美國B2隱形轟炸機已經(jīng)誕生20多年了,但放眼全球,仍未出現(xiàn)類似的大型隱身飛行器,究其原因,除了B2在氣功、材料、動力等方面的門檻外,還需要很多完善的基礎(chǔ)設(shè)施,其中除了大型風(fēng)洞就數(shù)巨型微波暗室了。
微波暗室又稱無回波室、吸波室,是用吸波材料建造的一個封閉空間,當(dāng)電磁波照射到微波暗室內(nèi)的墻面、頂棚、地面時,絕大部分會被吸收(輻射能量并不能完全被吸收),而透射、反射極少。這樣就可以在室內(nèi)人為營造出一種空曠的“自由電磁空間”,可以逼真地模擬現(xiàn)實的信息戰(zhàn)場環(huán)境。在暗室內(nèi)進(jìn)行雷達(dá)、通信、電子戰(zhàn)信號或隱形戰(zhàn)機RCS的測試可以免受多次反射或外界雜波的干擾,取得最理想的模擬效果,微波暗室不僅能夠屏蔽外界電磁波的影響,也能夠有效地阻止內(nèi)部測試信號溢出,更利于測量過程的保密,同時微波暗室中的測量活動也不受天氣的影響。
微波暗室的工作原理是利用電磁波在不同磁導(dǎo)率材料中的傳播特性對電磁波進(jìn)行引導(dǎo),再通過共振,大量吸收其輻射能量,最后通過耦合把電磁波的能量轉(zhuǎn)變成熱能釋放。微波暗室通常由聚氨酯吸波海綿材料和金屬屏蔽體為主的材料建造,而衡量微波暗室性能的決定因素除了吸波材料的性能外,還受所測設(shè)備的外形尺寸和測試頻率要求的影響。
微波暗室內(nèi)像釘子一樣的物體是由吸波材料做成的棱錐,可以防止測試信號反彈
微波暗室在實際應(yīng)用中又有兩種不同的形式:
一是半電波暗室(也稱為電磁兼容室),半電波暗室正是為了模擬電磁兼容測試時的戶外開闊場地建造的,它是在屏蔽室的五面墻壁(地板除外)上鋪設(shè)吸波材料,并在地面上鋪設(shè)導(dǎo)電地板模擬大地對電波的反射現(xiàn)象。很多軍用電子戰(zhàn)設(shè)備,如預(yù)警機、電子戰(zhàn)飛機,都是在半電波暗室內(nèi)進(jìn)行的。因為它們不但發(fā)射信號,還要把地面反射的雜波濾除。
另外一種則是在各面墻壁均鋪設(shè)吸波材料,營造一種對電磁波完全無反射的效果,用于無回波狀態(tài)隱形戰(zhàn)機電磁散射方向圖的測量,也稱為全電波室。像殲20、攻擊11等隱身飛行器散射方向圖測量就需要全電波室。
全電波室用于目標(biāo)各角度RCS的準(zhǔn)確測量
一般來說,對于外形復(fù)雜的受測設(shè)備,如戰(zhàn)斗機、無人機等,直接用全尺寸的實物進(jìn)行綜合測量,才能得出最準(zhǔn)確的結(jié)果。但是當(dāng)代的重型戰(zhàn)機的長寬高已經(jīng)有22X15X6米的空間尺寸(如殲20長度就超過了20米,翼展達(dá)12.88米,高也有4.45米)。要準(zhǔn)確的測量這么大的一架戰(zhàn)機的,微波暗室的體量就必須做到相當(dāng)于一個小禮堂的大小。要測量轟20,所需微波暗室的空間就非常驚人了。
由于建造微波暗室的技術(shù)難度較大、周期較長、成本較高,目前世界上只有極少國家能夠建造可容納全尺寸樣機的大型微波暗室,其中美國愛德華茲空軍基地的貝尼菲爾德微波暗室長 80.46 米,寬 76.2 米,高 21.33 米,是目前世界上已知最大的微波暗室。它有一個直徑 24.38 米,旋轉(zhuǎn)角度±180 度,承載能力150噸的轉(zhuǎn)臺。還有2臺起吊能力40 噸的吊車,能夠懸吊實物戰(zhàn)斗機開展測 試。
位于加利福尼亞愛德華茲空軍基地貝尼菲爾德微波暗室,可輕松容納B1大型轟炸機
如果微波暗室夠大,被測試設(shè)備就可以吊在空中進(jìn)行各種測試,其中一項實驗就是用不同波段的雷達(dá)從各種不同的角度測量它們的雷達(dá)回波,精準(zhǔn)地測量出雷達(dá)反射截面積,測試隱身飛機的隱身性,驗證設(shè)計的準(zhǔn)確性。
2020年11月28日,由中電國睿洛普公司設(shè)計并承建的國內(nèi)最大微波暗室在重慶正式投入使用。該暗室是目前國內(nèi)規(guī)模最大的多功能天線測量實驗室(長60m×寬30m×高30m),其中近萬平方米的高性能吸波材料由洛普公司自主研發(fā)和制造。該暗室為中國信息通信研究院西南分院的5G天饋線檢測實驗室,可進(jìn)行天線遠(yuǎn)場及汽車整車天線的測試,測試頻率覆蓋范圍達(dá)400MHz~110GHz。
連用于5G檢測的微波暗室都有這么大的體量,用于轟20的尖端巨型微波暗室又會達(dá)到怎樣的規(guī)模呢?這樣的微波暗室只有用“巨型”這個詞描繪才算是比較貼切。從世界之最的8萬噸級模鍛壓機和500米直徑的射電天文望遠(yuǎn)鏡來看,當(dāng)代“大”的世界紀(jì)錄總是會在中國產(chǎn)生,微波暗室也不例外。愿早日轟20走出孕育它的巨型微波暗室,翱翔于祖國的領(lǐng)空!
轟20保密工作之所以做得如此完美,與超大空間的微波暗室有很大關(guān)系。