等離子效應簡介    

    90年代末，俄國新型技術驗證機MiG-1.44以及S-37紛紛問世後，我們經常聽到所謂的〝電漿匿蹤〞或〝等離子效應匿蹤〞等。這究竟是什麼呢？其實，美俄早在1960年代後就開始了相關技術的研發。這項技術可以用在匿蹤、減低 飛行阻力、增加燃料效率、新型防空系統、新型探測雷達等等。

       物質的相，除了固態、液態、氣態，還有一個〝等離子態〞。等離子是由大量自由電子以及離子組成，微觀上具有帶電粒子特徵；巨觀上，又成中性。

      等離子效應的發現事出突然，這是一次前蘇聯太空船返回地球途中發現的，再該太空船進入大氣層後一度與地面通訊中斷。事後發現，由於太空船高速行進時對空氣產生劇烈摩擦，因而在周圍行成等離子體。等離子效應相關技術的發展於焉開始。 

     要讓中性空氣成為等離子的概念很簡單：給他能量。當中性空氣粒子得到足以讓外圍電子游離的能量時，他就形成等離子。因此現在要知道的是，用什麼方法可以提供這個能量。目前已之且常用的方法為：熱電離、高能雷射照射、放射線刺激、高能粒子撞擊、核爆、高速飛行對空氣的摩擦、火箭高熱氣體電離空氣•••等。

     在電磁效應上，因為有帶電力子的特徵且可自由流動，因此等離子有許多神奇的功能：在某些情況，他可以吸收電磁波；在某些情況下，他可以反射電磁波；又當等離子中有磁場時，沿磁場行進的電磁波的級化方向會產生〝法拉第旋轉〞進而使反射回去的電磁波性質不同。這些效應讓等離子在軍事上具有電磁干擾上的價值。

     會有這些現象，與等離子跟電磁波之間的相互作用有非常密切的關係。因為當雷達波射進等離子體時，會擾動等離子，因此會將一部分能量傳給等離子成為放射出的電磁波等能量，因此雷達波的能量散失了一些。又因為等離子裡面有電場而電荷流動又會有磁場，因此雷達波會再這裡面受到一系列電磁效應的影響，使得能量進一步散失、或是性質改變。因此而達到對雷達的隱形效果。美國休斯實驗室再90年代初的一項實驗證明，等離子技術的應用使一個13公分長的微波反射器之RCS成為原來的約1%。因此美國也注意到了等離子效應的價值。美國〈國防部1997年基礎研究計畫〉中就有提到發展等離子效應的必要性。

     在導電性上，也具有特殊的價值。等離子具有導電性，通常當空氣中只要有0.1%空氣被電離，這空氣就具備一定的導電性以及良好的等離子性質；當空氣中有1%以上被電離，這空氣就成了很理想的導電體。利用這一性質。可以用來做出隱形能力更高、使用金屬更少的天線及雷達。

     在氣動力上，對於飛行器，等離子也有減阻效果。俄國工程師經實驗發現，等離子流的使用可以減少飛行阻力約30%。據法國航空雜誌透露，美國的B-2也有用到類似的減阻方法。B-2是利用等離子鄉赤的作用來讓周圍空氣變得更稀薄，因而減少阻力及聲音。至於俄國的''等離子減阻''原因為何？是否與B-2相同？筆者會再加以查證。 

等離子效應在軍事上的應用暨現況

     在飛行器的匿蹤上：將等離子發生裝置--等離子發生器、放射性物質等放在飛行器的〝高散射部位〞，也就是最能打散氣流的部位如機頭等。在這些地方產生的等離子容易沿表面流動而包複整個飛行器。要注意的是，所使用的裝置要能夠產生足夠密度及厚度的等離子體，才能達到應有的效果。而等離子發射器及放射性物質又各有不同的優點。放射性物質可以用來當匿蹤塗料用，在表面塗上放射性物質，就可以達到匿蹤效果。而等離子產生器更能主動控制雷達波，進行〝主動匿蹤〞功能：利用人為的放電去電離空氣，等離子發生迄可以根據設定調整放電強度、頻率等，如此便可控制等離子的許多參數如電荷密度等。這樣一來，就能控制對電磁波的吸收、反射、改變方向、改變反射頻率等等。這些都可由人為調整，故可達到干擾、匿蹤等性能，屬於主動匿蹤的一種。俄羅斯工程師指出，使用等離子技術可吸收近99%的雷達波，而且是在不改變飛機外型的情況下。又因為等離子技術不需要犧牲器動性能、不需要開發昂貴的匿蹤技術、也不需要花昂貴的保養費用，並有價格較低的優點，再稍加修改，還可減低飛行阻力，因此真是一種值得開發的技術。

     以目前公佈的資料來看，俄羅斯在這一領域處於領先地位，俄羅斯已經開發出兩代等離子隱身裝置。並已列入俄國可出口的防禦性武器清單中。第一代裝置用的是比較簡單的等離子產生片，其原理是單純的利用高電壓電離空氣使之成為等離子。這種發生片主要數據如下：厚度在0.5到0.7mm間；幾千伏特電壓。將這種發瘋片放在〝強散射部位〞,使飛機包腹於等離子體之中。因為原理比較單純，因此使用彈性也較小，其功能與放射性塗層差不多，無法進行較智慧型的干擾。不過，這問題再第二代系統應該得到了改善：第二代系統中加入了易電離中性氣體，如此一來便可用人為的方式控制電離氣體的性質，達到控制反射、吸收、改變雷達波性質等功能，甚至還可主動發出錯誤信號進行雷達干擾。這種系統重量在100kg上下，已全面通過飛行及地面試驗。目前俄國正在進行第三代系統的研發，據說可能利用飛機周圍的電離氣體來達到等離子產生器的效果。         

       在美國方面，據說B-2也用到等離子相關技術。不過B-2用的原理卻不一樣。根據法國一家航空雜誌的報導。B-2的匿蹤方式除了外型之外，還應用了〝電氣動力學〞，她利用機身前後大於20萬福特的電壓來電離空氣，利用機身一些有特殊電磁特性的材料以及電場來改變來襲雷達波的性質。除了匿蹤之外，B-2的〝20萬伏電壓〞還有一些器動力特性，不過這篇幅太大，在此就不深究了。除了B-2轟炸機，美國曾為了實驗電氣動力學相關數據，而在一架F-16機翼兩端裝上一種以摩擦皮帶的方式加熱氣體的等離子發生器，使F-16機翼兩端產生電壓並形成等離子體，實驗結果證實了等離子在理論上的一些性能。必須注意的是，這種電氣動力學的諸多理論及技術，早在1960年代起美國就陸續有物理學家得到相關專利。

      等離子技術能帶來這樣多的好處，她似乎也代表匿蹤的另一趨勢。不過， 她可能還有一些問題。機身包覆了等離子，飛機還能正常通信嗎？對雷達波吸收率近99%，能夠完全取代形狀式的匿蹤嗎？

       關於第一個問題，再網路上討論等離子技術時經常看到，不過根據筆者所看的資料，這個問題雖然存在，但是仍是能解決的。以B-2而言，根據該法國雜誌報導，其通信器材放置之處必須有所選擇、並選用適當的外覆材料等。而已用等離子發生器產生等離子的飛機而言，應該可以由改善等離子發生器來解決。等離子發生器是將裝置放再〝強散射部位〞也就是諸如機首、翼尖等處，在這些地方電離空氣，再利用散射效果讓電離空氣包覆機身。因此如果改善這個發生裝置的等離子分布，應該就能改善了。此外，等離子本身具有導電性質，還可以用來當天線(見下段詳述)，因此從這裡看，我們是可以相信飛機能在等離子隱身的狀態下通信的。關於這方面，待筆者日後有更充分的資料再另行補述 。 

       關於第二個問題，答案可能是否定的，使用這項技術的飛機可能還是需要一點匿蹤外型。因為，除非使用放射性塗層，否則要電離空氣就必須給予能量，這些能量從哪裡來，以目前的科技來看，這些能量由發動機發的電提供，因此開啟這些裝置，就好像在開啟電戰裝備一樣，會消耗電力，而用外型達到的匿蹤則不會消耗(如果考慮到因外型而導致的阻力增加而導致的能量消耗，則外型匿蹤仍會少許影響，不過在先進的電腦輔助設計上，這一現象可大幅減少)，因此如果飛機本身有些許的匿蹤外型，那麼再遠距離時就可以憑外型達到匿蹤，再近距離時再使用等離子效應來解決進距離匿蹤性能不好的缺點。 

    不過，儘管供電的問題解決，那麼使用等離子技術的飛機之匿蹤能力將可

能超過不使用者，但這只是對現代探設技術而言。面對目前正在發展的被動式雷達，使不使用等離子技術都將無所遁形。因為這種新的被動式雷達能藉由飛行體對空氣中俇犯存在的各種電磁波如雷達、無線電、等信號隻擾動來偵查飛機。當然，這種先進的空對空被動雷達出來之時，也許又將改變戰機設計哲學了。

    等離子技術雷達與天線：等離子技術不僅能用在吸收電磁波，她還能用於雷達以及天線，這樣雷達與天線的金屬元件將可以減少，可能可以減少重量並減少被雷達發現的機會。澳洲科學家公佈了這種裝置，大致上是這樣的：在一個管子裝充入惰性中性氣體，外面包覆一些強度很高的材料以保護裝置，再管子底部有金屬電極。經由電極電離中性氣體形成等離子，這時便具有導體性質，能夠接收電磁波。此外，還可藉由對等離子的震盪來發射電磁波。這樣一來，就是個天線了，而且還是個難以偵測的天線，因為僅屬材料較少，此外當金屬電極不通電時，管中氣體便為中性氣體，不具備導體性質，好像一個非金屬一般，因此更加難以偵查。又由於這種裝置有發射電磁波的性能，因此將來也許可以用作新型雷達也說不定。 

    等離子技術反飛彈系統：看到這東西的消息我也嚇了一大跳，如果這一技術成熟，或許是防空系統上的革命。目前的防空系統是用飛彈直接撞擊或以破片攔截，美國最新的NMD國家飛彈防禦矽統甚至完全要求以高速動能彈頭擊毀飛彈。不論哪種方法，都需要很強的運算能力，對準確度的要求非常高，都需要先探測來襲飛彈的許多參數，再加以估計彈道，然後將飛彈打到預定的接站點。這是防空系統使用大量昂貴的先進科技的主要原因。使用高能雷射也是解決問題的方法之一，因為只要敵方飛彈被鎖定，那麼飛彈大概就一定會被打到了，所以可省略估計彈道這一環，省去了許多困難。不過因為大氣的吸收效應，使得目前高能雷射武器有效範圍只有數公里。但等離子技術防空系統卻用了類似於高能雷射但又與之不同的原理。

       她是利用高能電磁能束照射在被攔截體附近，將空氣電離成電密度為電離層空氣1到10萬倍的等離子體。由於高速飛行體周圍本身就會有電赫，因此可用上述的電離氣體對被攔截體產生一個篇轉力矩，改變飛行環境、姿態(如同二次大戰時鷹國對付德國V-2飛但的方式)、也可使之產生過大的加速度而毀損。估計約0.1秒完成攔截動作。

          簡單的說，高能雷射武器是將自身的高能量瞬間傳給被攔截體使之損毀；而等離子效應防空武器的概念卻是將電磁能傳給空氣，藉以擾亂被攔截體的飛行。比較不會因能量損失而損失攔截性能，因為她正是利用損失的電磁能來達到效果。

    據說俄羅斯已經完成這項系統的測試。由電磁波發生系統、定向天線、電源供應系統組成。其中超高頻電磁波發生氣負則偵查以及攔截隻雙重任務，捨去了抓到目標到下達命令給飛彈這依步驟。

 結語       

    等離子技術是一項在理論以及技術上都相當複雜的技術，在理論上，需要有充分的電磁理論、對大氣等離子的了解等等。在技術上，如何產生等離子、如何藉此達到主動干擾等等，都是複雜的課題。其實她還有許許多多的應用層面如改善發動機燃料的燃燒效率等等。美國科學家估計，使用等離子技術感善效率後的火箭，能讓達到火星的時間由目前估計的7到8個月降至3個月左右。這是多麼神奇科技！！！