當(dāng)美式隱身技術(shù)發(fā)展到F-22、B-2的階段后，已能兼顧隱身外形與氣動效率，仿佛達(dá)到登峰造極的程度。而俄羅斯卻在1999年公開了一種截然不同的隱身技術(shù)：由Keldysh（凱爾迪什研究院）研發(fā)的等離子隱身技術(shù)，據(jù)稱能在不修改外形的情況下將RCS降至原有的l/100。不過由于等離子隱身技術(shù)并非主流、加上多年來并未服役，使其備受保守軍事媒體的非議。同時也由于等離子的性質(zhì)并不廣為人知，使得絕大多數(shù)抨擊等離子隱身的文章的論據(jù)本身已有錯誤，而讀者也無從判斷，從而最終形成一種對等離子隱身的普遍質(zhì)疑。

Keldysh的等離子隱身系統(tǒng)

從粗淺定義上來說，等離子是指混有中性粒子與等量陰陽離子且成分間碰撞可忽略的混合物。等離子隱身簡言之便是在機(jī)體周圍包覆等離子，改變該處空氣的電磁性質(zhì)而影響電磁波。1999年俄通社一塔斯社（ITAR-TASS）首次報道了用于戰(zhàn)機(jī)的等離子隱身系統(tǒng)的發(fā)展?fàn)顩r。此系統(tǒng)由俄羅斯科學(xué)院所屬的Keldysh研制，系統(tǒng)負(fù)責(zé)人卡拉提葉夫（Koroteyev）院士表示：“其將飛機(jī)周圍的空氣電離成等離子，當(dāng)雷達(dá)波照射過來時，部分能量被等離子吸收，而后在特殊的物理機(jī)制下雷達(dá)波會趨向于貼著機(jī)身表面行進(jìn)，兩種效應(yīng)使得飛機(jī)的RCS約降至原來的1/100”。該系統(tǒng)重量僅100余千克，耗電5000～50000瓦。當(dāng)時研制中的新一代等離子隱身系統(tǒng)（第二或第三代）除了保有上述隱身機(jī)制外，據(jù)稱還進(jìn)一步增加了主動干擾功能。2002年6月，簡氏電子戰(zhàn)期刊提到該系統(tǒng)所遭遇的問題，如耗電量大因此需要額外電源或只在發(fā)現(xiàn)被雷達(dá)照射時才開啟，以及有可能屏蔽自身的雷達(dá)或無線電通信，因此必須設(shè)法安排“電磁窗口”排除此缺失等。

2005年10月19日，莫斯科新聞網(wǎng)引述等離子隱身系統(tǒng)負(fù)責(zé)人卡拉提葉夫院士的話，表示“俄羅斯航空工業(yè)界將即刻生產(chǎn)使用等離子隱形技術(shù)的隱身戰(zhàn)機(jī)”。該訪談提供了更多明確的信息：

1）在隱身機(jī)制方面：與美國F-117、8-2等藉由反射雷達(dá)波達(dá)成隱身的方法不同，等離子隱身依靠“吸收”及“打散”雷達(dá)波來實現(xiàn)： 【注6】【注6】：似乎是用更文雅的語句重述1999年所言之“電磁波被部分吸收，然后在特殊物理機(jī)制下繞著等離子云行進(jìn)”。

2）等離子隱身系統(tǒng)可用于空中及陸上系統(tǒng)，但以空中效果較佳，故特別適用于飛機(jī)：

3）在等離子產(chǎn)生機(jī)制上：等離子發(fā)生器系藉由打出高能電子束而將空氣等離子化：

4）在等離子副作用的解決上：過去等離子系統(tǒng)妨害其他航電系統(tǒng)的運(yùn)作以及屏蔽與地面站臺之間無線通信的問題目前都已得到解決：

5）等離子隱身系統(tǒng)已通過國家級試驗，并將即刻用于俄制戰(zhàn)機(jī)。 【注7】【注7】：“通過國家級試驗”的層級已在“定型”或“量產(chǎn)”之上。有的系統(tǒng)甚至是在量產(chǎn)服役后數(shù)個月甚至數(shù)年才通過國家級試驗并正式得到成軍命令，如蘇-32戰(zhàn)斗轟炸機(jī)在2006年交機(jī)時尚未通過國家級試驗，而已經(jīng)交付俄軍的蘇35S預(yù)計在今年內(nèi)通過國家級試驗。能通過國家級試驗表示該系統(tǒng)已具有相當(dāng)高的成熟度。

Keldysh的前身是NIl-l，主要研究方向為火箭發(fā)動機(jī)等，二次大戰(zhàn)著名的“卡秋沙”火箭便是其產(chǎn)品。同時，其也進(jìn)行等離子技術(shù)的研究，并已研制出多種等離子制造機(jī)，例如“Minor”用以制造能主動影響大氣電離層性質(zhì)的等離子，可見該研究院可能是基于火箭的通信問題而研究等離子，并因此而掌握了等離子隱身技術(shù)。等離子通信研究與等離子隱身可說是同一個領(lǐng)域，差別在于一個是要讓信號通過，另一個則是要隔絕或吸收信號。由“Minor”這種可以改變電離層性質(zhì)的等離子機(jī)可以推測，Keldysh可能已經(jīng)掌握某些等離子與電磁波交互作用的機(jī)制或控制方法。此外，其還研制出數(shù)款可在大氣壓力下制造等離子的高能電子束發(fā)射器，如其中的M-13，可發(fā)射lOOKeV的電子束，功率4萬瓦。用電子束制造等離子的優(yōu)點之一是較不受外界壓力影響，反之若以電極放電法制造等離子，則電極的間距還會與周遭壓力有關(guān)。據(jù)說早期開發(fā)的等離子隱身系統(tǒng)僅能用于1萬米以上的高空，因此開發(fā)了電子束等離子，使得即使在地面（1個大氣壓下）也能產(chǎn)生等離子【注8】。此外許多等離子氣動力學(xué)研究也表明，以電子束制備等離子是能量效率最高的一種方法。【注8】：這是可以理解的，不論是用高能微波還是電極放電法制造等離子，在高壓時已經(jīng)游離的電子往往尚未得到足夠的能量去解離其他中性分子便已與中性分子相撞而損失能量，這種情況下產(chǎn)生等離子會相當(dāng)困難。就產(chǎn)生等離子而言，200～300托已算是高壓，而1萬米高空的壓力約為100托。因此放電法在1萬米以下會有運(yùn)作困難是可以理解的。而采用電子束法，則由于電子束是在等離子機(jī)內(nèi)先加速好再釋出，且“電子束電子 束縛態(tài)電子”間能量交換效率很高（因為質(zhì)量相同），因此即使在地面的大氣壓力下也可產(chǎn)生等離子。

2004年6月，俄羅斯官方的聯(lián)邦科學(xué)與創(chuàng)新工作入口網(wǎng)公布了一種專用于飛行器隱身的等離子設(shè)備，名稱是“BEGP”（機(jī)上電源即非平衡等離子制造機(jī)）。根據(jù)網(wǎng)頁的簡述，BEGP專門設(shè)計用于降低飛行器的RCS。其主體是一種小尺寸的電子加速器，能產(chǎn)生20～25萬伏特的加速電場，并在0.15～20微秒期間釋放1焦能量（換算相當(dāng)于50千瓦—6兆瓦的峰值功率），總重不超過135千克。根據(jù)壓力室的試驗，該設(shè)備在0.02～0.03兆帕壓力下（換算約150～230托，即約1萬～1.3萬米高度）對10厘米波長的吸收率約20dB。

等離子隱身技術(shù)的緣起與復(fù)雜性

等離子隱身的靈感起源于宇宙飛船重返大氣層期間的無線電通信失聯(lián)現(xiàn)象。經(jīng)研究這是宇宙飛船周圍氣體在高速磨擦生熱下形成的等離子所引起。在這之后許多科學(xué)家對此進(jìn)行了大量的研究。當(dāng)然這些研究一開始并不是為了隱身，而純粹是為了解決太空載具重返大氣層時的通信問題，畢竟這牽涉到太空飛行的安全。

科學(xué)家提出種種物理模型，例如最簡單的模型是電磁波擾動了等離子內(nèi)的帶電粒子，這些帶電粒子與中性粒子碰撞后損失能量而導(dǎo)致電磁波被消耗在等離子內(nèi)，也有模型認(rèn)為電磁波在等離子層表面部分反射部分透射，其中透射的部分最后又被宇宙飛船表面反射，只要等離子層厚度適當(dāng)，則以上兩道反射波便可能發(fā)生破壞性干涉而大幅減弱信號（此原理與部分吸波涂料類似）；有趣的是，各種模型往往都能合理地解釋特定場合，但換了情況誤差又大幅增加，例如前述第一種模型較適合解釋正向入射（電磁波垂直于表面入射）的場合，而第二種模型適用于物體表面曲率半徑遠(yuǎn)大于波長時的情況。后來發(fā)現(xiàn)，同時考慮每一種模型則能良好地解釋電磁屏蔽現(xiàn)象，換言之，電磁屏蔽現(xiàn)象來自許多不同效應(yīng)的共同結(jié)果，不同效應(yīng)的貢獻(xiàn)又依具體情況而有所不同。由此便可知等離子隱身原理的復(fù)雜性。

本文并不試圖找出等離子隱身的詳細(xì)機(jī)制，但可通過等離子的幾個基本原理掌握等離子隱身所可能具有的基本特性。

從等離子的特性看其達(dá)成隱身的可能性

選頻

等離子依各種參數(shù)的不同而有自己特有的靜電振蕩頻率，例如在無外加磁場的情況下，等離子具有的特征頻率是由離子濃度所決定的“等離子頻率”（Plasma Frequency，ωp），在有外加磁場的情況下還會出現(xiàn)由磁場決定的“回旋頻率”（Cyclotron Frequency，ωc，又分電子回旋頻率ωce與離子回旋頻率ωCI），以及由“等離子頻率”與“電子回旋頻率”共同決定的“上混合頻率”（Upper Hybrid Frequency）.“下混合頻率”（Lower Hybrid Frequency）.“左截止頻率”、“右截止頻率”等。這些特征頻率區(qū)分了等離子與電磁波的不同交互作用區(qū)間。當(dāng)電磁波入射時，這些特征頻率彷佛法官一般決定電磁波要被反射、允許穿透、還是共振吸收等。

例如，在不考慮外加磁場時，“等離子頻率”便是唯一的特征頻率，頻率大于等離子頻率的電磁波允許穿透，小于者則被隔絕。有外加磁場的情況復(fù)雜性瞬間飆升：除了允許穿透與隔絕的區(qū)間不只一個外，還有機(jī)會發(fā)生共振吸收等復(fù)雜效應(yīng)，此外這時還要考慮磁場方向以及電磁波行進(jìn)方向、極化方向等。在等離子隱身的場合，地磁便是外加磁場，會導(dǎo)致與等離子頻率差距在至多數(shù)百KHz級的各種特征頻率，幾百KHz的頻率相對于微波而言極小，因此這個“特征頻率帶”大致上就是在等離子頻率附近。

通常頻率遠(yuǎn)高于等離子頻率的電磁波便可無視等離子的存在。例如毫米波、紅外線便可自由進(jìn)出剛好屏蔽X波段的等離子。X波段可以自由進(jìn)出剛好可以屏蔽L波段的等離子等。正因為等離子具有選頻特性，因此許多媒體所說的“等離子會屏蔽所有波段”是不正確的。宇宙飛船在返回階段會屏蔽幾乎所有頻率的電磁波，其中一個原因是其磨擦高溫使得空氣電離度高到等離子頻率超過所有通信波段之故，而不是說等離子一定會屏蔽所有波段，人為產(chǎn)生的等離子可以借由離子濃度等的控制來改變所要屏蔽的波段。

不等向性

等離子的另一個重要特性是“方向性”（或者說“不等向性”）。等離子的各種性質(zhì)（波的傳遞、帶電粒子擴(kuò)散與漂移等）幾乎都與種種特殊“方向”有關(guān)：外加磁場與其梯度方向、外加電場與其梯度方向、各成分（陰陽離子、中性粒子）的濃度梯度方向、粒子在各方向的動能（各方向的溫度），甚至在某些情況下（低頻運(yùn)動時）還與重力方向有關(guān)。而對進(jìn)入等離子的電磁波而言，其行進(jìn)方向、極化方向（電磁波的電場振蕩方向）等與上述各特殊方向的相對關(guān)系都與其接著會發(fā)生的效應(yīng)有關(guān)。因此等離子的許多性質(zhì)都具有方向性：從一個方向觀察到的某個效應(yīng)在另一個方向可能就不存在。因此等離子其實是個很挑剔的物質(zhì)，它與電磁波的交互作用除了“選頻”還要“選向”。

共振與非共振吸收

等離子吸收電磁波的機(jī)制可概分為“共振吸收”與“非共振吸收”。前者又分為“電磁振蕩共振吸收”與“能階吸收”。電磁振蕩共振發(fā)生于電磁波頻率與等離子的某些共振頻率吻合時。例如有外加磁場時，當(dāng)電磁波頻率與“上混合共振頻率”相同時，其垂直于外加磁場行進(jìn)的分量的“無序波”分量會引發(fā)極大的電磁振蕩而被吸收。

能階吸收發(fā)生于等離子內(nèi)電子的能量與氣體原子或分子內(nèi)的某些能階差（如電子能階、多原子分子的振蕩能階等）相當(dāng)時。由于電子能階至少在數(shù)個電子福特級，因此除非是電子平均動能很高的等離子（如電?。?，否則多數(shù)電子其實無法引發(fā)能階躍遷，倒是較容易引發(fā)分子振動。如空氣中的主要成分——氮便是雙原子分子，會吸收電子能量而振動。

非共振吸收發(fā)生在一些無可避免的碰撞情況下，特別是與中性分子的碰撞。當(dāng)電子與等離子內(nèi)的中性分子碰撞而未引發(fā)能階共振吸收時，這種碰撞便是簡單的彈性碰撞，此時電子會將自己動能的約1/2000傳給中性粒子。這種吸收與共振吸收相比微不足道，但由于碰撞概率比后者高很多，所以也是很重要的吸收機(jī)制。在真實的低溫等離子中，電子與分子的碰撞是非彈性碰撞，其吸收主要包括彈性碰撞吸收與分子振動能階吸收。一般來說，除了每碰撞一次電子會將約1/2000能量傳給分子外，每撞幾次也會引發(fā)一次振蕩能階的躍遷。另外，其實在不考慮碰撞效應(yīng)的情況下，有一種被稱為“藍(lán)道衰減”（Landau Damping）的機(jī)制，在沒有碰撞的情況下也會吸收波的能量。

部分反射

事實上，即使等離子頻率高到足以隔絕電磁波，也需要足夠的厚度去執(zhí)行這項隔絕任務(wù)，而且所需厚度通常隨波長的增大而增加，換言之實際上仍有部分電磁波能穿透至一定的深度，倘若等離子厚度不足，便可能出現(xiàn)“一部分電磁波仍然可以抵達(dá)物體表面然后反射”的現(xiàn)象，這時甚至可能發(fā)生“在等離子表面反射的波與經(jīng)由物體表面反射的波發(fā)生破壞性干涉而減弱回波信號”的現(xiàn)象。

另一方面，真實的探測雷達(dá)波不可能只有單一頻率（并不是簡單諧波），而是多個頻率的混合，因此如果等離子的某些截止頻率剛好穿插在雷達(dá)信號的頻率范圍內(nèi)，便可能發(fā)生其中一部分可以穿透等離子而一部分被隔絕的現(xiàn)象。

等離子雖然是一種“介質(zhì)”，但與一般介質(zhì)有一個極大的差異就是電磁波在等離子內(nèi)部的“相速度”會大于光速，因此等離子相對于空氣屬于“快介質(zhì)”，使得電磁波從空氣入射等離子時會類似從水中入射到空氣中的情況，即使電磁波頻率大于等離子頻率，也可能在入射角超過臨界值時發(fā)生全反射現(xiàn)象。換言之，倘若等離子的“外形”是不規(guī)則的（例如包覆物體表面的等離子），那么一道頻率大于等離子頻率的入射的平行波將被拆分成好幾部分：有的在表面就被反射（入射角太大）：有的進(jìn)入等離子后打到物體表面才被反射（入射角很?。河械倪M(jìn)入等離子但尚未碰到物體表面便被反射（穿透外層低電離密度部分，但被內(nèi)部高密度部分反射）。與因為等離子厚度與電磁波波長關(guān)系而引起的部分透射以及因成分頻率的差異而引起的部分透射不同，這里提到的部分透射性質(zhì)是依位置而異的。

總效果

以上僅重點性介紹等離子的特性，這當(dāng)然不是全部，但從中已可窺見等離子與電磁波交互作用的復(fù)雜性。真實情況下這些特性是同時存在的，而且還有其他未提及的特性?，F(xiàn)在就用以上這四個特性推敲一下電磁波入射等離子后會發(fā)生什么？

1）電磁波頻率小于等離子的最低截止頻率（好幾種截止頻率中最低者）時，等離子相當(dāng)于導(dǎo)體而反射電磁波，或是在某些情況下發(fā)生部分反射部分透射（與等離子濃度、電磁波波長等有關(guān)），而可能出現(xiàn)回波因破壞性干涉而減弱的現(xiàn)象（當(dāng)然也有可能因建設(shè)性干涉而增強(qiáng)）：如圖，假設(shè)入射波為理想平面波（絕對的單頻率）。無等離子時（左半邊），波束照到表面依據(jù)反射定律反射；有等離子（右半邊）時，1號波束進(jìn)入等離子而被物體表面或內(nèi)層高頻等離子反射。2號波束雖然頻率與1號相同，但入射角超過臨界角，故在表面被反射

2）當(dāng)電磁波高于等離子的最高截止頻率但并未高出很多時，電磁波進(jìn)入等離子，與等離子發(fā)生吸收等交互作用，在某些情況下也可能同時發(fā)生部分反射部分透射的現(xiàn)象：

3）當(dāng)電磁波頻率高于最大截止頻率很多時，其幾乎無視等離子的存在：

4）當(dāng)電磁波頻率介于等離子的最高與最低截止頻率之間，或等離子的特征頻率剛好在雷達(dá)信號的組成頻率范圍內(nèi)，雷達(dá)信號便可能被拆成好幾部分處置，有的被屏蔽，有的則允許進(jìn)入并被吸收或發(fā)生其他交互作用，使得最后的回波與原來信號可能已大不相同。

舉例說明以上第四種狀況，并假設(shè)電磁波頻率與等離子頻率相當(dāng)、等離子濃度均勻。在僅考慮等離子頻率與飛機(jī)所暴露的地磁環(huán)境下，入射雷達(dá)波可分為平行于地磁方向與垂直于地磁方向考慮。平行于地磁的分量由等離子頻率決定進(jìn)入與否，高于等離子頻率的可以進(jìn)入等離子，其部分能量經(jīng)由碰撞被吸收之外，電磁波的極化方向（電場振蕩方向）會圍繞磁場旋轉(zhuǎn)，也就是所謂的”法拉第回旋”效應(yīng)，此效應(yīng)對X波段雷達(dá)可能不構(gòu)成影響，但對較長的波如米波便可能影響顯著。垂直于地磁的分量又分為“有序波”（O-wave）與“無序波”（X-wave）兩個分量，前者不受磁場影響，頻率大于等離子頻率時可穿透，并被部分吸收，但不會產(chǎn)生“法拉第回旋效應(yīng)”。而“無序波”面對的情況要特殊許多，在這里舉例的“電磁波頻率相當(dāng)于等離子頻率，且外加磁場為地磁”的情況下，小于“上混合頻率”（這里其接近等離子頻率）的電磁波反而可以穿透，大于者被屏蔽。另外，在接近“上混合頻率”的部分發(fā)生共振吸收，當(dāng)然“無序波”也會被非共振吸收消耗一些能量。

由以上范例便可發(fā)現(xiàn)，只要等離子頻率設(shè)定適當(dāng)，一個探測信號會進(jìn)入等離子并被等離子拆散成好幾個部分，分開處理，最終的回波除了因為吸收而減少強(qiáng)度外，其信號與原來已不相同（例如極化方式可能已被大幅改變），即使回到接收機(jī)方向，能否解讀也是個問題。需注意的是，以上已經(jīng)很復(fù)雜的狀況還是僅考慮“均勻的等離子濃度”與“地磁”的影響。在真實情況下，等離子的離子濃度并非均勻，換言之會有更多的特征頻率。而等離子在靠近物體表面處會形成帶正電的薄層，并在垂直于物體表面的方向自然地形成電場，但在平行于表面的方向卻沒有“自然發(fā)生的電場”，這些邊緣效應(yīng)也可能影響等離子的傳波性質(zhì)。此外，在許多時候會以對等離子通電的方式來維持等離子或控制其參數(shù)，放電方向常常也是等離子內(nèi)相當(dāng)重要的方向性之一【注9】，而通常電極很自然是安排在物體表面，使得在平行于表面會有“人為的電場”存在。這些額外的現(xiàn)象又可能使等離子與電磁波的交互作用更加復(fù)雜?！咀?】：例如，當(dāng)電磁波入射頻率較高的等離子時，本來應(yīng)被隔絕。物理上這是因為等離子內(nèi)的陰陽離子被電磁波的電場“拉開”而在不同地方“堆積”而形成抵消電場，使電磁波的擾動無法傳入等離子。然而，若在等離子內(nèi)加入一對電極并導(dǎo)通，則平行于電極方向的電場所拉開的陰陽離子會進(jìn)入電路中，不會堆積，這樣電磁波便會進(jìn)入等離子或被吸收，而垂直于電極方向的極化分量則被屏蔽。

以上還只解釋到“減弱強(qiáng)度、改變信號特征”的部分，但在官方報道中提到等離子隱身的機(jī)制是“吸收部分電磁波”然后“在特殊的物理機(jī)制下電磁波繞表面行進(jìn)”。目前并不清楚上述第二項機(jī)制的原因，但由等離子性質(zhì)推測，應(yīng)該與“等離子的不等向性”或“折射電磁波”的性質(zhì)有關(guān)。例如，若等比例吸收雷達(dá)波各分量，就會使雷達(dá)波強(qiáng)度減少但仍遵循反射定律反射。但如果吸收特性是不等向的，那么只要方向正確（對垂直于機(jī)體表面的雷達(dá)波分量吸收率大于平行分量）則在減弱強(qiáng)度的同時還兼有“讓雷達(dá)波不依循反射定律離開”的效應(yīng)，因而讓雷達(dá)波在強(qiáng)度減少的同時遠(yuǎn)離接收機(jī)方向。當(dāng)然這只是一種猜測，實際上也可能是來自于其他的不等向性或是其他性質(zhì)。但無論如何，這與美式隱形飛機(jī)的隱身外形與某些隱身涂料的作用類似，只是機(jī)制不同。

“讓電磁波沿機(jī)身表面行進(jìn)”機(jī)制的猜測

作者推測，所謂“讓電磁波沿機(jī)身表面行進(jìn)”的特殊機(jī)制很可能與垂直于表面的電場有關(guān)：

1）當(dāng)?shù)入x子包覆機(jī)體表面時，等離子會自發(fā)地在邊界形成由內(nèi)而外（由等離子內(nèi)指向表面）的電場，用以幫助正離子向邊界擴(kuò)散并阻止電子向外擴(kuò)散，以維持電中性，而在平行于表面的方向則相當(dāng)于無邊界而沒有電場：

2）當(dāng)電磁波進(jìn)入等離子時，會由橫波轉(zhuǎn)為部分橫波部分縱波，在頻率與等離子頻率相同時，會完全轉(zhuǎn)為縱波，也就是說此時等離子波的振動方向與行進(jìn)方向平行：

3）因此垂直于表面行進(jìn)的等離子波的振蕩方向也是垂直于表面，換言之就是與背景電場平行，而當(dāng)帶電粒子平行于電場方向運(yùn)動時，就會出現(xiàn)能量交換，這樣一來此垂直分量就可能被吸收。

以下稍微做個非常粗淺的估計，等離子內(nèi)考慮碰撞吸收時的特征長度的CGS制公式： 分別為電磁波的角頻率，電子與分子的平均碰撞頻率以及電子濃度。每經(jīng)過1個特征長度，波的強(qiáng)度會減為e^-1≈0.37倍，約1萬米高度（200托），10GHz波段，算得此特征長度約10厘米，若等離子層厚度1厘米，一進(jìn)一出相當(dāng)于2厘米，則約23%被吸收。

如前所述，當(dāng)電磁波頻率幾乎等于等離子頻率時，平行于表面的分量無視背景電場，不被吸收，而垂直于表面行進(jìn)的分量則受背景電場影響。垂直方向的吸收率與E值有關(guān)，其中E，E分別是背景電場，以及電磁波電場。100平方度、峰值5千瓦的雷達(dá)波束在20千米外的電場約為0.5V/m，而等離子內(nèi)在非?？拷砻嫣帟袑⒔黮MV/m的電場，該電場會穿入等離子內(nèi)部，但迅速減小。由于垂直于表面方向的E/E有可能非常大，使得在粗算吸收率時有時會出現(xiàn)大于1的“謬論”，這暗示垂直于表面方向的電場對電磁波的影響大到粗估時用到的公式已不成立，但由此可見垂直于表面的電場影響不小。

以上簡單估計“碰撞吸收”與“背景電場影響”的數(shù)量級計算，都是相當(dāng)粗糙的計算，但從其數(shù)量對比可發(fā)現(xiàn)，垂直于表面行進(jìn)的分量可能會經(jīng)歷額外的吸收，該吸收相對于碰撞吸收又相當(dāng)顯著，因此垂直于表面的分量可能被吸收較多而導(dǎo)致“繞著等離子跑”的現(xiàn)象。

總結(jié)以上，雖然不清楚等離子隱身的真實機(jī)制，但由等離子的基本性質(zhì)可以推測其具有“部分吸收”及“打亂信號”的特性，同時也不能排除報道中所言“讓雷達(dá)波趨向表面行進(jìn)”的可能性。

從等離子特性看等離子隱身的其他特色

等離子“選頻”與“選向”的特性使它就像一般隱身材料（吸波或透波材料）一樣，具有針對性，而不是一口氣達(dá)到全頻譜隱身。據(jù)說8-2轟炸機(jī)上也具有能部分吸收雷達(dá)波而使雷達(dá)波趨向表面行進(jìn)的涂料。因此等離子隱身在某些情況下就像涂料式隱身，唯獨涂料如果需要對更大范圍的電磁波隱身，難免要使用多層，且涂層厚度通常也與波長尺寸相當(dāng)（至少早期涂料如此），因此就會遭遇重量上升的問題，且涂料式隱身通常也有后勤不便之慮。等離子則可藉由濃度的調(diào)整來改變所針對的波段，而能夠?qū)Τh(yuǎn)程、遠(yuǎn)程乃至短程雷達(dá)隱身，從而達(dá)成“寬頻譜隱身”，可視為“適用頻譜可變的智能型涂料” （但如果采用多頻譜同時對其進(jìn)行探測，仍難免現(xiàn)形）。另外由于不需更換涂料，后勤較為簡便。

這種“多頻譜隱身”看似有所局限，但已有相當(dāng)大的優(yōu)點。目前主流的隱身外形與吸波涂料的搭配通常僅針對X波段設(shè)計，對其他波段則基于某些物理限制而隱身效果較差。如對遠(yuǎn)程探測用的米波而言，能讓X波段集中反射到特定方向而達(dá)成隱身目的的隱身外形對米波就無此作用，而是同普通飛機(jī)一樣在許多部位發(fā)生繞射，因此像米波、天波等超遠(yuǎn)程雷達(dá)理論上便能用以探測F-22這類隱身飛機(jī)，雖然精度奇差使得實用價0f4f99ffd5dd8a653a283b944071be3ea841c5f3f8723f1e4457bef337117c37值大減，但起碼能提供預(yù)警。而等離子隱身系統(tǒng)則可能做到對超遠(yuǎn)程探測雷達(dá)、遠(yuǎn)程雷達(dá)乃至戰(zhàn)機(jī)雷達(dá)隱身，這是其潛在優(yōu)勢之一。

等離子隱身飛機(jī)的RCS恐怕難以預(yù)測。因為其機(jī)制可能相當(dāng)復(fù)雜，不只考慮等離子性質(zhì)，甚至可能與等離子層外形或物體外形有關(guān)（決定高于等離子頻率的波的反射臨界角）。此外，在發(fā)出電子束以后，等離子的離子濃度會如何分布也與周圍空氣密度有關(guān)（即與高度有關(guān)），因此要準(zhǔn)確估計等離子隱身飛機(jī)的RCS恐怕比采用隱身外形與涂料的飛機(jī)難很多。

等離子隱身與傳統(tǒng)隱身的搭配

就如同許多剛問世的科技一樣，等離子隱身技術(shù)自然會被拿來與傳統(tǒng)方案比較。在俄羅斯文獻(xiàn)中，認(rèn)為載人隱身戰(zhàn)機(jī)的RCS下限為O.l～0.3平方米級。以此標(biāo)準(zhǔn)觀之，若等離子可以達(dá)到報道所言的“減少兩個量級的RCS"，那么重型戰(zhàn)機(jī)采用等離子后的確可以達(dá)到隱身。而如果美式隱身戰(zhàn)機(jī)的RCS是0.01平方米，則輕型戰(zhàn)機(jī)或外形避開隱身大忌設(shè)計的重型戰(zhàn)機(jī)也有機(jī)會達(dá)到相當(dāng)?shù)腞CS。

不過，這些俄羅斯文獻(xiàn)強(qiáng)調(diào)的是“平均RCS"（所有方向或有限范圍內(nèi)的平均），因為認(rèn)為實際情況中因為飛行軌跡的變化使得敵方真正觀測到的會是平均值，而不是某些特別大或特別小的值。相比之下，歐美戰(zhàn)機(jī)近年常報道出比上述RCS低了千倍萬倍的最小RCS，藉以彰顯隱身科技的進(jìn)步。當(dāng)然，如果實戰(zhàn)中能保持擁有這種特別小的RCS值的方向面對對手，則其仍具實戰(zhàn)意義，但在多機(jī)戰(zhàn)場或在敵方防空網(wǎng)內(nèi)卻未必。

正因為西方隱身戰(zhàn)機(jī)公布了這種極小的RCS，成了不少保守評論抨擊等離子隱身的依據(jù)。這些保守評論大多認(rèn)為，等離子隱身能否達(dá)到那么低的RCS是個未知數(shù)，加上美式隱身已經(jīng)成熟，等離子隱身卻尚未用于服役的飛機(jī)，加上現(xiàn)有的隱身涂料也具有非等向性，甚至可以藉由多層方式對寬頻譜隱形，而達(dá)到一些等離子隱身宣傳的效果。這些評論認(rèn)為等離子隱身與傳統(tǒng)隱身相比并無優(yōu)勢，從而判定其不具實用價值。

上述論點其實犯了很基本的邏輯錯誤：一開始就假設(shè)“等離子隱身”與“傳統(tǒng)隱身”是相沖突的隱身方式，因此只能兩者擇一。但實際上等離子隱身與傳統(tǒng)隱身并不沖突，而是可以相輔相成的。反過來說，一架采用完美隱身外形但天線罩卻完全透明的飛機(jī)也是無法隱身的，如果采用類似的邏輯，則可以得到“隱身外形無用”的結(jié)論，這顯然不正確。事實上，隱身技術(shù)是一系列不同技術(shù)的結(jié)合，沒有任何一種單一技術(shù)可以讓飛機(jī)實現(xiàn)大幅隱身。等離子隱身技術(shù)問世的初期強(qiáng)調(diào)“只用等離子”就可以降低RCS達(dá)2個數(shù)量級（約100倍），可能有兩個原因：首先是當(dāng)時服役中與研發(fā)中的俄羅斯飛機(jī)都沒有像美國那樣的隱身外形，而隱身又是個與日俱增的需求，因此當(dāng)然會著眼于提升現(xiàn)有戰(zhàn)機(jī)的隱身性。另一方面，以蘇聯(lián)時代的計算機(jī)技術(shù)而言，要追上形狀隱身恐怕并不容易，因此在當(dāng)時的四代戰(zhàn)機(jī)設(shè)計上可能沒有考慮太嚴(yán)格的隱身外形設(shè)計，而僅是避開垂直面、筆直進(jìn)氣道等隱身大忌，并輔以隱身涂料與等離子隱身。因此，等離子隱身當(dāng)時強(qiáng)調(diào)不需修改外形，可能有其時代背景，而不是說用了等離子隱身就不可以再應(yīng)用形狀隱身。

簡單地說，等離子隱身相當(dāng)于是在機(jī)體外面包覆一層適用頻率等性質(zhì)可變的“隱身材料”，其性質(zhì)使得有類似隱形外形、吸波材料、甚至電子戰(zhàn)系統(tǒng)（因為讓回波難以解讀）的功能，且?guī)缀醪恍枰ｐB(yǎng)。而這種材料并不是“長”在機(jī)體上，所以機(jī)體本身也可以像形狀隱身飛機(jī)那樣做其他進(jìn)一步的隱身處理如吸波、選頻天線罩甚至隱身外形等。

以對X波段雷達(dá)隱身的等離子為例，更高頻率的通信波段如K、Ka波段完全不受影響，但用于敵我識別與寬帶數(shù)據(jù)鏈的L波段以及遠(yuǎn)程通信用的HF等波段則會被阻隔在外，而自己的X波段雷達(dá)與雷達(dá)預(yù)警接收器也難免受到影響。為了解決這一問題，就必須在會被影響的天線處安排“窗口”，例如在該處不包覆等離子。這樣天線也暴露在敵方探測系統(tǒng)眼中，故天線罩部分就要依賴選頻天線罩等技術(shù)，而天線附近的機(jī)體就需要隱身外形、吸波材料等主流技術(shù)。

對于全新設(shè)計的飛機(jī)，可以干脆走向美式隱身設(shè)計，只是外形不需要對隱身遷就太多，之后再靠等離子隱身來輔助。在這種情況下，全機(jī)可以擁有極佳的隱身性能但又不降低氣動效率，而且由于絕大多數(shù)部位都采用隱身設(shè)計，使得等離子只需局部使用，或僅針對現(xiàn)有隱身技術(shù)難以應(yīng)付的長波雷達(dá)，如此一來對電力的消耗會更少，也相對容易設(shè)計【注10】，實用性便因此增加。在這方面等離子隱身系統(tǒng)很類似主動電子戰(zhàn)系統(tǒng)：飛機(jī)的隱身性能越好，干擾機(jī)（等離子機(jī)）功率與尺寸就可以越小。近年，由于商用計算機(jī)與軟件包的快速發(fā)展，使得市面上買到的軟件便能進(jìn)行復(fù)雜外形以及同時考慮多種回波現(xiàn)象的RCS計劃，這已超出F-117時代的情況，讓美國以外的國家發(fā)展隱身外形飛機(jī)具備了可能性。俄羅斯的T-50戰(zhàn)機(jī)擁有較嚴(yán)格的隱身外形設(shè)計，便是得益于這些商用軟件的幫助。然而，相比F-22，T-50更傾向于氣動力優(yōu)化，便是本段所言的“外形不對隱身遷就太多的美式隱身設(shè)計”?！咀?0】：在追求絕佳的隱身性能情況下，若完全依賴形狀與材料隱身，有時太過勉強(qiáng)（例如遇到長波雷達(dá)的繞射問題），而要完全依靠等離子，在詳細(xì)掌握等離子隱身機(jī)制以至于可以準(zhǔn)確估算飛機(jī)的RCS之前，也很牽強(qiáng)，兩者互補(bǔ)自然是一種可以想見的最有效途徑。

這種采用“美式隱身”與“等離子隱身”的搭配在性能上賦予設(shè)計師更方便地兼顧隱身性能與氣動性能，另一方面也造就了“一種設(shè)計，兩種隱身層次”的特點，而利于外銷。以T-50戰(zhàn)機(jī)而言，由于已經(jīng)采用頗為徹底的隱身設(shè)計，足以與F-35媲美并遠(yuǎn)超歐洲戰(zhàn)機(jī)，再加上其武器與航電系統(tǒng)便具有相當(dāng)強(qiáng)的市場競爭力。而對俄軍自身或未來升級，可以加上等離子隱身以進(jìn)一步讓飛機(jī)更加隱形，這時飛機(jī)可以采用完全相同的設(shè)計，唯獨以等離子隱身系統(tǒng)的有無來區(qū)分兩個等級的隱身性能，而不會遇到F-22那種“要外銷就得大改”的問題。

最后要稍微探討一下等離子隱身與隱身外形可能產(chǎn)生的交互作用。等離子隱身效果如果要好的話，飛機(jī)本身也不能犯“隱身大忌”。例如會形成正向反射的表面，在雷達(dá)波正向入射（垂直于表面入射）時，因為沒有平行于表面的分量，那么雷達(dá)波一樣是“直來直往”而不會沿著表面行進(jìn)，并且直接原路返回。反之，對隱身外形而言，等離子讓回波更貼近表面，相當(dāng)于更好的隱身外形，這樣一來等離子與隱身外形就有互助的效果。然而要注意也存在例外，例如F-22、T-50的機(jī)身與垂尾以相同角度傾斜，可以將回波集中在單一方向，然而如果機(jī)身使用了等離子而垂尾沒有，就相當(dāng)于破壞了該隱身外形。因此在形狀隱身飛機(jī)上增加對應(yīng)頻率相同的等離子隱身，未必是想象中的“好上加好”。但如果形狀隱身與針對頻率不同的等離子隱身結(jié)合，則是好上加好。

能量消耗問題

等離子隱身系統(tǒng)的耗電估計

雖然等離子隱身的詳細(xì)機(jī)制不明，但由等離子基本特性可以估計其所需的等離子濃度與所針對的電磁波頻率應(yīng)相當(dāng)（因為就對微波有作用的等離子而言，即使有多個截止頻率或共振頻率，也大約在等離子頻率附近）。這樣要估算等離子隱身所需的能量級相當(dāng)簡單，只要知道氣體分子的解離能（一般約10～20eV）.所需的離子濃度（由所需頻率反算）、覆蓋多少面積以及多少厚度、每秒鐘要在這樣的體積內(nèi)制造幾次等離子（等離子生命周期的倒數(shù)）便可估計出來。

在假設(shè)覆蓋面積約10米×10米（約覆蓋重型戰(zhàn)機(jī)的機(jī)身），厚度約1厘米，等離子頻率10GHz（X波段）、等離子生命周期約50微秒的情況下【注11】，維持這種等離子的功率級約30～50千瓦或更高。如果想要覆蓋更大的面積或用于更低的高度，所需能量更大。

換言之，50千瓦要穩(wěn)定維持對10GHz電磁波隱身的等離子應(yīng)相當(dāng)勉強(qiáng)，除非是局部使用或斷斷續(xù)續(xù)使用（這樣回波可能一下強(qiáng)一下弱，讓敵機(jī)難以解讀）。但實際上目前的X波段雷達(dá)并不是真的都操作在10GHz以上的頻率，有時只有8～10GHz。由于等離子濃度正比于等離子頻率的平方，因此等離子頻率9GHz時需要的能量只是10GHz時的80%，8GHz時更降為64%。對于L波段，所需的濃度更只有10GHz時的1/100。但反過來說頻率超過10GHz的等離子便會極為耗電，例如針對波長1厘米的電磁波（約是Ka波段），需要的濃度會是10GHz【3厘米）時的約9倍，針對毫米波則需要100倍的濃度。

因此能概略以10GHz作為等離子隱身可行性的分界，對于頻率高于此的電磁波，除非是極小部分運(yùn)用，否則50千瓦幾乎不可能實用，對于毫米波或更高頻率者，甚至可以說等離子隱身完全不可行。而對于頻率低于10GHz的電磁波，可行性便相當(dāng)高，特別是針對L波段或更長波段，5～50千瓦要覆蓋全機(jī)應(yīng)該都沒有問題。這也剛好反應(yīng)出等離子隱身與傳統(tǒng)隱身的互補(bǔ)功能：對10GHz以上的波段很難使用等離子隱身，但在這個頻率以上，傳統(tǒng)的形狀隱身與涂料剛好非常有效：而對L波段或更低頻率的波段，形狀隱身的效果越來越差，涂料也不易研制，但這剛好是等離子的擅長區(qū)間（能量消耗低、吸收率高等）。

需注意的是，這些數(shù)據(jù)均僅用于極粗略的量級估算。實際上用于解離氣體的能量除與游離能有關(guān)外，也與等離子制備方法有關(guān)。等離子生命周期除與外界環(huán)境有關(guān)外，也與等離子制備方法、甚至被等離子覆蓋物體的表面材質(zhì)有關(guān)，因此實際上等離子所需的能耗與這里估計的數(shù)值甚至可能有著數(shù)量級的差距！【注11】：據(jù)英媒報道，俄羅斯開發(fā)的等離子選頻天線罩反應(yīng)速度為數(shù)十微秒級。由于選頻天線罩是擁有固體邊界的密閉空間，等離子因擴(kuò)散而損耗的速度會更快，此外該選頻天線罩需要能快速開關(guān)，自然必須盡可能提升反應(yīng)速度，因此該選頻天線罩的反應(yīng)周期可以考慮為開放環(huán)境下的等離子生命周期的量級或下限。故這里取用50微秒為試算依據(jù)。實際上簡單的理論計算也可得到類似的結(jié)果。

等離子內(nèi)電子損失的途徑主要有三：電子與離子的再結(jié)合、擴(kuò)散、電子被分子吸附。對于這里所考慮的低濃度等離子，電子與離子發(fā)生再結(jié)合的周期（過了此一周期電子濃度降為原來的約1/3）約0.1～1秒；在5000～20000米高度，擴(kuò)散的周期約1 00微秒（5000米）～15微秒（20000米）；分子吸附的周期最短可達(dá)1微秒級，不過主要發(fā)生在電子能量較低（0.01～leV）時，相當(dāng)于僅在電子束等離子的邊緣或末端。由此可見等離子本體的生命周期主要是由擴(kuò)散周期決定，其數(shù)量級便是十至數(shù)十微秒，與上述英媒報道相符。

此外需注意的是，高度越低，擴(kuò)散周期越長，看似等離子會越“長壽”，但實際上那時候電子更容易與空氣分子碰撞而損失能量，而隨著能量降低，電子就越容易被空氣分子吸附而快速損失，因此雖然中低空的擴(kuò)散周期可達(dá)100微秒級，但實際上應(yīng)該較低。

等離子隱身耗電與全機(jī)能耗的比較

5萬瓦看來的確非同小可，一臺AL-31F正常的最高發(fā)電量僅3萬瓦，即等離子隱身系統(tǒng)幾乎可以用掉一架蘇-27的兩臺發(fā)動機(jī)的正常最高發(fā)電量，而單發(fā)戰(zhàn)機(jī)甚至無法使用。這導(dǎo)致許多人直觀地認(rèn)為等離子隱身系統(tǒng)極其消耗能源，開不了多久燃料就會用盡，但事實上5萬瓦對一架飛機(jī)的能量損耗而言幾乎可以忽略。

飛機(jī)能量損耗最少的時候——經(jīng)濟(jì)巡航時，空氣阻力所消耗掉的功率（巡航推力×巡航速度）動輒數(shù)百萬瓦，5萬瓦只占其1%（重型戰(zhàn)機(jī)）～3%（輕型戰(zhàn)機(jī)）甚至更少，幾乎可以忽略不計。即使只是像1%這樣不起眼的巡航阻力增加都會造成萬瓦級的能量損耗【注12】，因此，真要考慮能量損耗的話，一架采用隱形外形設(shè)計而破壞氣動效率的飛機(jī)其消耗的能量其實更多。

因此，就全機(jī)能量損耗的觀點看，5萬瓦的最大耗電量根本微不足道。不過這樣的耗電量的確是決定其實用價值的關(guān)鍵之一。其原因就在耗能方式：氣動阻力消耗的能量是機(jī)械能，而等離子隱身設(shè)備消耗的是電能。一架采用隱形外形設(shè)計而犧牲氣動效率的飛機(jī)所多消耗的能量是機(jī)械能，這不會影響航電運(yùn)作，頂多多消耗一點燃油，就可以兼顧飛行速度與航電操作（這是指像F-22.F-35這類兼顧隱身與氣動效率的飛機(jī)，像F-117之類氣動外形破壞太多的就不符合此情況）。然而，等離子系統(tǒng)消耗的是電能，一般飛機(jī)設(shè)計之初會針對一開始設(shè)計的用電需求去設(shè)計供電系統(tǒng)，要是某個新的航電設(shè)備耗電量太大，便可能導(dǎo)致電力系統(tǒng)不得不更新。一架蘇-27的正常最大發(fā)電量是6萬瓦，因此5萬瓦將影響其他航電運(yùn)作，這時不論多消耗多少燃油都無法同時支持兩者的運(yùn)作；【注12】：實際上由于氣渦輪發(fā)電效率不超過30%～50%，所以要供應(yīng)5萬瓦的電能，飛機(jī)實際上消耗了10～15萬瓦電能甚至更多。但另一方面，這里估計的氣動損耗是最小狀態(tài)，實際上的氣動損耗也更多，因此這里估計“等離子隱身系統(tǒng)耗能為氣動阻力耗能的1/100”盡管出于粗略估計，但在量級上并不失正確性。

簡言之，可將形狀、等離子這兩種隱身方法視為“必須付出能量才能擁有隱身能力”的方法，只是前者所需能量取自機(jī)械能，容易：后者取自電能，限制多。

電源的解決

因此，讓這種等離子系統(tǒng)長時間運(yùn)作而完全不影響其他航電運(yùn)作的關(guān)鍵要素在于解決供電問題。這可以分成幾種狀況：

1）飛機(jī)本身采用美式隱身設(shè)計，但針對氣動效率優(yōu)化，并以等離子隱身作輔助，此時等離子隱身僅需局部使用，或針對長波雷達(dá)，耗電較低：

2）提升供電能力，使針對X波段的等離子能長時間大面積運(yùn)作。此時外加電源的體積、重量就成為決定等離子系統(tǒng)能否讓飛機(jī)長時間隱身的重要參數(shù)。然而在另一方面，如果在戰(zhàn)機(jī)研制之初就考慮使用等離子系統(tǒng)而將正常發(fā)電量提高（改進(jìn)發(fā)動機(jī)上的發(fā)電機(jī)），就能在不付出過大體積與重量的情況下滿足等離子系統(tǒng)與其他航電系統(tǒng)的需要。

需注意的是，先進(jìn)飛機(jī)（軍用民用皆然）對電力系統(tǒng)的需求呈現(xiàn)越來越高的趨勢，因此為飛機(jī)裝上額外的高功率電力系統(tǒng)也是目前的主流發(fā)展方向之一，等離子隱身系統(tǒng)僅需“搭順風(fēng)車”，而不需占用額外資源開發(fā)新的電力系統(tǒng)。這種額外電力系統(tǒng)的最直接選項便是輔助動力單元，除了用于起動發(fā)動機(jī)外，其在飛行時隨時處于待機(jī)狀態(tài)以便必要時為航電系統(tǒng)供電。蘇-35BM上的TA-14-130-35便具有約30千瓦的供電能力，相當(dāng)于AL-31F的主發(fā)電機(jī)。不過氣渦輪發(fā)電效率較低，因此目前也在發(fā)展以燃料電池作為輔助電力源。TsIAM（俄羅斯中央航空發(fā)動機(jī)研究院）便發(fā)展了一種基于納米技術(shù)的燃料電池，除了擁有燃料電池的高效率（氣渦輪發(fā)電效率的好幾倍）外，其已輕巧至足以用于飛機(jī)（傳統(tǒng)燃料電池4000多千克可以達(dá)到的效能其200千克便能達(dá)到），可以說是為AESA雷達(dá)、等離子隱身等未來航電系統(tǒng)提供了保障。

因此，電源問題固然是等離子隱身能否實用化的制約因素之一，但并非無解。此外，許多保守評論以“等離子隱身可能不能直接用于現(xiàn)有飛機(jī)”為由判定其無實用價值則完全是出于意識形態(tài)的攻擊。按照這樣的邏輯，人們就可以得出“隱身外形也只能用于新設(shè)計的飛機(jī)，所以隱身外形不實用”、“AIM-12C導(dǎo)彈不能用于F-86戰(zhàn)機(jī)，所以它不是實用化的導(dǎo)彈”之類的結(jié)論，這顯然不正確而且相當(dāng)可笑。

結(jié)語

雖然至今等離子隱身系統(tǒng)尚未正式用于服役的戰(zhàn)機(jī)，但也沒有證據(jù)推翻等離子隱身的可行性，網(wǎng)上流傳的等離子隱身的不可行性絕大多數(shù)在邏輯上與理論上都是錯誤的。等離子隱身若能與傳統(tǒng)隱身技術(shù)搭配，將能互補(bǔ)并讓隱身性能更上一層樓。俄羅斯的等離子隱身系統(tǒng)已通過國家級試驗，并非在零點，而傳統(tǒng)隱身技術(shù)也奮起直追，但外形上并未像美式隱身戰(zhàn)機(jī)那樣過分遷就隱身性能。因此單就傳統(tǒng)技術(shù)論，俄羅斯T-50戰(zhàn)機(jī)的隱身性能應(yīng)難與F-22匹敵，但若能搭配等離子隱身系統(tǒng)，則又另當(dāng)別論。因此等離子隱身系統(tǒng)仍是相當(dāng)值得期待的第四代戰(zhàn)機(jī)的隱身技術(shù)之一。