怎么個(gè)事情呢?大家請看:
這幾天網(wǎng)上又流傳著一個(gè)“軍事冷知識(shí)”——說美國的F-117隱身戰(zhàn)機(jī)為了防止雷達(dá)波照進(jìn)駕駛艙,居然考慮過在艙內(nèi)灌滿一氧化碳,讓飛行員泡在“隱身煤氣”里飛。傳聞還煞有介事地引用“F-117之父”班·里奇(Ben Rich)的話,說飛行員頭部的雷達(dá)反射面積(RCS)相當(dāng)于整架飛機(jī)的200倍。然后“臭鼬工廠”團(tuán)隊(duì)腦洞大開,打算靠一氧化碳來吸收雷達(dá)波。
——結(jié)果方案一提出,試飛員們當(dāng)場謝絕:“隱身沒隱成,倒是先送命了?!?/p>
這一段聽起來確實(shí)夠炸裂,但問題是——它壓根不是Ben Rich說的,也不在《Skunk Works》這本書里。
實(shí)際上,《Skunk Works》整本書都沒有出現(xiàn)“carbon monoxide”或“CO gas”的字樣;里奇談到的是座艙罩的“透明導(dǎo)電膜(ITO coating)”,一種能反射雷達(dá)波又讓可見光通過的薄膜——這是真正讓飛行員“隱身”的技術(shù),不是靠灌煤氣。
W君為什么知道呢?原因很簡單啊,W君自己有這本書。
軍事段子手們寫段子往往會(huì)三句真話加一句假話。這句假話通常沒有什么邏輯性,但往往會(huì)很炸裂或者很帶勁,完全顛覆人類正常認(rèn)知。
其實(shí),這個(gè)消息是一個(gè)縫合怪,它由三個(gè)部分組成,第一是Ben Rich出的這本書、第二是F-117隱身技術(shù)、第三是一個(gè)似是而非的隱身解決方案。
其實(shí),這個(gè)段子還不是中國人編的,來自于2006年左右的美國網(wǎng)絡(luò)。但當(dāng)年的版本是F-22和F-117的試飛員James E. Brown口述,說了這么一個(gè)“秘密”。
還有更玄乎的在某個(gè)美國軍事論壇上有人說說:“試飛員報(bào)告稱,在隱身機(jī)駕駛艙充滿一氧化碳后,雷達(dá)波衰減了30分貝以上?!?/p>
聽起來仿佛是真實(shí)實(shí)驗(yàn)記錄,但問題是——沒有任何一篇論文、報(bào)告、采訪或洛克希德內(nèi)部備忘錄能支持這個(gè)數(shù)字。它唯一的來源,就是一個(gè)匿名的論壇帖子。
那么為什么這種消息“一眼假”呢?這件事倒不是一氧化碳(煤氣)有毒這種公共常識(shí),而是在于這種方法本身就不靠譜。
雷達(dá)波是一種電磁波,是一種能量傳播形式。它不是子彈,也不是能被“擋住”的光線,而是一種頻率在數(shù)十MHz到百GHz之間的交變電磁場。
它能被反射、吸收或折射,取決于目標(biāo)表面的電磁特性:介電常數(shù)、導(dǎo)電率、磁導(dǎo)率。如果希望依靠氣體來削弱電磁波或者吸收電磁波。那么其中能夠起到最大作用的其實(shí)是“介電常數(shù)”。
簡單說一下:介電常數(shù)通常是指絕對介電常數(shù) ε,它描述材料在電場中的位移場大?。―=εE)。為了便于比較,我們通常把它與真空作比,所以在工程中會(huì)引入相對介電常數(shù) ε?
這里面要說一下,真空的絕對介電常數(shù)是 ε?=8.8541878128?12 F/m,這是一個(gè)相當(dāng)小的數(shù)值。
這個(gè)數(shù)值用起來很麻煩所以在引入了ε?后就可以用更大的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算,后期再用ε?修正一下甚至最后的計(jì)算可以約掉ε?。
對氣體而言,這個(gè)數(shù)值幾乎等于 1,例如:空氣約 1.00059,一氧化碳約 1.0026。換句話說,它們與真空幾乎沒有區(qū)別——而且一氧化碳和空氣也幾乎沒有區(qū)別。
如果介電常數(shù)幾乎沒差,那“吸波”從何談起?
這就要提到一個(gè)真實(shí)存在的物理現(xiàn)象:碰撞誘導(dǎo)吸收和輻射(Collision-Induced Absorption and Emission,簡稱 CIA/E)。
在光譜學(xué)中,碰撞誘導(dǎo)吸收與發(fā)射是指氣體分子之間的非彈性碰撞在瞬間改變了分子的量子態(tài),導(dǎo)致其出現(xiàn)新的吸收或發(fā)射譜線。
這種非彈性碰撞可能引發(fā)分子內(nèi)部的量子躍遷,也可能讓兩個(gè)分子短暫結(jié)合成一種瞬態(tài)“超分子復(fù)合物”,其光譜特征與原分子完全不同。
不過,這個(gè)理論中有一個(gè)詞匯不能忽略——“碰撞”,當(dāng)分子之間“碰撞”才可以“誘導(dǎo)”電磁波的吸收和輻射。所以,這個(gè)東西叫做CIA/E
那么怎么就“碰撞”了呢?靠溫度或者是密度!給座艙溫度加熱到幾千度不可的,飛機(jī)本身就受不了對吧?那么就只能加壓了。加壓的作用在于只有當(dāng)氣體分子之間的平均自由程足夠短、碰撞頻率高到能破壞分子原有能級結(jié)構(gòu)時(shí),碰撞誘導(dǎo)吸收(CIA)才會(huì)出現(xiàn)。
這意味著氣體必須被壓縮得極其致密,讓分子之間幾乎擠在一起、每秒發(fā)生數(shù)十億次非彈性碰撞,才能在電磁波作用下產(chǎn)生顯著的能量耗散。
那么具體的壓力得有多大才能保證在基本常溫(25攝氏度)下產(chǎn)生CIA/E呢?
歷史上還真有人研究過:
在常溫常壓下,空氣分子的平均自由程大約是 68 納米,一氧化碳分子也在同一個(gè)量級。
以 X 波段雷達(dá)波(10 GHz)為例,其波長是 3 厘米——也就是說,雷達(dá)波在氣體中傳播時(shí),它的一個(gè)波長要跨過 約 50 萬個(gè)分子間距。對電磁場而言,這樣的氣體幾乎就是連續(xù)的真空,
分子之間偶爾發(fā)生的那點(diǎn)“碰撞”,根本不足以產(chǎn)生任何可測的能量損耗。
讓分子真正“撞”出吸收效應(yīng),得把氣體壓到分子間距縮短百倍乃至千倍。
也就是我們前面提到的那種實(shí)驗(yàn)條件:
1972年,澳大利亞物理學(xué)家 J. C. Andrews 在 Australian Journal of Physics 上發(fā)表了論文《Microwave Absorption in Compressed Carbon Monoxide and Nitrous Oxide》。他用諧振腔測量CO和N?O在9.75 GHz下的微波吸收系數(shù),把CO壓到670 bar(約660倍大氣壓)。
結(jié)果發(fā)現(xiàn),吸收確實(shí)隨著密度增加而增強(qiáng),但即使在這種條件下,1米厚的高壓CO對10 GHz雷達(dá)波的衰減也不到0.1 dB。——哪怕你把整個(gè)駕駛艙當(dāng)成高壓反應(yīng)釜,飛行員也得先被壓成肉餅,而雷達(dá)波依然穩(wěn)穩(wěn)穿過去。
當(dāng)時(shí)這個(gè)研究是做什么的呢?
其實(shí)與隱身飛機(jī)八竿子打不著。J. C. Andrews進(jìn)行的是天文學(xué)研究,用來分析恒星、氣態(tài)行星大氣的。
事情的真相就來了,或許是Ben Rich正和某人閑聊,談到了這篇論文,提到了一氧化碳可以在某些條件下吸收X波段的雷達(dá)波。而 James E. Brown 只聽到半句話,就腦補(bǔ)出了一個(gè)“領(lǐng)導(dǎo)要讓飛行員泡在煤氣里的隱身實(shí)驗(yàn)”,于是大吃一驚并強(qiáng)烈反對。而Rich也沒拿這個(gè)來自于西弗吉尼亞州布魯菲爾德煤礦工人的兒子當(dāng)回事。
但對于試飛員James E. Brown來說,這可就是一個(gè)拯救了數(shù)十位F-117飛行員生命于水火的精彩故事,在他的生活中可能會(huì)講上那么一兩次。
這就是對F-117和一氧化碳的故事的最合理解釋了。
大致的事情就是這樣,不過沒想到現(xiàn)在還有人提這種段子。更多的人還會(huì)為此津津樂道。
是美國人瘋了,還是軍迷傻了?其實(shí),類似于“隱形飛機(jī)駕駛艙灌煤氣”這樣的段子,其實(shí)就是軍事圈里的《知音》體……很多人喜歡軍事,只是獵奇,并沒有什么邏輯,這一點(diǎn),中外都一樣。
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