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50年前美军“等离子隐身”黑科技:飞机燃料掺入铯,实战却不敢用。

2019年09月19日 15:25:25

来源:凤凰军事@陶慕剑防务评论

SR-71“黑鸟”高空高速侦察机,是人类航空史上的一个传奇。这种1960年代研制成功的侦察机,拥有三万米高的超高升限,三倍音速的超高速度,至今仍保持了很多世界纪录。不仅如此,“黑鸟”的夸张性能还隐藏着更深的秘密。

事实上,SR-71“黑鸟”以及它的前身A-12“牛车”还用上了人类最早的雷达隐身技术,而且不只一种。这些隐身技术,包括大家熟悉的特殊外形、隐身涂料,甚至还有一种奇特的“离子隐身术”——在燃料中添加铯。

“牛车”与“黑鸟”——隐身技术的先驱。

SR-71“黑鸟”的前身,是1959年开始研制的、原本作为战斗/侦察机设计的A-12“牛车”。美国开发“牛车”的原因,就是当时U-2侦察机已无力突破苏式防空系统。因此,“牛车”充分堆砌了美国航空的最先进技术,在最大升限、最大速度上创造了登峰造极的记录。不仅如此,美国也开始全面研究“雷达隐身技术”,试图通过缩小飞机的雷达反射信号,达到突破防空网的目的。

洛克希德公司在开发A-12的时候,特意为减少雷达反射信号,将机体设计为扁平造型,以缩小雷达反射截面。同时,在A-12的细节设计上也做了不少工作,例如两台普惠J-58涡喷发动机的进气道表面尖锥、发动机舱外侧蒙皮、机翼前缘的弯曲延伸部分、大倾斜度的垂直尾翼、机头前缘的锯齿形挡板等,都进行了“折线”式等特殊设计,以尽可能减少雷达反射。这种折线式外形设计,最终在F-117“夜鹰”项目上得到更充分的体现。

此外值得一提的,就是“牛车”和“黑鸟”还采用了最早的一种隐身涂料。这种隐身涂料在美国空军一直处于保密状态,直到本世纪初才解密。这种涂料俗称“铁球漆”,因为这种混合式复合涂料含有微小的铁球,有助于吸收雷达波,因此也被称为“铁基涂料”。有数据称,这种特殊涂料在20世纪60年代每夸脱(0.946升)售价高达400美元。

这种特殊的“铁球漆”,不仅适用于A-12和SR-71,也被用于D-21高空高速无人侦察机。D-21无人机采用了大量A-12和SR-71的技术,包括动力、材料和设备等,隐身涂料自然也包含在内。

然而历史却开了个大玩笑,美军在1969-1971年连续四次出动D-21无人机,试图侦察中国境内核设施,结果全部失败。不仅如此,一架完整的D-21甚至掉在了中国境内,将大量黑科技包括“铁球漆”隐身涂料技术的样本直接送给了中国。

至今罕为人知的“燃料掺铯”黑科技。

通过这些超越时代的隐身技术,“牛车”和“黑鸟”大大减小了雷达反射信号。但是讽刺的是,现实中的“黑鸟”侦察机却几乎从没有在实战中真正躲开过敌方雷达。

除了当时的隐身技术仍不到位外,“牛车”和“黑鸟”的独特性能也造成了雷达反射信号特别大——那就是两台J-58超大推力发动机喷出的巨大气流。“牛车”和“黑鸟”速度高达三倍音速,喷射的气流自然非同凡响,气流速度还要远超过三倍音速。

据美国雷达研究专家指出,“黑鸟”的尾喷管直径超过1.5米,而且气流速度极高,因此能够以所有“敌方感兴趣的频率和角度”反射大量信号。因此,“牛车”和“黑鸟”超高速的性能,足以令洛克希德公司在飞机外表上做的一切隐身努力,都付之东流。甚至于,“黑鸟”因此而产生的雷达反射截面,比任何飞机都要庞大。

为避免这种尴尬现象,美国研发人员能想到唯一办法,就是关闭发动机喷口——这当然是不可能的。这个时候,作为U-2替代产品的“牛车”几乎流产,中情局在“牛车”计划中的开发监督人员一度建议取消计划。

据有关A-12的开发史记载,有一位叫做洛维克的开发人员首先提出,在A-12的燃料中使用特殊添加剂(后来确定是铯添加剂),以克服从尾部雷达截面过大的问题。铯添加剂燃料经过洛克希德的最初可行性研究后,将最终开发工作交给了发动机开发商——普惠公司,最终成为了挽救“牛车”计划的关键。洛维克在退休后,曾经写过一本自传《雷达人:个人的经历》,揭示了早期隐身飞机研制中的大量细节过程。

铯添加剂这个黑科技对于“牛车”和“黑鸟”的关键作用,至今被淹没在大量历史细节中,被多数人所忽视。

所谓的“等离子隐身”是如何工作的?

在A-12的燃料中加入铯添加剂,背后的基本原理就是现在常说的所谓“等离子隐身”概念。

简单来说,就是在一个物体的部分或全部周围形成一团等离子体或电离气体。这些等离子体能够吸收电磁辐射,包括雷达波,防止它们的反射。制造这种等离子体有多种方法,洛维克的想法就是——通过燃料添加剂将碱性金属注入到高热气流中,这种超高温可以将其转化为电离气体。

洛克希德公司一份现已解密的公司报告,曾描述过研制这种“等离子隐身”技术的部分细节过程。洛克希德公司对使用钠、钾和铯等金属的混合物进行了测试,其中“铯似乎是首选材料,因为在气态下它是最容易电离的”——洛维克在他的书中写道。

最后确认的添加剂混合物配方,包括30%的金属铯和60%的磷酸二烷基酯。随后,洛克希德将添加剂项目移交给普惠公司,以完成与发动机结合的最后工作。

A-50铯添加剂:因高度机密不敢使用,且对飞机有害。

1965年,普惠公司将这种铯添加剂命名为A-50“铯载液”。其中关键材料磷酸二烷基酯,基础溶液是普惠公司从洗涤剂制造行业购买的,原本作为洗涤剂生产中的副产品。

这种代号A-50的铯添加剂,美国从未透露是否包含放射性的铯同位素,而且也没有任何“黑鸟”燃料存在辐射的历史证据。但是,A-50添加剂确实是有毒的,这样对使用就造成了一些问题。其实不仅是添加剂,“牛车”和“黑鸟”J58发动机使用的JP-7燃料,本身就含有很高的毒性。

从现有记录中,JP-7燃料需要添加多少A-50添加剂才能达到预期隐身效果,至今也搞不清楚。因为,J58发动机在高空高速飞行中,会经历了极高内部温度和极低外部温度的各种不寻常组合,JP-7燃料具有非常低的挥发性和非常高的闪点,所以这种“等离子隐身”效果具有高度不确定性。

1967年,“牛车”作为高空高速侦察机执行了首次作战任务。但是,“牛车”和“黑鸟”不是每一次出击都会在JP-7燃料中添加A-50添加剂。事实上,美国中情局在多数出击中都明确拒绝使用这种“等离子隐身添加剂”。

第一,这种“等离子隐身添加剂”是一种高度机密的产品,美国官方要求尽可能避免使用,以防止苏联方面发现它的存在。

第二,A-50添加机含有金属铯颗粒,对发动机会造成损害,大大减少“牛车”和“黑鸟”的飞行寿命,并且在飞行中会产生极大事故风险。

第三,“牛车”和“黑鸟”还要求搭配KC-135加油机,如果燃料中加入A-50铯添加剂,必然对KC-135的加油系统也造成污染。每一次飞行后,都必须对KC-135的所有加油设备和发动机进行彻底清洗。

后来,美国空军对KC-135加油机发展了一款特殊改进型,专门用于支援“黑鸟”侦察机。但是,A-50添加剂的副作用太多,成为美国空军的一种“鸡肋”产品。在“黑鸟”历史上,A-50添加剂到底使用了多少次?哪一次重要飞行使用过?都已经成为了谜团。

“牛车”和“黑鸟”在冷战时期非常活跃,但最终也避免不了被淘汰的结局,A-50铯添加剂也随之成为历史。但是,“等离子隐身技术”作为隐身技术的重要一环,至今仍在继续发展。A-50铯添加剂,作为隐身飞机发展史上隐秘而又重要的一个里程碑,它的故事至今耐人寻味。(作者:陶慕剑)

50年前美军“等离子隐身”黑科技:飞机燃料掺入铯,实战却不敢用。

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