Radar-absorbující materiály ( RPM ) a Radar-absorbující povlaky ( RPC ) jsou třídou materiálů používaných v technologii stealth k maskování zbraní a vojenského vybavení před radarovou detekcí nepřítele. Jsou nedílnou součástí obecného směřování spojeného s vývojem prostředků a metod snižování demaskovacích znaků zbraní a vojenské techniky v hlavních fyzikálních oborech. Při interakci elektromagnetického záření s RPM dochází k simultánním procesům absorpce, rozptylu (v důsledku strukturní a geometrické nehomogenity materiálu) a interference rádiových vln.
Rozlišení mezi vlastními materiály (RPM) a nátěry (RPC) je do jisté míry podmíněné a předpokládá, že první jsou součástí struktury objektu, zatímco druhé jsou obvykle aplikovány na jeho povrch. Podmíněnost separace je také spojena se skutečností, že jakýkoli radioabsorbující materiál není pouze materiálem, ale mikrovlnným absorpčním zařízením. Schopnost materiálu absorbovat vysokofrekvenční záření závisí na jeho složení a struktuře. RPM a RPP nezajišťují absorpci záření žádné frekvence, naopak materiál určitého složení se při určitých frekvencích vyznačuje lepší absorpční schopností. Univerzální pohlcující materiál uzpůsobený k pohlcování záření radarové stanice (RLS) v celém frekvenčním rozsahu neexistuje.
Existuje obecná mylná představa, že v důsledku použití RPM se objekt stává pro lokátory neviditelným. Použití materiálů pohlcujících rádiové záření může ve skutečnosti pouze výrazně snížit efektivní rozptylovou plochu objektu v konkrétním radarovém frekvenčním rozsahu, což však nezajistí úplnou „neviditelnost“ objektu na jiných frekvencích záření. RPM jsou pouze součástí zajištění nízké viditelnosti objektu, včetně: konfigurace letadla (LA); konstrukční a dispoziční řešení; rozšířené používání kompozitních materiálů, absence vlastního záření atd.
Úplně prvním typem RPM, známým pod obchodním názvem Schornsteinfeger (podle kódového označení pro projekt ochrany ponorek před detekcí spojeneckými radary instalovanými na protiponorkových letounech), byl lehký vrstvený materiál používaný Němci během 2. Válka ke snížení odrazivosti šnorchlových (periskopových) podvodních člunů při ozařování radarem s provozní vlnovou délkou 3 až 30 cm [1] .
Při tloušťce otáček 75 mm se struktura materiálu skládala ze sedmi po sobě jdoucích vrstev grafitem plněného polovodivého papíru, vzájemně oddělených mezilehlými dielektrickými vrstvami - polyvinylchloridovou pěnou . Princip Jaumann Absorber , který je základem tohoto RPM , viz níže, je pojmenován po svém tvůrci, prof. Johannu Jaumannovi (Brun).
Další první RPM a povlaky na nich založené byly vytvořeny ve formě kompozitů na bázi karbonylového železa a feritových prášků. Tyto RPP však kvůli své značné hmotnosti nemohly být použity pro rádiové maskování letadel, lodí lehkých tříd a dalších lehkých typů vojenské techniky [2] .
Klasifikace typů RPM a RPP je spíše podmíněná. Zde je klasifikace používaná především v Anglii a USA .
Existují nejméně tři typy RPM: rezonanční, nerezonanční magnetické a nerezonanční sypké materiály. Rezonanční nebo frekvenčně laděné RPM zajišťují částečnou nebo úplnou neutralizaci záření odraženého od povrchu absorbéru jeho částí, která prošla tloušťkou materiálu. Neutralizační efekt je významný, když je tloušťka absorbéru rovna jedné čtvrtině vlnové délky záření . V tomto případě jsou vlny odražené od povrchu absorbéru „v protifázi“.
Rezonanční materiály jsou aplikovány na reflexní povrchy maskujícího předmětu. Tloušťka RPM odpovídá čtvrtině vlnové délky radarového záření. Dopadající energie vysokofrekvenčního záření se odráží od vnějšího a vnitřního povrchu RPM za vzniku interferenčního obrazce neutralizace původní vlny. Díky tomu je dopadající záření potlačeno. Odchylka očekávané frekvence záření od vypočtené vede ke zhoršení absorpčních charakteristik, proto je tento typ RPM účinný při maskování před radarovým zářením pracujícím na standardní, neměnné monofrekvenci.
Nerezonanční magnetické RPM obsahují feritové částice rozptýlené v epoxidu nebo povlaku. Nerezonanční magnetické RPM rozptylují energii vysokofrekvenčního záření na velkou plochu. Hlavní výhodou nerezonančních magnetických RPM je jejich širokopásmové připojení, tedy účinnost absorpce záření v širokém frekvenčním rozsahu. Naopak účinnost rezonančních RPM je omezena úzkým rozsahem vypočtených frekvencí záření.
Nerezonanční hromadné RPM se obvykle používají jako relativně tlusté vrstvy, které absorbují většinu vstupní energie předtím, než se vlna přiblíží a případně se odrazí od kovové zadní desky. Princip činnosti je založen na použití dielektrických a magnetických ztrát, které jsou způsobeny přidáním feritových sloučenin. V některých případech se používá zavedení grafitu do matrice polyuretanové pěny .
Tenké povlaky vyrobené z dielektrik a vodičů jsou úzkopásmové, takže tam, kde přidaná hmotnost a náklady nejsou kritické, se magnetické materiály používají jak v rezonančních otáčkách za minutu, tak v nerezonančních otáčkách za minutu.
Gradientové RPM jsou vícevrstvé struktury s plynulou nebo skokovou změnou tloušťky komplexní dielektrické (nebo magnetické) permeability, směrem k zadní ploše bývá zajištěno zvýšení tečny úhlu dielektrické ztráty. Tento typ RPM je technologicky náročný na výrobu.
Jedním z nejznámějších typů RPP je nátěr "železné kuličky " obsahující rozptýlené mikrokuličky potažené karbonylovým železem nebo feritem. Vysokofrekvenční radarové záření působící na povlak způsobuje molekulární vibrace v povlaku v důsledku uložení střídavého magnetického pole, které je doprovázeno přeměnou energie EM záření na teplo. Teplo je přenášeno do konstrukce letadla a odváděno.
Používá se na průzkumném letounu Lockheed SR-71 Blackbird . Byla vyvinuta speciální konstrukce draku letadla, která neobsahuje svislé plochy. Povlak je schopen absorbovat rádiové vlny v určitém rozsahu radarových frekvencí. Při ozařování rádiovými vlnami se molekuly feritu obsažené v povlaku pod vlivem střídavého magnetického pole dostávají do oscilačního pohybu a přeměňují energii vysokofrekvenčního záření na teplo. V tomto případě probíhá stejný fyzikální princip, v jehož rámci se ohřívá voda v mikrovlnné (vysokofrekvenční) troubě . Na letounu F-117 Nighthawk byly mezery mezi dlaždicemi RPM nalepenými na povrch trupu vyplněny povlakem s feritovými mikrokuličkami.
Další typ RPM, fungující na podobném principu magnetických ztrát, je vyroben ve formě plátů neoprenového kaučuku , jehož výplní jsou feritová zrna nebo grafitové částice (obsahující cca 30 % krystalického uhlíku) rozmístěné v polymerní matrici. Dlaždice z tohoto materiálu byly instalovány na prvních modifikacích letounu F-117A.
Americké letectvo přijalo radar absorbující povlak založený na složení ferrofluidních a nemagnetických materiálů. Při použití tohoto povlaku se sníženou schopností odrážet elektromagnetické vlny je dosaženo snížení radarové viditelnosti letadel.
Experimentální vzorky RPP na bázi tenkého filmu hydrogenovaného amorfního uhlíku s feromagnetickými nanočásticemi nanesenými na flexibilním substrátu z aramidové tkaniny byly získány v JSC "NII Ferrit-Domen". Hlavními výhodami tohoto RPP na bázi nanostruktur jsou nízká měrná hmotnost, pevnost a tepelná odolnost, odolnost vůči agresivním médiím [2] .
Typ RPM, což je střídání dielektrických a vodivých vrstev. Snížení úrovně odraženého signálu je dosaženo antifázovým přidáním vln odražených od kovového povrchu předmětu, dielektrických vrstev a elektricky vodivých vrstev.
Kryt nebo absorbér Jaumann je zařízení pohlcující radar. Jak byl vytvořen v roce 1943, sestával ze dvou reflexních ploch a vodivého zemního štítu se stejnými vzdálenostmi mezi nimi. Někteří lidé si myslí, že kryt Yauman je zobecněným případem vícevrstvé obrazovky Salisbury , kvůli podobnosti jejich pracovních principů.
Jako rezonanční absorbér (používá interferenci vln k potlačení odražené vlny) používá povlak Jaumann pevnou vzdálenost λ/4 (čtvrtinová vlnová délka) mezi prvním odrazným povrchem a zemním štítem a mezi oběma odraznými povrchy (celková tloušťka λ/4 + X/4).
Jaumannovo pokrytí (při použití dvouvrstvého schématu) poskytuje dvě absorpční maxima v rozsahu vlnových délek. Všechny vrstvy povlaku musí být vzájemně rovnoběžné a rovnoběžné s vodivým povrchem, který stíní.
V konečné verzi, přijaté pro instalaci na ponorku, byl Jaumannův povlak tvořen sadou paralelních reflexních listů oddělených vrstvami dielektrika (pěny). Vodivost těchto plechů se zvyšuje, když se přibližují k chráněnému kovovému povrchu.
"Superplasty" (z anglického super plastics ) - skupina polymerních kompozitních materiálů (PCM), lepších měrnou pevností než vysokopevnostní oceli a slitiny titanu a schopných absorbovat elektromagnetické záření. Při použití v konstrukci trupu letadla jsou pro radarové záření „transparentní“, na rozdíl od kovů, které mají schopnost odrážet dopadající záření směrem k zářiči, přičemž povrch letadla je normálně umístěn vzhledem k dopadajícímu záření.
Materiály speciálně konstruované pro použití jako absorbéry elektromagnetického záření nebo přirozeně vodivé polymery podléhají kontrole vývozu, zejména:
Pro snížení radarové viditelnosti letadel , raket, lodí a dalších typů vojenské techniky je zásadně důležité snížit RCS . S nižším RCS může letadlo nebo jiný typ nosiče zůstat po dlouhou dobu nedetekován radarem pozemních systémů PVO nebo palubním radarem jiného letadla. Existují různé prostředky a způsoby, jak snížit RCS. V tomto případě je důležité následující, pro daný typ radaru se bude dosah detekce cíle měnit úměrně čtvrté mocnině RCS cíle. Pro 10násobné snížení detekčního dosahu by mělo být RCS objektu (cíle) sníženo 10 tisíckrát.
Je to jeden z účinných způsobů snížení RCS letadla (LA), u kterého jsou jeho odrazné plochy schopny odrážet elektromagnetickou energii pryč od zdroje záření. Cílem je v tomto případě vytvořit „kužel rádiového ticha“ vzhledem ke směru pohybu letadla. Vzhledem k tomu, že dochází k vyzařování energie, je protiopatřením této metody použití pasivních (multistatických) radarů.
V polovině 70. let DARPA dohlížela na vývoj letadel v rámci projektu HAVE Blue – „demonstrátor technologie stealth“ (v letech 1976 až 1979), který poprvé vzlétl koncem roku 1977. Později na základě tohoto projektu vznikl úderný letoun F-117A - první skutečný bojový letoun nízké viditelnosti.
Ve Spojených státech začalo používání RPM v konvenčních konstrukcích letadel koncem 50. let 20. století. Takové materiály se používají na výškových průzkumných letounech Lockheed U-2 . Účel použití RPM je dvojí - snížit EPR letadla ve specifickém radarovém frekvenčním rozsahu a izolovat provoz mnoha palubních anténních zařízení, aby se zabránilo vzájemnému rušení.
Použití RPM v konstrukcích letadel, jejichž nízká viditelnost je stanovena jako klíčový prvek jejich přežití .