崔傳安，姜萬春，董 鑫，孫云厚

(解放軍理工大學 工程兵學院，南京 210007)

戰(zhàn)時高速列車將承擔部隊成員運輸和戰(zhàn)略力量投送的任務，搭載高價值軍事目標的高速列車將成為敵精確制導武器的重點打擊對象。隨著軍事偵察技術(shù)的高速發(fā)展，若高速列車不采取有效地偽裝措施，極易被敵鎖定摧毀。為了免受敵方精確制導武器打擊，戰(zhàn)時特種高速列車必須采用有效的偽裝措施，使其在敵偵察設(shè)備和打擊武器面前遁形。

1 高速列車的軍事價值

我國高速鐵路正在快速發(fā)展，高速列車在應用在軍事上，能提升部隊的遠程投送能力，加快戰(zhàn)斗力的迅速集結(jié)和機動部署。首先高鐵相對于公路、空運有載量和速度上的優(yōu)勢。例如將一個輕裝摩步師投送到千里之外的戰(zhàn)區(qū)，選擇空運需要大型運輸機和200 座客機21 架次，輸送時間為10 個小時，利用高鐵則一列列車5 小時即可完成兵力調(diào)動［1］。其次高鐵覆蓋面廣、體系成熟，到2020 年我國將建成總長120 000 km，包括“四縱”、“四橫”客運專線及3 個城際客運系統(tǒng)。屆時將聯(lián)通華北、東北、華東、中南等幾大區(qū)域，覆蓋95%以上的大中型城市，一旦戰(zhàn)爭爆發(fā)，各戰(zhàn)區(qū)之間的互聯(lián)互通能力將得到極大的加強。

2 高速列車暴露癥候

高速列車的主要背景是高速鐵路，高速鐵路在光學紅外及雷達波段均與高速鐵路有明顯的差異。

2.1 光學暴露癥候

1)車輛外形。高鐵具有棱角分明、線條清晰的規(guī)則外型，能夠被敵方輕易地從高速鐵路上區(qū)別辨認。

2)表面涂料。高鐵的涂漆顏色以白色為主，而鐵路的鐵軌一般呈黑色，路基則成光亮的淡灰色長條，路基碎石一般為灰黑色，因此高鐵列車與高速鐵路兩者的色差極為明顯，在很遠的距離上即可將高速列車從高速鐵路中區(qū)分出來［2］。

3)高光部位。高速列車上部分設(shè)備如車窗玻璃和車頭燈反光強烈，暴露特征極為明顯。

2.2 紅外暴露癥候

1)車體材料。由于機車主要材料是金屬材料，相對于枕木和路基熱慣量較大。測試表明，在晴天情況下上午7 時左右，車體的紅外輪廓就顯現(xiàn)出來了，中午時分紅外輪廓最為明顯。

2)動力組件。由于機車的功率往往在千瓦級別以上，動力組件的溫度往往很高，另一方面車體與車軌摩擦也會產(chǎn)生大量的熱能，使得在夜間車體紅外特性明顯的區(qū)別于鐵路，極易被紅外偵查設(shè)備發(fā)現(xiàn)。

2.3 雷達暴露癥候

一方面由于高速列車的車身蒙皮由鋁合金材料構(gòu)成，其相對介電常數(shù)在80 以上，是雷達波的強反射體，在雷達上成白色的亮帶，而路基沙礫的相對介電常數(shù)一般在1.7 ～6 之間。由于兩者的雷達反射特性存在較大差異，因此在機載側(cè)視雷達的偵查過程中，在開闊地上一般50 km 距離上即可發(fā)現(xiàn)高速列車，而在植被較為茂盛的地區(qū)，由于雜波干擾強烈，列車相對難以被偵察到。另一方面由于列車的側(cè)壁一般與地面成嚴格的直角，兩者往往形成兩面角反射器效應，可以在一個很寬的姿態(tài)角范圍內(nèi)產(chǎn)生很強的雷達波反射。

3 高速列車偽裝

3.1 車窗玻璃偽裝

根據(jù)能量守恒定律，入射到材料的電磁波會發(fā)生反射、透射和吸收3 種物理現(xiàn)象

其中:α 為吸收率;ρ 為反射率;τ 為透射率。根據(jù)基爾霍夫定律可知材料的發(fā)射率ε 等于材料的吸收率α。因此對于玻璃這種透明介質(zhì)有

故只要玻璃在可見光波段與紅外波段透射率足越大，則玻璃的反射率和發(fā)射率就越小，越有利于玻璃偽裝，敵偵察設(shè)備越難發(fā)現(xiàn)。傳統(tǒng)的單層氟化鎂減玻璃增透膜，只針對可見光550 nm 波長附近較窄的波段范圍內(nèi)有較高的透射率，無法實現(xiàn)可見光全波段和紅外波段電磁波的高透射。針對雙波段多層增透膜的研究已經(jīng)較為完善，采用ZnS 和YbF3作為高低折射率材料的多層玻璃增透膜取得了良好的效果［3］，其在近紅外波段400 ～1 000 nm 的平均透射率為91.8%，遠紅外波段7 ～11 μm 的平均透射率為90.2%，其透射曲線如圖1和圖2 所示。

圖1 ZnS 基底上雙面鍍膜6 ～11 μm 波段范圍內(nèi)實測反射率曲線

圖2 ZnS 基底上雙面鍍膜400 ～1 000 nm 波段范圍內(nèi)實測反射率曲線

由圖2 可知，高速列車玻璃貼覆可見與紅外雙波段增透膜之后，其可見光反射率和紅外發(fā)射率大幅降低，紅外及可見光暴露癥候明顯削弱，隱身能力顯著增強。

3.2 車身蒙皮偽裝

3.2.1 可見光波段偽裝

為了實現(xiàn)列車在可見光波段隱身，實現(xiàn)與背景的融合，高速列車的蒙皮部分宜采用迷彩涂裝。數(shù)碼迷彩利用色塊的多種排列組合，不同顏色間的邊緣模糊、破碎，具有空間混色和視覺效應的特點，偽裝效果良好［4］。列車的主要背景為高鐵鐵道，鐵軌、枕木和道砟的顏色亮度各異，因此有必要設(shè)計針對鐵道的特殊數(shù)碼迷彩圖案。

本文依據(jù)多年來數(shù)碼迷彩研究實踐，嚴格按照數(shù)碼迷彩設(shè)計流程(圖3 所示)，設(shè)計成功了高鐵專用迷彩(圖4 所示)，并通過3dmax 建模，對未涂裝數(shù)碼迷彩列車(圖5 所示)與涂裝數(shù)碼迷彩列車(圖6 所示)的視覺特征進行對比，發(fā)現(xiàn)采用數(shù)碼涂裝的列車隱身效果良好，可使高鐵良好的融入鐵道背景。

圖3 數(shù)碼迷彩設(shè)計流程

圖4 高速列車專用數(shù)碼迷彩1

圖5 未涂裝數(shù)碼迷彩列車效果圖1

3.2.2 雷達紅外波段偽裝

雷達紅外兼容隱身原理對于不透明的物體，其發(fā)射率和反射率滿足Kirchhoff 定律

由式(7)可知，物質(zhì)對同一波長的電磁波而言其發(fā)射率和反射率成反比關(guān)系，紅外隱身材料要求材料具有低發(fā)射率，雷達隱身材料要求材料具有低反射率。目前技術(shù)較為成熟的兼容隱身材料是雙涂層復合材料，即在上層涂覆紅外隱身材料［5］，底層涂覆雷達隱身材料，結(jié)構(gòu)圖如圖7 所示。當雷達波輻射到材料表面時，由于上層材料對雷達波反射率低，雷達波穿透紅外隱身材料進入下層材料耗散;當紅外波輻射到材料表面是，由于上層材料對紅外波具有低發(fā)射率，所以材料在紅外波段的輻射強度低。

圖6 涂裝數(shù)碼迷彩列車效果圖

圖7 紅外/雷達兼容隱身涂層1

通過在聚氨酯清漆中摻雜特殊形態(tài)片狀Al 粉，然后將混合液體超聲振動混合均勻，再將混合液體通過壓縮空氣噴涂在雷達吸波板上。實驗證明紅外屏蔽效果良好［6］，且吸波板的雷達波損耗性能基本保持不變。其涂覆層厚度及紅前后紅外發(fā)射率變化如表1 所示，由表可知吸波板上涂覆20 μm涂層后，紅外發(fā)射率僅為0.15，可以滿足紅外隱身的要求。

表1 涂覆前后板的紅外發(fā)射率

涂覆紅外隱身涂層前后吸波板的吸波性能如圖8 所示，在測試的3 ～18 GHz 波段內(nèi)，雷達波反射率小于-6 dB 的頻寬為10 GHz，且在10 ～18 GHz 波段內(nèi)達到最小-8 dB，且兩者的反射波曲線走勢與大小幾乎一致，因此紅外隱身材料沒有影響吸波板的吸波性能。

4 結(jié)論

1)通過在車窗玻璃上貼覆雙波段高透射膜，可有效的削弱其可見光及紅外暴露癥候，結(jié)合研發(fā)的車身蒙皮專用數(shù)碼迷彩，可有效降低高速列車在可見光波段被敵偵察到的概率。

2)鋁合金制的車身蒙皮紅外及雷達暴露癥候明顯，單一的隱身材料無法滿足隱身需求，采用復合隱身涂料，能夠抑制車體紅外信號，并最大限度的減少雷達波的反射。

3)由于經(jīng)費及實驗條件有限，只能在實驗室完成一定的實驗論證。如果條件允許在實際工況下進行驗證將有效的指導現(xiàn)有工作。

圖8 吸波板的吸波性能

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