靜謐的山林間，隨著夜色漸濃，大家不禁暗自捏了一把汗。天上無人機的葉片旋轉聲漸漸清晰可辨，由遠而近，又由近至遠，周而復始、來回盤旋。
這是前不久某部在野外開展偵察演練的一幕。無人“敵”機數(shù)次過頂窺探，始終沒有搜尋到任何蛛絲馬跡，披掛了“隱身衣”的雷達猶如憑空消失一般。
“由光子晶體柔性復合隱身材料制成的這件‘隱身衣’，能同時防御多個波段電磁波探測。”國防科技大學電子對抗學院（以下簡稱“電抗院”）教授時家明告訴科技日報記者，從在稿紙上落筆寫下第一個理論設想，到成功打造出雷達天線“隱身衣”、新型紅外偽裝網(wǎng)等系列產(chǎn)品，他帶領研發(fā)團隊已走過整整20年。
找準微結構模型
隨著電子偵察和精確制導技術的發(fā)展，加強對軍事裝備的隱身防護迫在眉睫。如何讓目標在面對對方光電探測時“不露聲色”，始終是時家明的心結。
2005年，國外的一則報道引起了時家明的注意——通過調節(jié)光子晶體的光學特性，可以讓電磁波在不同波段上按照需要透過和反射。
寥寥數(shù)語，猶如暗夜中一道亮光映照了前行之路。然而，當時光子晶體仍然停留在實驗室研究階段。放眼整個國際學界，光子晶體能不能用于隱身，無人作答。解答不了這個問題，一切構想都是空中樓閣。
“開始往往都是粗糙的，如果等到萬事俱備再去做，恐怕也就失去了戰(zhàn)略博弈的先機。”時家明決定帶領團隊大膽一試，首先要拿出一套理論模型——通過合理設計光子晶體周期性結構，達到阻止特定頻率電磁波傳播的目的。
設計理論模型并不難，難在如何去驗證。光子晶體相當于一個光信號的控制器，透過或反射什么波長，可以靈活設計、定制。相應的，不同性能的光子晶體也有著迥異的微觀結構，而這樣的結構種類何止成千上萬！
團隊成員、電抗院副教授趙大鵬記得，為挑選出隱身性能最佳的光子晶體結構，他帶著幾個研究生依據(jù)自主設計的模型，在數(shù)臺電腦上夜以繼日地編程、計算、分析，以期盡快獲得各類仿真結果。數(shù)月后，他們終于在海量仿真數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了一絲曙光——一種具有特殊內部結構的光子晶體模型，在特定頻段下隱身性能異常出色。
“這說明我們的方向是正確的。接下來，要進一步驗證仿真模型在現(xiàn)實中的可行性，為后續(xù)實際制造和應用做好準備。”趙大鵬說。
就這樣，團隊邊學習、邊研究、邊實踐，在技術“無人區(qū)”闖出了一條生路——成功驗證了原創(chuàng)的理論模型，實現(xiàn)了光子晶體隱身材料的仿真設計。
邁向工程化制備
設計方案有了，下一步是實物制備。很快，研發(fā)團隊摸索加工出光子晶體小樣，并將其成功鍍在硅片表面上。經(jīng)測試，硅片后面的物體隱身效果良好。工程化制備光子晶體邁出了第一步。
然而，大家很快發(fā)現(xiàn)使用硅基底鍍膜得到的數(shù)據(jù)雖好，卻無法真正運用于實戰(zhàn)——當硅片替換成柔性布面后，測試結果卻與預想大相徑庭。
基底面料更換了幾十種、設備工藝調整了無數(shù)次、仿真測試運行了上百遍……始終未找到問題的癥結。
團隊成員、電抗院副研究員呂相銀清楚地記得，那段時間，他經(jīng)常晚上從郊區(qū)實驗室回到學院辦公室，與時家明討論當天的實驗進展，研究當天所遇難題的解決辦法，為第二天的制備擬訂方案。
又是一個不眠之夜，實驗室內，鍍膜機轟鳴。這是數(shù)十次改進方案后的又一次嘗試，團隊逐個排除各種誤差干擾后，對現(xiàn)有的布質柔性基底進行了改造，又專門為鍍膜自研了支架。輸入?yún)?shù)后，呂相銀小心轉動旋鈕，調整著機器的速率和方向。
經(jīng)過四五個小時的等待，光子晶體成功附著在柔性基底上。測試結果顯示，該制成品的反射率、均勻性等指標符合預期。
成功固然令人欣喜，但光子晶體薄膜若想真正用于實戰(zhàn)，必須能大面積、規(guī)模化制備。面積增大的同時，加工難度也成倍增加，不是無法均勻附著，就是附著強度不夠，容易開裂、破碎。
為解決這個難題，時家明帶領一路人馬，赴多個廠家調研工藝技術，改進隱身薄膜表面修飾方案；團隊成員、電抗院副研究員李志剛等青年骨干則留在合肥，負責繼續(xù)優(yōu)化光子晶體結構。“外敷”結合“內治”，兩隊人馬一起向光子晶體材料大面積附著的難題發(fā)起沖鋒。
這次攻關戰(zhàn)役，一打就是三年。最終，團隊攻克多項關鍵核心技術，成功為光子晶體柔性薄膜的工程化制備開出了妙方。
攻關多波段探測
工程化制備問題解決了，新的難題又出現(xiàn)了。“要想實現(xiàn)車載發(fā)動機等高溫目標的紅外隱身，就需抑制偵察波段內的紅外輻射。而針對激光和雷達探測的偽裝技術卻基于完全相反的原理。”李志剛介紹，也就是說，同一件“隱身衣”很難在不影響散熱的前提下，同時滿足熱紅外、激光和雷達波隱身。
“能不能利用光子晶體的局域特性，讓電磁波在光子晶體的禁帶中找到通道？”“理是這么個理，想做出來太難！”“不難還能叫攻關？”……歷經(jīng)多次頭腦風暴，團隊開啟了新一輪研究。
隨著時間的推移，一份“光譜挖孔”的構想逐漸成熟。大家一致決定，人為破壞光子晶體的周期性電介質結構，引入缺陷或雜質，形成特定頻率范圍的窄帶透射通道。讓光子晶體在原本高反射或低透射的禁帶波段內，出現(xiàn)局部的低反射或高透射區(qū)域。
“這種方法可以在紅外探測波段，實現(xiàn)高反射以降低目標的紅外輻射特征。同時，在特定的激光波長處形成光譜挖孔，使激光能夠高效透過，從而實現(xiàn)激光隱身。”時家明解釋，“這樣就可以讓‘隱身衣’下的裝備在遭遇多波段探測時‘不露聲色’，且不影響它正常工作與散熱。”
經(jīng)過團隊的精心制備，多波段光子晶體柔性復合隱身材料終于誕生！
2021年的一天，實測正式開始。2小時、5小時、10小時……一晝夜過去了，附著了隱身材料的雷達天線，其散熱與偵搜性能分毫未受影響。與此同時，盤旋在高空搭載各種偵察設備的飛機，絲毫沒有捕捉到地面雷達的蹤跡。那一刻，“鉚”在現(xiàn)場的時家明和團隊成員激動不已。
隨后幾年，大家在酷熱難耐的廠房里優(yōu)化工藝，在5900米海拔的高原上測試極值，在風吼浪卷的海邊驗證性能……靠著苦干實干，團隊將隱身薄膜制備的每一步關鍵技術，都牢牢攥在了自己的手中。
“今年全國兩會期間，習近平總書記強調，要抓住我國新質生產(chǎn)力蓬勃發(fā)展機遇，創(chuàng)新戰(zhàn)斗力建設和運用模式，健全先進技術敏捷響應和快速轉化機制，加快發(fā)展新質戰(zhàn)斗力。這讓大家備受鼓舞！”時家明說，“未來，我們將加快推進多波段隱身材料的技術迭代更新，為打造新質戰(zhàn)斗力貢獻力量。”
靜謐的山林間，隨著夜色漸濃，大家不禁暗自捏了一把汗。天上無人機的葉片旋轉聲漸漸清晰可辨，由遠而近，又由近至遠，周而復始、來回盤旋。
這是前不久某部在野外開展偵察演練的一幕。無人“敵”機數(shù)次過頂窺探，始終沒有搜尋到任何蛛絲馬跡，披掛了“隱身衣”的雷達猶如憑空消失一般。
“由光子晶體柔性復合隱身材料制成的這件‘隱身衣’，能同時防御多個波段電磁波探測。”國防科技大學電子對抗學院（以下簡稱“電抗院”）教授時家明告訴科技日報記者，從在稿紙上落筆寫下第一個理論設想，到成功打造出雷達天線“隱身衣”、新型紅外偽裝網(wǎng)等系列產(chǎn)品，他帶領研發(fā)團隊已走過整整20年。
找準微結構模型
隨著電子偵察和精確制導技術的發(fā)展，加強對軍事裝備的隱身防護迫在眉睫。如何讓目標在面對對方光電探測時“不露聲色”，始終是時家明的心結。
2005年，國外的一則報道引起了時家明的注意——通過調節(jié)光子晶體的光學特性，可以讓電磁波在不同波段上按照需要透過和反射。
寥寥數(shù)語，猶如暗夜中一道亮光映照了前行之路。然而，當時光子晶體仍然停留在實驗室研究階段。放眼整個國際學界，光子晶體能不能用于隱身，無人作答。解答不了這個問題，一切構想都是空中樓閣。
“開始往往都是粗糙的，如果等到萬事俱備再去做，恐怕也就失去了戰(zhàn)略博弈的先機。”時家明決定帶領團隊大膽一試，首先要拿出一套理論模型——通過合理設計光子晶體周期性結構，達到阻止特定頻率電磁波傳播的目的。
設計理論模型并不難，難在如何去驗證。光子晶體相當于一個光信號的控制器，透過或反射什么波長，可以靈活設計、定制。相應的，不同性能的光子晶體也有著迥異的微觀結構，而這樣的結構種類何止成千上萬！
團隊成員、電抗院副教授趙大鵬記得，為挑選出隱身性能最佳的光子晶體結構，他帶著幾個研究生依據(jù)自主設計的模型，在數(shù)臺電腦上夜以繼日地編程、計算、分析，以期盡快獲得各類仿真結果。數(shù)月后，他們終于在海量仿真數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了一絲曙光——一種具有特殊內部結構的光子晶體模型，在特定頻段下隱身性能異常出色。
“這說明我們的方向是正確的。接下來，要進一步驗證仿真模型在現(xiàn)實中的可行性，為后續(xù)實際制造和應用做好準備。”趙大鵬說。
就這樣，團隊邊學習、邊研究、邊實踐，在技術“無人區(qū)”闖出了一條生路——成功驗證了原創(chuàng)的理論模型，實現(xiàn)了光子晶體隱身材料的仿真設計。
邁向工程化制備
設計方案有了，下一步是實物制備。很快，研發(fā)團隊摸索加工出光子晶體小樣，并將其成功鍍在硅片表面上。經(jīng)測試，硅片后面的物體隱身效果良好。工程化制備光子晶體邁出了第一步。
然而，大家很快發(fā)現(xiàn)使用硅基底鍍膜得到的數(shù)據(jù)雖好，卻無法真正運用于實戰(zhàn)——當硅片替換成柔性布面后，測試結果卻與預想大相徑庭。
基底面料更換了幾十種、設備工藝調整了無數(shù)次、仿真測試運行了上百遍……始終未找到問題的癥結。
團隊成員、電抗院副研究員呂相銀清楚地記得，那段時間，他經(jīng)常晚上從郊區(qū)實驗室回到學院辦公室，與時家明討論當天的實驗進展，研究當天所遇難題的解決辦法，為第二天的制備擬訂方案。
又是一個不眠之夜，實驗室內，鍍膜機轟鳴。這是數(shù)十次改進方案后的又一次嘗試，團隊逐個排除各種誤差干擾后，對現(xiàn)有的布質柔性基底進行了改造，又專門為鍍膜自研了支架。輸入?yún)?shù)后，呂相銀小心轉動旋鈕，調整著機器的速率和方向。
經(jīng)過四五個小時的等待，光子晶體成功附著在柔性基底上。測試結果顯示，該制成品的反射率、均勻性等指標符合預期。
成功固然令人欣喜，但光子晶體薄膜若想真正用于實戰(zhàn)，必須能大面積、規(guī)?；苽?。面積增大的同時，加工難度也成倍增加，不是無法均勻附著，就是附著強度不夠，容易開裂、破碎。
為解決這個難題，時家明帶領一路人馬，赴多個廠家調研工藝技術，改進隱身薄膜表面修飾方案；團隊成員、電抗院副研究員李志剛等青年骨干則留在合肥，負責繼續(xù)優(yōu)化光子晶體結構。“外敷”結合“內治”，兩隊人馬一起向光子晶體材料大面積附著的難題發(fā)起沖鋒。
這次攻關戰(zhàn)役，一打就是三年。最終，團隊攻克多項關鍵核心技術，成功為光子晶體柔性薄膜的工程化制備開出了妙方。
攻關多波段探測
工程化制備問題解決了，新的難題又出現(xiàn)了。“要想實現(xiàn)車載發(fā)動機等高溫目標的紅外隱身，就需抑制偵察波段內的紅外輻射。而針對激光和雷達探測的偽裝技術卻基于完全相反的原理。”李志剛介紹，也就是說，同一件“隱身衣”很難在不影響散熱的前提下，同時滿足熱紅外、激光和雷達波隱身。
“能不能利用光子晶體的局域特性，讓電磁波在光子晶體的禁帶中找到通道？”“理是這么個理，想做出來太難！”“不難還能叫攻關？”……歷經(jīng)多次頭腦風暴，團隊開啟了新一輪研究。
隨著時間的推移，一份“光譜挖孔”的構想逐漸成熟。大家一致決定，人為破壞光子晶體的周期性電介質結構，引入缺陷或雜質，形成特定頻率范圍的窄帶透射通道。讓光子晶體在原本高反射或低透射的禁帶波段內，出現(xiàn)局部的低反射或高透射區(qū)域。
“這種方法可以在紅外探測波段，實現(xiàn)高反射以降低目標的紅外輻射特征。同時，在特定的激光波長處形成光譜挖孔，使激光能夠高效透過，從而實現(xiàn)激光隱身。”時家明解釋，“這樣就可以讓‘隱身衣’下的裝備在遭遇多波段探測時‘不露聲色’，且不影響它正常工作與散熱。”
經(jīng)過團隊的精心制備，多波段光子晶體柔性復合隱身材料終于誕生！
2021年的一天，實測正式開始。2小時、5小時、10小時……一晝夜過去了，附著了隱身材料的雷達天線，其散熱與偵搜性能分毫未受影響。與此同時，盤旋在高空搭載各種偵察設備的飛機，絲毫沒有捕捉到地面雷達的蹤跡。那一刻，“鉚”在現(xiàn)場的時家明和團隊成員激動不已。
隨后幾年，大家在酷熱難耐的廠房里優(yōu)化工藝，在5900米海拔的高原上測試極值，在風吼浪卷的海邊驗證性能……靠著苦干實干，團隊將隱身薄膜制備的每一步關鍵技術，都牢牢攥在了自己的手中。
“今年全國兩會期間，習近平總書記強調，要抓住我國新質生產(chǎn)力蓬勃發(fā)展機遇，創(chuàng)新戰(zhàn)斗力建設和運用模式，健全先進技術敏捷響應和快速轉化機制，加快發(fā)展新質戰(zhàn)斗力。這讓大家備受鼓舞！”時家明說，“未來，我們將加快推進多波段隱身材料的技術迭代更新，為打造新質戰(zhàn)斗力貢獻力量。”
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