSL 最大，前面的最小。來自后端的紅外信號主要由發動機的“熱部件”，即噴管中心體、內壁和低壓渦輪的后端面造成，這些零組件的溫度在450~700℃之間，也就是噴管和排氣羽流的溫度。這也是幾乎所有紅外制導的防空導彈都工作在 MWIR 段的原因。

在機身后段的四分之一處，熱部件仍然是紅外信號的主要貢獻者。排氣羽流也是如此，但并不像人們所想象的那么明顯。與固體不同，氣體分子自由振蕩，這使得它們在特定的“譜線”下發射和吸收能量。由于碳氫化合物燃燒的主要產物（水蒸氣和二氧化碳）也在大氣中，所以吸收的羽流的散熱量比其他的信號組件多。然而，排出氣體的高溫高壓使二氧化碳的吸收線增加到4.2um，會在4.15um和4.45um處產生尖峰。但大氣依然會使它們衰減，特別是在低海拔地區。

而從側面看，羽流的信號強度最大。它可以在飛機后面延伸超過15m(50ft)，但其輻射主要集中在前面的1.37m(4.5ft)。隨傳感器投影面積增加，機身也成為了主要的信號貢獻者，機頭、機翼前緣和進氣口都是主要部位。因為羽流沿噴管軸線徑向擴張，所

以盡管溫度迅速降低，羽流仍然可見。

紅外發射率隨溫度的變化

目前還沒有關于現代作戰飛機的 IRSL 公開資料，而且考慮到所有的因素， IRSL 也并沒有像雷達截面積（ RCS ）這樣具備可探測性的簡單度量標準。為了進行基準測試，蘇霍伊公司認為其蘇﹣35上的 OLS -35MWIRIRST可以從后方90km(56mile）到前方35km的范圍內偵察到一架蘇﹣30尺寸的目標。但是蘇﹣30是一款大型雙發飛機，無法有效地抑制 IR 信號，理論上，距離后方約10km的位置，紅外制導的地空導弾就能將其作為目標捕獲。

飛機的 IR 抑制通常從發動機開始。熱端部件的信號最容易用屏蔽抑制，主要通過增強排氣與空氣的混合來縮小羽流，從而更快地降低溫度和壓力。常見的技術包括增加發動機的涵道比，將溫度更低的空氣、水蒸氣或碳顆粒注入排氣中。另一種方法是增加具有 V 形、扇形或波紋狀密封件的噴管，促進羽流的徑向擴散并與空氣混合， V 形的噴管后緣還能產生脫體渦以加速混合。這些增加的部件也能夠減少噪聲排放，這就是為什么新型客機的發動機配有 V 形排氣噴管。

使用低發射率材料可以減少蒙皮的發射。理論研究表明，將蒙皮的發射率從1降低到0,可以使探測范圍減半。具有不同折射率的分層材料可以使表面僅反射特定的波長，并在其他波長發射，例如，那些具有更大的大氣衰減的波長。當然，隱身飛機上的表面涂層也必須考慮其雷達效應。