文|云上的空母
9月19日，在第十七届北京航展上，石墨烯产品成为了众人瞩目的焦点，展会上展示了我国自行研制的五代机石墨烯吸波条，而这一材料很可能就是歼-20机身用隐身材料。以这样公开的方式展出该产品，可见我国国防工业自信正在稳步提高。
这次展示出来的石墨烯材料并没有性能介绍，但大概可以根据隐身材料的一般特性来推断。雷达吸波材料是通过吸收入射雷达波的能量来减少反射回雷达波的能量。与电流通过电阻时电能被转换为热能耗散在空中一样，雷达波能量通过吸波材料也会被转换为欧姆损耗吸收掉。因为照射在飞机上的雷达波只是辐射能量的极少一部分，不会出现机体蒙皮被加热的情况。
吸波材料按照电磁损耗的机理分为电吸收吸波材料和磁吸收吸波材料。电吸收吸波材料的吸收剂大多采用导电炭黑或者石墨。而磁吸收吸波材料则通常采用铁氧化物。显然，这次北京航展展出的是电吸收吸波而非磁吸收。
按照吸波材料的吸收带宽可分为宽带类和窄带类。窄带吸波材料又称谐振式吸波材料，往往只能在一个和多个离散频率上才能实现吸波，如果对方的雷达具备较宽的频率捷变能力或者多部不同频率雷达组合探测，这种材料就会失去作用。宽带吸波材料通常由吸波材料单元组合而成，使之在一个较宽的频段内具备吸波能力，虽然在非常高和非常低的频段也不能隐身，但由于这些频段雷达本身探测目标存在问题，因此也能起到一定的隐身作用。目前尚不知北京航展展出的五代机石墨烯吸波条频段覆盖范围，这种数据因太敏感，估计也不会被公布。
吸波材料还可以按照使用方式分为两种：一是表面涂敷型，一般涂敷在机体表面的金属部分吸收雷达波；二是结构型，即该材料是机体的重要组成部分，一般直接用于制造飞行器前缘、腹鳍等具有承力作用又需要吸波的部分。这次北京航展展出的五代机石墨烯吸波条就是第二类。歼-20和机翼前缘和腹鳍等位置估计已经使用，可以有效减少边缘绕射。
该材料还可以被用于轰-20的机翼前缘生产，因为轰-20本身必然采取B-2式飞镖隐身结构，正面观察就是一条粗直线，结构隐身性能优于战斗机结构。而同时轰-20的机翼前缘必然很厚，这使得该材料能够吸收足够的多的雷达波。两个因素联合起来让轰-20的隐身能力很可能超过F-22。美国官方公布的数据中，B-2的隐身能力就比F-22强，下图即是B-2使用两种隐身材料的示意图，绿色为隐身结构，灰色为涂敷型隐身材料。
为了将雷达波引入吸波材料并将其能量损耗掉，吸波材料一般要具有两个特性，阻抗匹配特性和衰减特性。阻抗匹配特性就是指要创造一定的条件使得雷达波在吸波材料表面反射率最小，尽可能少的反射雷达波，尽可能多的进入吸波材料内部。衰减特性就是吸波材料在内部损耗雷达波能量的能力。
要使得雷达波完全被吸入，即具有完美的阻抗匹配特性非常困难，这需要吸波材料的相对介电常数和相对磁导率相等，寻找这种材料非常困难，目前科学家只能寻找到两个参数比较匹配的材料，尽可能多的吸入雷达波。
要增加吸波材料的的衰减特性必须同时提高介质的电导率和磁导率，往往采取增加电导率的方法，但当材料电导率增加时，材料的阻抗匹配特性很差，即材料能吸收很多雷达波，但也会反射回去更多雷达波。为此就必须找一个比较中间数值电导率的材料，最后科学家们选择了碳（石墨烯也是碳）。
为了增加碳材料的吸收能力，科学家们还将碳材料做成一定几何体形状，增加吸收雷达波的面积，下图所示这种结构是最常用的几何形状，雷达波一旦入射到这种形状后，会被尖劈多次反射，造成多次吸收，大大增强吸收效果。尖劈的高度要让对手雷达的波长来定，一般为了反射较多的电磁波，尖劈的高度不能超过1倍波长，但要达到非常高的吸收率，就必须增加尖劈高度达到7-10倍波长，显然，过大过小都是不合理的。如果仅考虑吸收能力，而对手使用的是UHF波段雷达，那么隐身材料岂不是要厚达一米？
总的来说，针对机载火控雷达所在的X波段，碳材料的吸波能力在-20db~-30db之间，我国在北京航展展出的这款材料也不会超过这一数值，能将RCS降低到原来的1/1000~1/100之间，这已经相当不错了。
