中美超材料竞赛：谁将主宰四代战斗机隐身技术？

中美超材料竞赛：谁将主宰四代战斗机隐身技术？

近年来，中美两国在超材料领域的竞争日益激烈，这种新材料有望彻底改变四代战斗机的隐身技术。美国的F22战斗机虽然采用了先进的隐身涂料，但由于技术限制，每小时飞行成本高昂。相比之下，中国已成功开发出第四代三维蜂窝状结构的超材料，实现了高性能吸波效果，并解决了传统涂料隐身无法维护的问题。这种新型超材料不仅能大幅降低雷达波的反射，还能减轻飞机重量，降低全寿命周期使用成本。中美两国在超材料领域的竞争，或将决定未来战斗机隐身技术的主导权。

超材料作为21世纪的重大科学突破之一，凭借其独特的物理特性，在光电、信息传输等领域展现出巨大的应用潜力。"超材料"一词最初由美国德克萨斯州大学奥斯汀分校Rodger M. Walser教授提出，用来形容自然界不存在的、人工制造的、三维的、具有周期性结构的复合材料。

中国在超材料领域的研究起步较早，目前已取得显著成果。超材料不再局限于传统材料的物理规律，并且引入了可设计、可调控的全新研究范式。未来，超材料有望解决光信息技术领域中的瓶颈问题，为未来的光电转换技术开辟新的路径。

最近，关于美国将要退役30架F-22的消息引发了争议，特别是美军高层对这批“F22落后到完全没有实战价值”的评价，让很多崇拜美军强大的人受不了。F-22相比歼-20为什么落后？主要原因机载雷达、航电、数据链的严重落后，以及红外态势感知设备的缺失，而且还没有什么改进空间。其实，F-22落后的领域还包括超材料的使用不足，导致在减重和结构强度上的落后。

让我们看看中国在超材料领域的进步。华中科技大学的科研团队设计了热隐身超材料。这种材料能屏蔽外部温度场对器件内部物体的干扰，相当于用超材料给电子元器件做身“隔热衣”，对降低电子元器件工作时的温度，对提高可靠性、精密度及使用寿命都具有重要意义。

无独有偶，上海交通大学材料科学与工程学院的团队成功打印出密度为1.63克/立方厘米的钛合金学超材料，其屈服强度和最大压缩强度分别达到308兆帕和417兆帕。金属力学超材料是由特定结构单元在三维空间按一定规律排列而构成的多孔金属材料，比商用镁合金WE54和AZ91更轻、更强、更耐蚀。中国航天空气动力技术研究院航天飞行器气动热防护重点实验室声称，研制成功一种非常薄的表面材料能用在乘波体的高超音速飞行中，不仅隔离了上千度的高温，而且同时还能允许信号自由穿透。

在中国超材料大会上，相关企业纷纷展示了电磁超材料、太赫兹超材料、信息超材料、声学超材料、光学超材料等不同的细分技术种类。

中美在超材料的研发上应该处于同一水平，但是双方在工程应用上却有着不小的差别。现在中国的超材料已经从第一代，发展到了第4代，也就是从二维平面向三维蜂窝状结构设计的跨越，可以实现高性能吸波效果。超材料的使用还受限于加工的大小，中国已经在这方面进入自由王国。现在的第四代超材料，也就三维蜂窝状结构的第四代超材料隐身产品，已经实现由有限尺寸向近似无限尺寸的转变。

一家位一深圳的中国超材料研发企业表示，第四代超材料技术具有三大特点：首先它在很多关键指标上面有十倍数量级的提升；具有更大的超大带宽吸波特性；工艺制造结构可以让飞机的重量更轻；使用范围进一步提升，不仅仅应用于机身关键部位，甚至可以覆盖到全身。也就是说，我们想要造什么外型的就可以是什么外形，需要造多大就造多大，战斗机的综合隐身性能又能提升一个数量级。

过去战斗机使用传统的雷达吸波涂料，覆盖的波段相当有限，无法实现更多雷达波段的隐形。而超材料的使用有希望将战斗机的隐身技术带入了一个新时代，可以通过在物体表面覆盖特殊的超材料，引导着被物体阻挡的电磁波绕着超材料走，从而实现更好的隐身效果。超材料隐身技术能够覆盖1-18GHZ频段，也就是大部分军用雷达常用频段。

从后勤保障的解度看，超材料本身就是飞机的结构架，维修成本非常低，结构强度高，不会出现F-22那种涂层脱落或起皮现象。所以，中美下一代战斗机发展都选择宽频隐身作为首要指标，谁的超材料技术先进，工程化应用水平高，战斗机的隐形性就会更强，就能在竞争中赢得先机。

此前，央视专门播出了一期解密的中国新型隐身材料节目，共披露了4款隐身材料：微金属结构隐身材料、海绵结构隐身材料、皮质结构隐身材料、涂层结构隐身材料。其中闪烁着金光的微金属结构隐身材料格外抢眼，这就是5年前就已经公开的“超材料薄膜”。

超材料技术将向更大尺寸、更轻重量、更宽频段方向发展。中美两国在超材料领域的竞争将持续加剧，超材料有望成为未来战斗机隐身技术的主导方向。

美国在第六代机的研发上，就打算使用超材料来替代F35使用的隐身涂层，而和美国相比，中国在超材料的研发上，可以说领先全球，《大国重器》II第八集还介绍说我国已经成功研制出了超材料的整体生产线，可以根据功能不同定制各种类型的材料。在节目中，军事专家就告诉了记者，中国歼20是世界上第一个使用兼具宽频段雷达隐身和红外隐身的超材料薄膜技术，并且获得实用的国家。

我国的多位隐身飞机总设计师曾透露，超材料减轻了隐身结构50%的重量，并从根本上解决了传统涂料隐身无法维护的问题，全寿命周期使用成本降低40%。