隐形威胁

哎呀!手机信号可能会揭露一项价值400亿美元的飞行秘密。
visual presentation of how a satellite & its transmitters affect airplanes
Roke Manor开发的探测系统——无源双站雷达——使用现有的手机信号塔作为其发射器。1. 普通手机信号会从隐形飞机上反射。2. 接收器收集手机信号及其回波。3. GPS卫星信号用于同步接收器。然后,计算机对数据进行筛选,以探测间谍飞机。插图作者:Stephen Rountree

您下班开车回家,突然想起有几个T球的小球员赛后要去您家。您能在路上顺便买几张披萨吗?您拿出手机给家里打了个电话确认。

在您头顶八英里高的地方,一架B-2隐形轰炸机在一次演习中悄无声息地巡航。飞行员认为连雷达都无法探测到他的飞机,但他错了。您正在拨打的那个电话,以及城里正在发生的成千上万个无辜的手机通话,无意中揭露了耗资400亿美元开发的、能够击败轰炸机的隐形技术。

至少,这是Roke Manor Research最近提出的说法。Roke Manor Research是一家小型研究所,坐落在一栋19世纪50年代的庄园房屋里,位于英国一个宁静的小镇。Roke Manor是德国电子工业巨头西门子的子公司,今年早些时候宣布,其工程师们已经“让隐形飞机变得毫无用处”。工程师们表示,通过监听手机信号从隐形飞机上反射回来的回波,不仅可以探测到飞机,还能确定其精确位置。

传统的雷达工作原理是将强大的无线电波束指向天空,并监听飞行目标的反射信号。但如今,我们生活在一片由手机信号塔、电视发射机和其他来源不断广播的无线电波的海洋中。随着这场无线革命的到来,一种潜在的新型间谍工具出现了:一种利用现有无线电信号而不是自己生成信号的雷达系统。

Roke的工程师们想出了这个基于手机的雷达系统,这有点像开玩笑。“我们在头脑风暴各种异想天开的想法,”总经理Paul Stine回忆道。从头脑风暴会议中产生的系统能否比传统雷达在探测隐形飞机方面表现更好?也许吧,但研究人员尚未制造出工作模型,一些专家质疑该系统的实际军事价值,因为准确分析手机回波是一项非常棘手的业务。

现代战争在很大程度上受到了雷达的影响。在雷达出现之前,直到轰炸机已经飞临头顶才能发现它们。但在20世纪30年代,英国研究人员开始进行实验,改变了这一切——也改变了第二次世界大战的进程。1940年,当德国空军轰炸伦敦时,英国人看到了它们的到来,这得益于扫过天空并从任何来袭飞机上反射回来的雷达波束。

这是一场持续数十年的飞机与雷达之间的猫鼠游戏。早期,工程师们试图通过特殊的油漆和涂层来伪装飞机。但这不起作用。1958年,中央情报局在一架伪装的U-2侦察机执行跨越俄罗斯的间谍飞行任务。随后莫斯科发出的抗议照会附带了一份详细的飞机飞行路径的雷达图。

十七年后,洛克希德公司的“臭鼬工厂”和诺斯罗普公司的团队解决了这个问题。试图伪装一架普通飞机是没有意义的。相反,工程师们意识到,他们必须设计一种全新的飞机,这种飞机不会反射无线电信号。洛克希德工程师Alan Brown后来表示,秘密在于“设计一个非常糟糕的天线,并让它飞行”。

在空气动力学家的眼中,第一架成功的隐形飞机——洛克希德的“砺剑”(Have Blue)原型机,是一只形状怪异的怪物。这架多面体飞机没有弯曲的表面,甚至连机翼也是如此,机翼向后倾斜得如此之大,以至于飞机几乎无法离地。但真正重要的是,在雷达系统看来,这架6吨重的喷气式飞机看起来就像一只小鸟一样大。

“砺剑”利用了当时雷达系统是单站式(monostatic)的这一事实,这意味着它们使用单个天线来发射雷达信号并监听其回波。飞机的奇怪形状导致雷达信号散射,而不是向天线反射回来。

第一批作战隐形飞机——F-117“夜鹰”和B-2“幽灵”,都于20世纪80年代问世——依靠的是同样的原理。它们倾斜的上下表面将雷达能量向上或向下偏转,远离雷达天线。F-117和B-2还具有长而直的边缘,可以将雷达反射集中成单一的、集中的波束。飞机边缘的角度使其能够将波束射向侧面,而不是直接射回发射信号的天线。

然而,虽然隐形飞机可以欺骗单站雷达,但它们在欺骗所谓的双站雷达(bistatic radar)方面可能不如它们。双站雷达是一种发射器和接收器位于不同位置的系统。由于双站系统不依赖于单个天线,它可能能够接收到一些由隐形飞机散射的无线电信号。当隐形飞机穿行于双站系统的接收器和发射器之间时,该系统甚至可能探测到飞机阻挡雷达波束时产生的“阴影”。大多数专家认为,传统的隐形飞机在双站雷达屏幕上看起来会不同,而且可能更大。

双站雷达虽然早已存在但长期被忽视,近年来重新受到关注。例如,双站雷达可能使美国军方能够更精确地发现和跟踪敌方飞机。该系统可能由一架携带大型雷达发射机的中央监视飞机,以及几架携带雷达接收器的小型无人机组成。发射机飞机可以留在后面,而携带接收器的飞机则冒险深入敌方领土。

尽管如此,单站雷达仍然具有一些优势。例如,单站雷达的目标定位轻而易举:一旦在雷达的狭窄波束中的某个地方探测到目标,只需测量发送无线电信号和检测其回波之间经过的时间即可。由于无线电波在空气中传播的速度是已知的,因此计算飞机的距离很简单。相比之下,双站雷达必须采用复杂的计算机分析来完成这项基本任务。

Roke Manor的系统被称为“无源双站”雷达,因为它利用现有的无线电信号而不是自己生成信号。该系统使用手机信号塔作为发射器,用其接收器监听手机信号的回波,然后分析这些回波以探测飞行目标。这个想法的产生是由于一名工程师回忆起,最早的英国雷达实验曾依赖伦敦BBC的总发射台来“照亮”目标。

“如果1934年一架隐形飞机飞过伦敦呢?”总经理Stine回忆起他的一位同事问道。“那部雷达会探测到它吗?”Roke的无源双站雷达也类似于洛克希德·马丁公司最近开发的Silent Sentry系统——尽管Silent Sentry依赖于无线电和电视信号,而不是手机信号。

基于手机的雷达是否对国家安全构成真正的威胁?隐形咨询公司Marietta Scientific的联合创始人、《雷达探测标准教材》的合著者John Shaeffer表示怀疑。“我不太确定,”他说,“里面是否有真正有价值的东西。”Shaeffer指出,当接收器位于飞机与发射器相对的一侧时,双站雷达系统最有希望击败隐形飞机,这意味着在雷达有机会探测到飞机之前,飞机就已经在敌方领土之内了。

一个更大的问题与功率有关。传统的单站雷达将数百千瓦的功率聚焦成一个窄束,就像一盏明亮的探照灯。相比之下,手机信号塔只输出几十瓦的功率,而且是全向的,更像一个家用灯泡。就像池塘里的涟漪一样,无线电波在传播时会损失能量,并且在撞击目标时会散射得更远,因此接收到的信号很弱。尽管电视和FM广播信号比手机信号强,但它们仍然比集中的雷达发射器发出的信号弱得多。

在2000年3月的一份关于关键军事技术的报告中,五角大楼的国防威胁降低局(Defense Threat Reduction Agency)写道,像Silent Sentry这样的电视基双站雷达对隐形目标具有一定的潜力。尽管如此,五角大楼的低可观测性/反低可观测性执行委员会(Low Observables/Counter Low Observables Executive Committee,简称Excom),该委员会负责控制任何可能危及隐形技术的出口,但在一长串潜在的反隐形技术中并未提及双站雷达。而且五角大楼已允许洛克希德·马丁公司公开其Silent Sentry系统,该公司将其定位为一个国家对另一个国家领空进行隐秘监视的方式,例如阻止走私或其他非法交通。

Roke Manor的研究人员对他们的雷达系统如何工作守口如瓶,但该公司已发布了一张图表,显示该系统依赖于多个接收器。当手机信号塔发出信号时,每个接收器会收到两次。第一个信号直接来自信号塔,第二个是来自目标的回波。如果三个或更多接收器测量这两个信号之间的时间差,并使用GPS提供精确的时间同步,它们应该能够精确定位目标。

但随着Roke Manor的科学家们埋头苦干,隐形飞机的工程师们继续改进他们几乎看不见的飞机的外形。今天的技术论文描述的飞机,其雷达截面积不再是小鸟大小,而是蚊子大小。此外,还有一些与飞机形状无关的隐形改进方法正在研究中。隐形飞机上的边缘和其他“热点”可以用含有雷达吸收油墨、粉末或矿物化合物的塑料或油漆进行处理。值得注意的是,这些材料在手机运行的微波频段中效率最高。

因此,即使在我们充满信号、无线互联的世界里,雷达与其目标的这场已有60年历史的猫鼠游戏仍在继续。

网络独家

这家小型英国研究机构Roke Manor今年早些时候因其工程师宣布发明了一种能够探测隐形飞机的新型雷达系统而成为头条新闻。该系统被称为双站雷达,使用独立的发射和接收天线来发射和接收无线电信号。(传统雷达依赖于单个天线。)

美国空军可能已经在部署双站雷达系统。四月份,我们的一位消息人士在菲尼克斯郊区的古德伊尔机场的一家车间里,看到了带有美国空军标记的一架飞机长着疣状的鼻子。专家们猜测,这架外观奇特的飞机包含一个旨在探测隐形飞机的实验性双站雷达系统。

这架飞机被称为雷达试验台(Radar Test Bed, RTB),是一架T-43,这是美国空军版的波音737。总承包商是Denmar公司,该公司专注于隐形技术。“Den”代表了总裁Denys Overholser,他是一位前“臭鼬工厂”工程师,被认为设计了第一架隐形飞机的外形。

RTB似乎不仅仅是一架飞行实验室。在一个纯粹的实验项目中,通常不需要为雷达系统提供360度的全方位视野,但雷达罩(直径6.5英尺)的形状和大小表明它们包含活动的旋转天线。

美国空军的空中监视雷达中心——纽约的罗马实验室(Rome Laboratory)——多年来一直与麻省理工学院的林肯实验室(MIT’s Lincoln Laboratory)在双站雷达方面进行密切合作。罗马实验室的技术论文提到了双站先进空中监视系统(Advanced Airborne Surveillance system),该系统原定于2000年进行演示,林肯实验室的一份简报纸中的图示显示,一个双站雷达的发射器安装在一架737上。

林肯实验室的论文描述了一个工作在UHF电视频段的雷达,由于长波长需要大型天线,该频段很少用于机载雷达。林肯实验室还研究了激光雷达以探测空中目标,这或许解释了每个雷达外壳上方的光学穹顶。

在实战中,这架737将安全地在战场后方盘旋,发射UHF信号。无人机将在战场上空飞行,并配备接收器来接收目标回波。这些接收器比雷达发射系统所需的功率更小,因此可以安装在小型、廉价的飞机上,这些飞机可以被“消耗”。也就是说,如果一架飞机被击落,没有人会被杀害或被解雇。

 

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