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大突破,中国科学家将把“隐身衣”变成现实!

发布时间:2021/12/07

  看过《哈利波特》的朋友,应该对“隐身衣”都不陌生吧,斗篷一甩,从头到脚遮住,然后就消失在视线里,看起来相当带感。

 

  如今,科技的力量,让“隐身衣”变成现实,而实现的方式是从超材料入手。

 

  什么是超材料?

  当我们把介质里很微小的人工结构(远远小于波长)进行有序排列后,就可以改变介质的宏观性质。这些经过人工排序的微结构组成的介质,就叫做超材料。

 

  至于超材料实现“隐身”的原理,则是光线照在物体身上后,会产生各种各样的散射,这些散射波传到我们的眼睛,就形成了我们所看见的物体的模样。如果能控制光线从物体身边绕过去,那么就没有光的散射,物体也就会“看起来”消失不见!

 

  因此,超材料实际上就是通过对细微结构的排列,实现对光/声波的操控,从而实现“隐身”。

 

  作为当今世界最热门的新兴技术之一,超材料的发展已成为国际军事竞争的重要一环,“隐身”等超材料性能早已被世界各军事强国竞相研发运用。业界普遍认为,在军事装备上应用超材料结构产品,如同披上“隐身衣”,能大幅度提高装备的隐身性能。

 

  目前,美国是全球最大的超材料市场。而中国高度重视超材料技术的发展,曾在“863”计划、“973”计划、国家自然科学基金等予以立项支持。超材料的发展已经正式上升为国家战略。

 

  随着超材料技术的成熟,相关研究成果已走出实验室,进入产业化发展阶段。目前,超材料尖端装备产品已在我国多型军用飞机、海军装备、导弹、反隐身雷达系统等核心高端装备上逐步应用,涉及多项国防重点型号装备。

 

  扩展阅读:隐身神器功能大比拼

  利用超材料,我国的科学家们已经做出了不少隐身神器!

 

  1、隐身毯

  中科院声学所的杨军研究员团队就做出了一种“魔术”隐身毯。研究人员使用超材料修改了目标的散射波,让它拟态变成了海底,率先在水下实现了物体的声学隐身。

 

  不明觉厉?我们还是直接看图说话吧。

  

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水下隐身毯模型

  隐身毯由一层一层互相分隔的黄铜板组成,毯下有一个梯形的小空间,需要隐藏的目标物体就放在这个区域。覆盖在目标物体上的隐身毯,可以对周围的声波进行引导,使原本凸起的目标物体显示出平面的回波效果。敲黑板,最终效果就是:原本凸起的物体在外界看来就是一块平地。

 

  声波遇到隐身毯,可真是一点办法也没有……

  

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利用隐身毯实现拟态

  a:一束声波正以45度向下斜入射到海底;b:经过海底反射,声波仍然保持一束,以45度向右上方传播;c:如果海底存在一个凸起的目标物体,声波经过目标的散射后,会分裂成两束,并向两个不同的方向扩散;d:给目标物体覆盖一层隐身毯,此时声波又合成一束,并且向右上方45o传播,传播状态与b图接近。

 

  很明显,目标物体“披上”隐身毯后,就会拟态成一块平面,在探测声纳看来,眼前就是一般的海底,没有异常情况。再多的“声纳眼线”都无法区分拟态海底与真实海底的差别,所以这种隐身毯可以制造“幻象”,躲过多个声纳的探测。

 

  2、球形隐身衣

  

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球形隐身衣

  这是球形隐身衣的剖面图。图中间有一个小圆球,它就是我们要隐藏的目标物。外面的大球为隐身衣所覆盖的区域。两个球体之间的黑线,就是声波/光波在隐身衣中的传播路径。

 

  当声波/光波进入大球(隐身衣内部)以后,波的传播路径就开始逐渐发生弯曲,绕过中间的小球之后又逐渐回到原本的方向上来。波完全不会进入到中间的小球区域,就相当于我们在声场/电磁场中开辟了一块没有声波/电磁波的空间,所以中间的小球就被隔离出来,也就没法被探测到。

 

  3、环形隐身衣

  基于上述原理,北京理工大学胡更开教授的团队制作出了环形隐身衣(下图)。这种隐身衣能引导绝大多数声波能量偏离绕行,只有极少数声波进入隐藏区域,从而保证目标物体不被探测发现。

  

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环形隐身衣

  此外,这种环形隐身衣具有很高的对称性,无论声波从哪个方向传过来,都极难找到中间所隐藏的目标物体。这就是可以对抗多个声纳阵列的新型隐身衣!

 

  目前,隐身技术是一门前沿、实用的科学,虽然现有的隐身衣并不像我们所想的那样轻便,也不像影视作品里那样神奇,但也不再是毫无根据的“空中楼阁”,而且隐身衣正朝着更薄、更轻、更宽工作频带的方向发展。

 

  遥想当年,隐身还是人类遥不可及的梦想,再看今天梦想已逐渐变成了现实。人类对未来的畅想,真是推动科学进步的一股动力!

  版权说明:本文由应力与变形控制(ID:stress-test)整理中国科学院声学研究所及网络信息,转载请注明出处。

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