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灯泡,逆向照明与光学超材料,视觉隐身魔法75年

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发表于 2020-4-16 09:00:02 | 显示全部楼层 |阅读模式

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作者:布雷特·廷利  
原载The War Zone
来自空军之翼


  从神奇女侠的隐身喷气机到星际迷航宇宙中罗慕兰人和克林贡人的隐身装置,科幻小说和大众文化中都充斥着完全能够视觉隐身的飞行器。尽管隐身概念起源于小说,但从军事航空诞生之日开始,使飞机肉眼看不见的研究就一直在或明或暗地进行者。
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神奇女侠的隐身喷气机(1977年电影)

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 楼主| 发表于 2020-4-16 09:00:03 | 显示全部楼层
  躲避雷达系统、红外传感器和其他传感器的探测是现代隐身飞机背后的主要研发目的,但即使在综合化防空系统日益先进的现在,避免或推迟被敌人目视发现仍处于战略航空技术发展清单的顶部。
  对于现代军用飞机来说,可以做到不被敌方雷达发现,甚至不被敌人听到,但要做到不被敌人看见仍然很困难。现代战争严格的交战规则以及隐身战斗机和电子战飞机需要渗透到敌方空域长时间作战,意味着能被看见仍是现代战斗机的主要致命弱点。因此,仍然需要使飞机尽可能地具有视觉隐身能力。
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被高空航迹出卖的飞翼飞行器
  目前全球尚未出现肉眼看不见的飞机,或者接近这一目标的先进自适应迷彩涂装,但有迹象显示此类技术正在变成现实。像B-2“幽灵”这样隐身飞机已经拥有通过最小化凝结尾迹来降低视觉特征的系统,文献显示其他视觉隐身技术的研发甚至可以追溯到上世纪上半叶,这表明现在视觉隐身技术至少在一定程度上是确实存在的。
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 楼主| 发表于 2020-4-16 09:00:04 | 显示全部楼层
神秘的耶胡迪灯
  从机械化战争早期开始,世界各地的军队就将五花八门的迷彩涂在建筑物、地面车辆、飞机和海军舰船上,以缩短被肉眼发现和识别的距离。近年来,计算机生成的更复杂迷彩图案已经得到广泛应用,但迷彩涂装的实际隐身效果仍受到很多因素的影响,如照明和天气条件,以及观察者的观看角度等  。
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斯洛伐克米格-29复杂的数码迷彩
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 楼主| 发表于 2020-4-16 09:00:05 | 显示全部楼层
  为了解决这个问题,航空研究人员在第二次世界大战中测试了借助光线来伪装飞机的方法,无论是通过哑光涂料来控制飞机反射回的光线,还是通过一种被称为逆向照明的技术来帮助飞机与周围环境融为一体,这些早期研究奠定了视觉隐身技术的基础。
  逆向照明概念非常简单,当明亮的光线被投射到飞机的蒙皮上时,就很难在白天的天空中看到该机,因为它不再是一个黑色的轮廓,而是与明亮的天空融为一体。
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萤火虫鱿鱼是逆向照明伪装术的大师,捕食者从下方看时,发光的鱿鱼能将自己的轮廓隐藏在上方海面中

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 楼主| 发表于 2020-4-16 09:00:06 | 显示全部楼层
  从1943年开始,美国和加拿大开始测试一种有点粗糙的逆向照明技术,将灯泡直接安装在飞机的机头和机翼前缘以破坏其独特的黑色轮廓。这个概念要求将灯光的亮度和色温设置得尽可能接近白天的天空背景,使敌人从迎头角度难以目视发现和识别飞机。
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“耶胡迪灯”安装示意图

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 楼主| 发表于 2020-4-16 09:00:07 | 显示全部楼层
  这种伪装技术名为“耶胡迪灯”,可以有效缩短人类肉眼发现飞机的距离。美国海军随后开始了一项计划,在格鲁曼TBF“复仇者”鱼雷攻击机上测试了“耶胡迪灯”的功效,以缩短被浮在水面上的德国U艇发现的距离,以更好地实施攻击,同时也提高飞机生存能力。根据美国国防研究委员会(NDRC)科学研究与发展办公室委托在1943年撰写的一份题为“可见性研究和伪装领域的某些应用”的报告,“耶胡迪灯”在许多情况下都相当有效。
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机翼尾翼前缘和发动机罩上装满灯泡的TBF“复仇者”

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 楼主| 发表于 2020-4-16 09:00:08 | 显示全部楼层
  报告指出:“没有伪装的飞机可以在19公里的距离山过久被目视发现,而装有‘耶胡迪灯’的飞机能接近到2700米的距离后才被发现,即使旁边有未伪装飞机在伴飞。”
  这份报告还用了整整一章专门介绍了“人类观察者的感知能力”,详细说明了NDRC为确定“耶胡迪灯”和其他发光伪装系统有效性而进行的广泛测试,还概述了陆军海军科学研究与发展办公室(ANOSRD)视觉委员会执行的众多研究计划,其中包括人眼如何感知和检测亮度和颜色的微小变化,以及在相似背景下发现发光物体的长期研究。
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被高高挂起的B-24测试模型

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 楼主| 发表于 2020-4-16 09:00:09 | 显示全部楼层
  NDRC在该领域进行了广泛测试,研究人员自行开发了定制光谱仪来测量自然环境的亮度和颜色,并架设了一座30米高的塔架,悬挂安装了各种实验性发光伪装系统的模型飞机进行测试。最终,研究人员使用B-24“解放者”轰炸机来测试“耶胡迪灯”系统。
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被用于测试“耶胡迪灯”的B-24轰炸机

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 楼主| 发表于 2020-4-16 09:00:10 | 显示全部楼层
  尽管这些研究发现发光伪装系统确实可以缩短飞机被目视发现的距离,但这些基于灯泡的系统高度依赖飞机飞行的环境,并且只在某些视角和距离下才完全有效。大气条件或天气的轻微变化都可能严重影响发光伪装的效果,灯泡重量以及空气动力损失和电力要求都使“耶胡迪灯”变得不实用。
  现在仍然不知道“耶胡迪灯”再二战中的使用范围有多广泛,1943年的NDRC报告指出,尽管马里兰州的帕塔克森河海军航空站被要求对其飞机进行必要改装以安装这种灯光系统,但该项目在报告发布时仍未完成。
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B-24的灯泡安装方式


                                                                                                                                                   


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 楼主| 发表于 2020-4-16 09:00:11 | 显示全部楼层
发光伪装系统的战后应用
  显然,“耶胡迪灯”和其他发光伪装技术在白天最有效,但在夜间也有同样有办法对飞机进行伪装。1943年NDRC的同一份报告讨论了几种不同黑色涂料,这些涂料要么是哑光的,要么被设计出来帮助飞机与融入夜空,类似方法一直使用到现在。F-117“夜鹰”攻击机和B-2“幽灵”轰炸机等现代隐身飞机被涂成哑光黑色或深灰色,就是为了在夜间飞行时降低其视觉特征。
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F-117“夜鹰”攻击机

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