超材料如何做到让你隐身？

 2013年杜克大学的卡默尔教授获得了美国海军一份为期五年的项目合同，旨在制备能够产生、接收及控制声波的设备。今年发明的三维"声学斗篷"就是该项目资助的成果。该斗篷由一些具有重复排列小孔的塑料板组成，在频率为3kHz的声波下进行测试，表现出完美的隐身效果。2014年3月，美国杜克大学制造出世界上首个三维"声学斗篷"，它是一种声隐身装置，能使声波沿斗篷表面传播，不反射也不透射，从而避免回波，实现对声波隐身。"声学斗篷"是美国海军资助超材料项目的突破性成果，一旦工程化应用将彻底颠覆主动声纳探测定位的有效性，改变水下战场的游戏规则。

与传统意义上针对探测雷达的折射式、吸波式或反射式隐身技术不同，超材料隐身是一种基于透射的新概念隐身技术，具有传统隐身所无法比拟的优点：

（1）透波效率的提高减小了反射，从而降低了雷达散射截面（RCS）；

（2）由于是透波，能量在套内的转换率小，从而减少了吸波所造成的二次辐射；

（3）由于透射波保持原有方向和波形，基于检测前向波传输的多基雷达技术无法探测到隐身目标，具有反多基雷达侦察的能力。

超材料透波隐身技术机理是使雷达波在超材料罩中绕行并透射，如果透射率足够高，雷达就检测不到回波，这样就对罩内物体实现了隐身。传统的吸波隐身是通过吸波材料来吸收雷达波、减少回波的方法来实现的，利用这种方法虽然单基雷达接收不到回波，但可以通过双基雷达来确定其位置，从而不具有真正意义上的隐身。比较透波和吸波两种隐身机理，可以看出透波隐身在反雷达跟踪方面更有优势。

超材料隐身的发展趋势

超材料与隐身的结合点，是在其所特有的"双负"上，即"负的介电常数"和"负的磁导率"，而自然界的材料都是"双正"。雷达吸波材料之所以可以吸收电磁波，就是利用的吸波材料的这两个参数。如果这两个参数可以任意调节或人为加以控制，那么，一定可以设计并制造出性能特异的吸波材料，这是一个宏观的判断。但作为工程应用，"超材料"成为隐身材料还有一定的距离，目前面临的问题主要有以下几个方面：

（1）"超材料"自身还没有形成一个严密的理论体系，有的只是一些现象或表象，还没有达到"学"的地步，如"超材料学"，还需要科研工作者们进一步的试验、研究和归纳。

（2）由于双负的材料对应于单频电磁波，而从飞行器隐身的角度考虑，要求的是在宽频条件下的介电常数和磁导率的可控。作为"超材料"，可否在宽频条件下适用，目前学者和研究人员并没有给出明确的结论。但这一点并不影响超材料在其他领域的应用（如果能人工复合出符合要求的材料），如许多天线所辐射（或发射）的电磁波均是窄带的（包括其所对应的雷达天线罩）。

（3）目前超材料研究的都是非均匀的，而且是各项异性的材料，其实现"双负"特性的手段均是采用周期性结构或电路。而这种所谓周期性结构或电路本质上就是3种传统的雷达吸波体中的一种——电路模拟（circuit analog，CA）吸收体，其典型的应用是通过电路模拟的设计，实现表面带阻或带通问题，其特例也即通常所大量研究的频率选择表面——FSS，其与雷达吸收的原理不同，FSS并不吸收电磁波，并且是一个窄带的问题。要实现一定的带宽是有困难的，可能需要多层设计，而且在性能上并不具有优势。在飞行器隐身技术研究领域，CA的进一步发展可能会受到一定的挑战，因为传感器的发展是宽带的，飞行器隐身要求也是宽带的，而且是全向的，窄带而且是各向异性的技术应用将有很大的局限性。

隐身材料作为隐身技术中一种重要的手段和措施，具有不可替代的地位。传统的隐身材料在各方面都会有一定的局限性，因此，迫使人们探寻新的隐身材料以弥补和替代现有的隐身材料。超材料是通过在材料关键物理尺寸上的结构有序设计，突破某些表观自然规律的限制，获得超出自然界原有普通物理特性的超常材料的技术，其作为雷达隐身材料，是隐身技术中的一项重要技术，广泛应用于电磁隐身、电磁兼容、军事通信、电子对抗等重要领域。

超材料的重要意义不仅体现在几类主要的人工材料上，最主要的是它提供了一种全新的思维方法——人们可以在不违背物理学基本规律的前提下，获得与自然界中的物质具有迥然不同的超常物理性质的"新物质"。"一代材料，一代装备"，创新材料的诞生及发展必将会催生出新的武器装备与作战样式。随着技术的发展和手段的不断进步，会有越来越多的自然界中存在或不存在的材料被研制出来，这些材料所具