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孕育隐形轰炸机的摇篮——巨型微波暗室

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  美国B2隐形轰炸机已经诞生20多年了,但放眼全球,仍未出现类似的大型隐身飞行器,究其原因,除了B2在气功、材料、动力等方面的门槛外,还需要很多完善的基础设施,其中除了大型风洞就数巨型微波暗室了。

  微波暗室又称无回波室、吸波室,是用吸波材料建造的一个封闭空间,当电磁波照射到微波暗室内的墙面、顶棚、地面时,绝大部分会被吸收(辐射能量并不能完全被吸收),而透射、反射极少。这样就可以在室内人为营造出一种空旷的“自由电磁空间”,可以逼真地模拟现实的信息战场环境。在暗室内进行雷达、通信、电子战信号或隐形战机RCS的测试可以免受多次反射或外界杂波的干扰,取得最理想的模拟效果,微波暗室不仅能够屏蔽外界电磁波的影响,也能够有效地阻止内部测试信号溢出,更利于测量过程的保密,同时微波暗室中的测量活动也不受天气的影响。

  微波暗室的工作原理是利用电磁波在不同磁导率材料中的传播特性对电磁波进行引导,再通过共振,大量吸收其辐射能量,最后通过耦合把电磁波的能量转变成热能释放。微波暗室通常由聚氨酯吸波海绵材料和金属屏蔽体为主的材料建造,而衡量微波暗室性能的决定因素除了吸波材料的性能外,还受所测设备的外形尺寸和测试频率要求的影响。

  微波暗室内像钉子一样的物体是由吸波材料做成的棱锥,可以防止测试信号反弹

  微波暗室在实际应用中又有两种不同的形式:

  一是半电波暗室(也称为电磁兼容室),半电波暗室正是为了模拟电磁兼容测试时的户外开阔场地建造的,它是在屏蔽室的五面墙壁(地板除外)上铺设吸波材料,并在地面上铺设导电地板模拟大地对电波的反射现象。很多军用电子战设备,如预警机、电子战飞机,都是在半电波暗室内进行的。因为它们不但发射信号,还要把地面反射的杂波滤除。

  另外一种则是在各面墙壁均铺设吸波材料,营造一种对电磁波完全无反射的效果,用于无回波状态隐形战机电磁散射方向图的测量,也称为全电波室。像歼20、攻击11等隐身飞行器散射方向图测量就需要全电波室。

  全电波室用于目标各角度RCS的准确测量

  一般来说,对于外形复杂的受测设备,如战斗机、无人机等,直接用全尺寸的实物进行综合测量,才能得出最准确的结果。但是当代的重型战机的长宽高已经有22X15X6米的空间尺寸(如歼20长度就超过了20米,翼展达12.88米,高也有4.45米)。要准确的测量这么大的一架战机的,微波暗室的体量就必须做到相当于一个小礼堂的大小。要测量轰20,所需微波暗室的空间就非常惊人了。

  由于建造微波暗室的技术难度较大、周期较长、成本较高,目前世界上只有极少国家能够建造可容纳全尺寸样机的大型微波暗室,其中美国爱德华兹空军基地的贝尼菲尔德微波暗室长 80.46 米,宽 76.2 米,高 21.33 米,是目前世界上已知最大的微波暗室。它有一个直径 24.38 米,旋转角度±180 度,承载能力150吨的转台。还有2台起吊能力40 吨的吊车,能够悬吊实物战斗机开展测 试。

  位于加利福尼亚爱德华兹空军基地贝尼菲尔德微波暗室,可轻松容纳B1大型轰炸机

  如果微波暗室够大,被测试设备就可以吊在空中进行各种测试,其中一项实验就是用不同波段的雷达从各种不同的角度测量它们的雷达回波,精准地测量出雷达反射截面积,测试隐身飞机的隐身性,验证设计的准确性。

  2020年11月28日,由中电国睿洛普公司设计并承建的国内最大微波暗室在重庆正式投入使用。该暗室是目前国内规模最大的多功能天线测量实验室(长60m×宽30m×高30m),其中近万平方米的高性能吸波材料由洛普公司自主研发和制造。该暗室为中国信息通信研究院西南分院的5G天馈线检测实验室,可进行天线远场及汽车整车天线的测试,测试频率覆盖范围达400MHz~110GHz。

  连用于5G检测的微波暗室都有这么大的体量,用于轰20的尖端巨型微波暗室又会达到怎样的规模呢?这样的微波暗室只有用“巨型”这个词描绘才算是比较贴切。从世界之最的8万吨级模锻压机和500米直径的射电天文望远镜来看,当代“大”的世界纪录总是会在中国产生,微波暗室也不例外。愿早日轰20走出孕育它的巨型微波暗室,翱翔于祖国的领空!

  轰20保密工作之所以做得如此完美,与超大空间的微波暗室有很大关系。