超导单光子激光雷达，让隐身战机无处遁形，讲讲反隐身雷达技术

隐身战机，是未来战争的主力，曾经一度藐视全球。但是随着反隐身雷达技术的发展，隐身战机的战略优势受到了限制。我国从反隐身技术的看客，到渴望购买反隐身雷达，再到自己研发反隐身雷达，如今已经是反隐身技术的强国！今天简单聊聊共和国雷达的那些事。

我是东城观星，给大家讲述大科技背后的科学知识，喜欢我的作品，顺便点个关注！

一、优良的传统

说到雷达守卫国土的平安，不得不提共和国的地空导弹部队守卫国土的故事。推荐大家观看军事题材电视剧《绝密543》，这是根据真实事件改编的电视剧，讲述的就是我地空导弹部队守卫国土安全的故事。虽然部分剧情编造得有些不合逻辑，但总体框架是根据真实事件演绎的，观赏性很强。中国地空导弹部队从成立之初，就创造了辉煌的战绩！使用苏联生产的萨姆-2型防空导弹击落了一架RB-57D高空侦察机，创造了世界上第一次用地空导弹击落高空侦察机的战绩。后来，又陆续击落了5架当时最先进的U-2高空侦察机。让利用飞行高度优势，肆无忌惮侦查我国领土的高空侦察机彻底放弃了对我国的侦查，取得了护卫领空不再被侵犯的辉煌成果。

在这其中，发挥非常重要作用的，就是配套的雷达系统，能够准确识别敌机，并引导导弹准确击落敌机。击下5架U-2飞机的过程，也伴随着与雷达技术相关的电子战博弈。最初，我们的雷达系统，可以轻松捕捉敌机的踪迹，毫不费力地引导导弹击落敌机。后来，敌机安装了专门识别我军雷达信号的预警系统，造成我军多次攻击失效。于是，我军发明了让预警系统失效的近快战法。此外，随着敌方预警系统的升级，我军也在研发并不断升级反预警系统。在反复的电子战中，我军取得了一定的战略优势，守卫了国土安全，也对雷达技术有了深入的研究。

二、隐身战机

到了上世纪八十年代，美军研发出了F-117隐身战机。传统的雷达系统对它无效，很难侦测到它的踪影，更是无从攻击了。该型战机，利用特殊的机身形状，改变雷达电磁波的反射方向，让等着接收反射信号的雷达变成了睁眼瞎。这项技术，就像我们照镜子一样，正面照镜子，我们可以看到自己的影像，但是如果从侧面看镜子，我们却看不到自己，只能看到另一个侧面的物体。很多魔术表演，就是利用镜子反射角度的原理，来创造魔幻的效果。隐身战机也是利用这样的原理，把雷达波反射到了其他方向，让对方雷达捕捉不到自己的存在。

事实上，如果另一个雷达在电磁波反射出去的方向上等着，就可以清楚地看到隐形飞机。于是，很多人想到了用雷达阵来探测隐身战机。也就是，在一定范围内布置很多雷达，虽然一台雷达无法检测到自己发射的电磁波，但总会有一台雷达刚好在隐身战机雷达波的反射方向上，两个雷达协同作用，也可以让隐身战机无处遁形。但是这个方案，需要在很大的范围内布置好雷达阵列，同时还要相互之间做好数据同步，实施起来困难比较大，没有被大规模应用起来。

三、无源雷达可以看到隐身战机

令人惊奇的是，1999年3月27日，南联盟的导弹部队居然用萨姆三导弹击落了一架不可一世的F-117隐身战机，打破了隐身战机不能被雷达探测到的神话。全世界都在震惊于这个事实！一开始，很多人认为这是间谍战的胜利，而不是雷达的胜利。但是，随着后期信息的不断明朗，人们发现很可能是一种特殊的雷达立了大功。但具体是哪种雷达，却有两个说法。

一个说法是捷克生产的无源雷达发现了隐身战机并指挥导弹击落了它。所谓无源雷达就是本身不发射电磁波，利用空中本来就有的广播信号和其他电磁波来进行监视的雷达。空中飞过的隐身战机，会给雷达接收的信号带来一个扰动，根据这个扰动信号，可以计算出飞机的位置和速度等信息。这个计算有点像GPS导航，利用终端接收的四个信号数据，建立四个方程，可以解出探测目标的三维坐标。所不同的是，GPS是一个终端接收四个卫星的数据，而无源雷达是四个终端接收同一个信号源的数据。当然，这个说起来简单，真正实现起来，需要非常复杂的数学计算，没有很牛的数学家协助是很难实现的。

鉴于这种雷达可以发现隐身战机的神奇功能，我国在2004年向捷克提出购买一批维拉雷达。但就在交易快达成的时候，被某大国给阻止了。我们没能买到可以监测隐形战机的重要雷达。但只要知道的基本原理，下大力气攻关，想自己生产并不是天方夜谭。现在我国不仅掌握了无源雷达技术，甚至还不断完善，已经可以使用电视信号、wifi信号、手机无线信号甚至北斗卫星信号来实现无源探测了。

四、米波雷达显神威

当然，由于F-117被击落的真实原因没有解密，所以上述说法只是一种猜测。同时，还有一个说法，就是当初是俄制的P-18米波雷达发现了隐身战机，并引导萨姆三导弹击落了这架战机。随着大量材料的公开，这种说法的可靠性更高一些。

所谓米波雷达，就是利用波长1米到10米的电磁波来探测对象的雷达，这种雷达使用的电磁波比普通雷达电磁波波长要长很多，精度比较差，体型也比较笨重，虽然早在上世纪40年代就已经发明了，但一直得不到重用。直到隐身战机出现，经典的雷达变成了睁眼瞎。人们才发现，米波雷达可以看到隐身战机，一翻身变成了高富帅。这有点像人们的审美变更，在物资不充足的年代，胖人由于具有自己储存能量的优势，很容易存活下来，而瘦人因为自身储备能力差，一旦遭遇饥饿和寒冬活下来的机会比较渺茫，所以经过历史筛选，肥胖基因在多数人体内都存在。但是现在，由于物资足够充足，饥饿和寒冷不再是问题，肥胖却成了一种负担，瘦高的体型却成了美的标准。

回来说雷达的事，米波雷达能看到隐身战机的原理稍微有一些复杂，传统的电磁波，波长短，可以被隐身战机的特殊涂料吸收，也可以被战机机身的特殊形状给反射到其他地方，能回到原来雷达那里的信号显示飞机只有一只小鸟那么大，甚至更小。但是米波雷达的波长跟飞机本身的大小很接近，不能被完全反射走，反而能把飞机的实际大小反馈回去，让雷达准确识别飞机。另外，米波雷达的电磁波，不容易被飞机表面的隐身涂料所吸收，信号不容易减弱，所以探测效果还不错。

明白了这个道理以后，世界各大国都在努力研发具有反隐身功能的米波雷达，其中俄罗斯的研发最早也最深入。但作为具有后发优势的中国入场以后，不仅逐渐掌握了米波雷达的全部技术，而且不断完善和发展，现在已经可以生产出具有三维定位功能的有源相控阵米波雷达了。这种相控阵雷达，就是我们经常能看到的一个大平板上有很多圆疙瘩的雷达，一改传统米波雷达的体型笨重精度低，变得小巧而高效。这种雷达有点像蜻蜓的复眼，每一个疙瘩都是一个小眼睛，所有的眼睛接收到的信号都是不完全一样的，利用精密的算法，可以准确确定目标的大小、位置和速度等信息，指导防空导弹准确攻击对方。JY-26相控阵米波雷达，是我国自己研发的雷达，已经可以对外销售了，那么我们猜猜不外销的升级款应该能达到什么样的水平呢？

五、超导单光子激光雷达

除了上述两种雷达可以发现隐身战机以外，还有好多雷达从原理上也可以发现隐身战机。在这里就不多说了，重点再介绍一种我国刚刚验收的一种新型探测技术。那就是超导单光子激光雷达，这是一款由南京大学主导研发的新型探测雷达。其核心部件就是超导单光子阵列检测器。

其实就像大家都知道的，隐身战机并不是看不见的战机，只是传统雷达不容易检测到的战机。这种战机要么通过特殊形状的机身改变电磁波的反射方向，要么就是通过特殊涂层吸收一定波长的电磁波，或者两种作用都有。总之，就是让雷达很难检测到它是一架战机，从而忽略它的存在。如果把隐形战机放到跟前，我们可以清楚地看到它。

既然可以看到，也就是可以用光来检测它的存在，于是激光雷达就可以派上用场了。但是，由于空气中有大量的物质，会影响光的传播，所以一般我们很难看到特别远的地方，就算晴空万里，能看到的距离也是很有限的。我国新研发的单光子检测技术，可以非常灵敏地检测到单个光子的存在。如果单个光子都能检测到，它就能看到我们肉眼无法分辨的东西，理论上识别能力可能达到人眼的万亿倍。最近的测试中，利用该系统，实现了低空大气中几百公里外目标的实时跟踪探测，这是非常了不起的成绩。我们看军事节目的时候，可以了解到，导弹在距离目标30多公里的时候发射，就可以准确命中目标，几百公里外就可以检测到，意味着有充足的的时间做好打击准备。

至于超导单光子检测技术是怎么回事。东城老师有点科技八卦，听说一种新技术，总想了解一下工作原理。在搜集了一些资料以后，发现了真相。所谓超导单光子检测技术，就是利用超导材料的导电性变化来检测光子的技术。当光子照射到超导材料上以后，超导材料不再超导，有了电阻，阻碍电流的流通，从而形成了一个信号。反应过后，超导材料还能迅速恢复超导能力，迎接下一个光子。使用阵列探测，又可以像蜻蜓的复眼一样，更准确地计算出目标的具体信息，为准确监控和精准打击提供必要的信息。这种探测技术可以做到小巧便携，未来很可能直接装备到舰艇和飞机上。当然除了军事应用以外，单光子检测还可以应用于太空探测领域，我国在这方面也有很多研究成果。

让单光子检测技术实现目标影像的再现，关键靠算法，就像我们的手机相机一样，苹果手机的像素并不高，但照出来的照片却比很多相机清楚得多，其实就是算法比较牛。未来单光子检测技术要想很好地应用，必须要有精准的算法，准确解读捕获的信息。这又涉及到了数学知识和计算机算法这些问题，这些年我国的相关学科发展迅速，解决这类问题已经不再困难了。未来，各项反隐身技术的综合应用，可以帮助我国军队更好地守卫我们的大好河山，维护祖国的统一大业！

关于这项技术，我们只能解释一个皮毛，再往深了解释，就不行了，你懂的。正在上学的朋友可以稍微开开眼界，努力学习，将来为国家的强盛贡献一份力量吧！记住，好好学数学！

好了，今天的介绍就到这里，别忘了评论、点赞、关注，谢谢大家！