ステルス技術

F-117ステルス機
PL-01ステルス戦車
フランスのステルスフリゲート艦「シュルクフ」

ステルス技術は、低視認性技術（LO技術）とも呼ばれ、軍事戦術および受動的・能動的な電子対抗手段の一分野である。[ 1 ]この用語は、人員、航空機、船舶、潜水艦、ミサイル、衛星、地上車両をレーダー、赤外線、[ 2 ]ソナー、その他の探知手段に対して視認されにくくする（理想的には不可視にする）ために使用される様々な手法を指す。これは、電磁スペクトルのこれらの領域における軍事迷彩（すなわち、多スペクトル迷彩）に相当する。

アメリカにおける近代的なステルス技術の開発は1958年に始まりました。[ 3 ] [ 4 ]冷戦期、ソ連はU-2偵察機のレーダー追跡を阻止しようと試みましたが、失敗に終わりました。[ 5 ]設計者たちは、レーダーからの電磁放射波を方向転換させることで探知率を低下させる航空機の特定の形状の開発に着手しました。 [ 6 ]航空機の表面で反射するレーダー信号を低減または遮断するための放射線吸収材も試験・開発されました。このような形状と表面構成の変更は、現在ノースロップ・グラマン B-2スピリット「ステルス爆撃機」に使用されているステルス技術の構成要素となっています。 [ 4 ]

ステルスの概念は、外部の観測から隠れて行動することです。この概念は、物体の外観を視覚的な背景に溶け込ませるカモフラージュを通して初めて探求されました。探知・迎撃技術（レーダー、赤外線捜索追跡、地対空ミサイルなど）の有効性が高まるにつれ、軍人や車両の設計と運用もそれに応じて変化してきました。一部の軍服は、赤外線の反射特性を低減するために化学処理されています。現代のステルス車両は、最初から特定のスペクトル特性を持つように設計されています。特定の設計に具体化されるステルスの程度は、予測される探知の脅威に応じて選択されます。

歴史

捕食を助けたり避けたりするためのカモフラージュは人類誕生以前から存在し、狩猟者は植物を身を隠す手段として利用してきた。おそらく人類が狩猟を始めた頃からである。戦争におけるカモフラージュの最も古い応用は特定不可能である。戦争における視覚的な隠蔽方法は、紀元前5世紀の孫子の兵法書『兵法』と、紀元後1世紀のフロンティヌスの著書『ストラテゲマタ』に記録されている。 [ 7 ]

イギリスでは、17世紀の猟場管理人の非正規部隊が、大陸の例に倣って、 カモフラージュの形態として地味な色（16世紀のアイルランド部隊では一般的）を初めて採用した。

第一次世界大戦中、ドイツは軍用機の視認性を低減するため、透明な被覆材であるセロン（酢酸セルロース）の使用を実験した。フォッカーE.IIIアインデッカー戦闘機単葉機、アルバトロスCI複座観測複葉機、リンケ・ホフマンRI試作重爆撃機など、いくつかの機体がセロンで覆われた。しかし、太陽光が反射して航空機がさらに視認性を高めた。また、セロンは太陽光と飛行中の温度変化によって急速に劣化することが判明したため、透明航空機の製造は中止された。[ 8 ]

1916年、イギリス軍は西部戦線におけるドイツ軍の夜間偵察を目的として、SS級小型飛行船を改造した。消音エンジンと黒色ガスバッグを装備したこの飛行船は、地上からは見えず、音も聞こえなかったが、ドイツ領土上空を数回夜間飛行したが、有用な情報はほとんど得られず、この計画は頓挫した。[ 9 ]

拡散光迷彩は、艦載型の対照明迷彩の一種で、1941年から1943年にかけてカナダ海軍で試験的に使用された。このコンセプトはアメリカとイギリスによって航空機にも応用され、1945年には、ユーディ・ライトを装備したグラマン・アベンジャー機が艦艇から3,000ヤード（2,700メートル）の距離まで接近して初めて発見された。しかし、この能力はレーダーによって時代遅れとなった。[ 10 ]

チャフは第二次世界大戦初期にイギリスとドイツで、航空機をレーダーから隠蔽する手段として発明されました。実際、チャフは煙幕が可視光線に作用するのと同じように、電波に作用しました。[ 11 ]

ドイツの潜水艦U-480は、おそらく世界初のステルス潜水艦だった。無響タイルのゴムコーティングが施され、その一層にはASDICソナーを無効化するための円形の空気ポケットが含まれていた。[ 12 ]レーダー吸収塗料やゴムと半導体の複合材料（コードネーム：Sumpf、Schornsteinfeger）は、第二次世界大戦中のドイツ海軍の潜水艦に使用された。試験では、短波長（センチメートル）と長波長（1.5メートル）の両方でレーダーシグネチャを低減するのに効果的であることが示された。[ 13 ]タイプ29コンセプトは、ファセット側面と角度付き帆を採用した最初の設計であり、F-117ステルス戦闘機に似ていたが、レーダー波を偏向させる代わりに、敵艦からのアクティブソナーの音波を偏向させることを目的としていた。[ 14 ]

1956年、米国中央情報局（CIA）はU-2偵察機のレーダー反射断面積（RCS）を縮小する試みを開始した。3つのシステムが開発された。トラピーズ（機体の周囲にワイヤーとフェライトビーズを巻き付ける） 、PCB回路を埋め込んだ被覆材、そしてレーダー吸収塗料である。これらは現場でいわゆる「ダーティバード」に使用されたが、結果は期待外れだった。重量と抗力の増加は、探知率の低下に見合うものではなかった。より効果的なのは、元々地金のない機体に迷彩塗料を塗ることだった。濃い青色が最も効果的であることが判明した。この塗料の重量により、最高高度は250フィート（76メートル）低下したが、迎撃機による視認性は低下した。[ 15 ]

1958年、CIAは既存のU-2スパイ機に代わる偵察機の資金援助を要請し[ 16 ]、ロッキード社はその製造契約権を獲得した[ 3 ] 。ロッキード社のスカンクワークスに所属する「ケリー」・ジョンソン率いるチームは、レーダー探知を回避するため、高度7万～8万フィート（21,000～24,000メートル）の高高度をマッハ3.2（時速2,400マイル、3,800キロメートル）で飛行するA-12（通称オックスカート）の製造を任された。レーダー探知を低下させるよう設計された様々な形状の機体が、A-1からA-11と名付けられた初期の試作機で開発された。A-12には、排気ガスのシグネチャーを低減する特殊燃料、傾斜した垂直安定板、要所への複合材料の使用、レーダー吸収塗料による全体塗装など、数々のステルス機能が盛り込まれていた。[ 15 ]

1960年、アメリカ空軍（USAF）はライアンQ-2Cファイアビー無人機のレーダー断面積を低減しました。これは、エアインテーク上部の特殊設計スクリーン、機体への放射線吸収材の適用、そしてレーダー吸収塗料の塗布によって実現されました。[ 17 ]

アメリカ陸軍は1968年、高度1,500フィート（460メートル）を夜間飛行する際に地上から音響的に探知されない観測機の仕様を定めた。この結果、ロッキードYO-3Aクワイエットスターが誕生し、 1970年6月下旬から1971年9月まで南ベトナムで運用された。 [ 18 ]

1970年代、米国防総省はステルス戦闘機の開発を目的としたロッキード・ハブ・ブルー計画を開始した。数十億ドルの契約を獲得するため、ロッキード社とノースロップ社の間で熾烈な競争が繰り広げられた。ロッキード社は入札に、ソ連の物理学者ピョートル・ウフィムツェフが1962年に書いた「回折の物理的理論におけるエッジ波の方法」、ソビエトラジオ、モスクワ、1962年と題する書籍を組み込んだ。1971年に、この本は米国空軍対外技術部によって同じタイトルで英語に翻訳された。[ 19 ]この理論は、アメリカのロッキードF-117ナイトホークやノースロップB-2スピリットのステルス機の設計に重要な役割を果たした。 [ 20 ] [ 21 ] [ 22 ]論文で概説された方程式は、飛行機の形状がレーダーによる探知性、RCSにどのように影響するかを定量化した。[ 23 ]当時、ソ連にはこれらの方程式を実際の設計に応用できるスーパーコンピュータの能力がなかった。ロッキード社はこれをコンピュータシミュレーションに応用し、「ホープレス・ダイヤモンド」（Hopeless Diamond）と呼ばれる斬新な形状を設計した。これは「ホープレス・ダイヤモンド」をもじったもので、1975年からF-117ナイトホークの生産契約権を獲得した。1977年、ロッキード社はハブ・ブルー契約に基づき、60%スケールの模型を2機製作した。ハブ・ブルー計画は、1976年から1979年まで続いたステルス技術実証計画である。ノースロップ・グラマン社のタシット・ブルーは、複合材や曲面、低視認性航空機、フライ・バイ・ワイヤといったステルス技術革新の開発にも貢献した。ハブ・ブルー計画の成功を受け、米空軍はF-117を開発したシニア・トレンド計画を立ち上げた。 [ 24 ] [ 25 ]

21世紀初頭、ステルス技術の普及は米国以外でも始まりました。ロシアと中国は2010年にステルス機の試験飛行を行いました。ロシアはスホーイSu-57の飛行可能な試作機を10機製造し、中国は成都J-20と瀋陽FC-31の2機のステルス機を製造しました。[ 26 ] 2017年、中国は世界で2番目に実用ステルス機を配備した国となり、米国とそのアジアの同盟国に挑戦しました。[ 27 ] [ 28 ]

原則

ステルス技術（低視認性、LO ）は単一の技術ではありません。複数の技術を組み合わせて使用​​することで、人や車両の探知距離を大幅に短縮することができます。レーダー断面積の低減に加え、音響、熱、その他の側面も考慮する必要があります。

レーダー断面積（RCS）の低減

レーダーが発明されて以来、探知を最小限にするための様々な方法が試みられてきました。第二次世界大戦中のレーダーの急速な発展は、同時期に数多くのレーダー対策も同様に急速に発展することにつながったのです。その顕著な例の一つがチャフの使用です。現代の手法としては、レーダー妨害や欺瞞などがあります。

ステルスという用語は、レーダー反射特性の低い航空機を指す言葉として、1980年代後半にロッキード・マーティンF-117ステルス戦闘機が広く知られるようになったときによく使われるようになった。F-117が初めて大規模に（そして公に）使用されたのは、 1991年の湾岸戦争だった。しかし、F-117Aステルス戦闘機が初めて実戦に使用されたのは、1989年の米国によるパナマ侵攻、ジャストコーズ作戦のときだった。 [ 29 ]ステルス機は、従来の航空機よりも桁違いに小さいレーダー断面積を持つように設計されることが多い。レーダー距離の式は、他の条件が同じであれば、検出範囲はレーダー断面積の4乗根に比例することを意味しており、したがって、検出範囲を10分の1に短縮するには、RCSを10,000分の1に短縮する必要がある。

車両形状

航空機

F -35ライトニングIIは、F-16ファイティングファルコンなどの以前のアメリカの多用途戦闘機よりも優れたステルス機能（この着陸装置ドアなど）を備えています。

航空機のレーダー断面積を小さく設計する可能性は、最初のレーダー追跡システムが導入された1930年代後半に認識され、少なくとも1960年代には、航空機の形状が探知性に大きな違いをもたらすことが知られていました。 1960年代のイギリスの爆撃機、アブロ・バルカンは、その大型にもかかわらず、マイクロ波無線周波数レーダーでは驚くほど小さく映り、時にはレーダー画面から完全に消えることもありました。現在では、尾翼の垂直部分を除けば、幸運にもステルス性の高い形状であったことが分かっています。低い RCS やその他のステルス要素が考慮される前に設計されたにもかかわらず、[ 30 ] 1957 年の英国王立航空機協会の技術メモには、これまで研究されたすべての航空機のうち、ヴァルカン機はその形状により、はるかに単純なレーダーエコー物体であることが明らかになったと記載されています。どの角度でもエコーに大きく寄与する部品は 1 つまたは 2 つ (そのうちの 1 つは垂直安定板で、側面の RCS に特に関連しています) であるのに対し、他のほとんどの機種では 3 つ以上でした。[ 31 ] [ 33 ]レーダーシステムについて執筆している際、著者のサイモン・キングスレーとショーン・クイーガンは、ヴァルカン機の形状が RCS を減らす働きがあることを特に指摘しました。[ 34 ]対照的に、ロシアのツポレフ Tu-95長距離爆撃機 ( NATO の報告名は「ベア」) は、レーダーで目立ちました。現在では、プロペラとジェットタービンブレードは明るいレーダー画像を生成することが知られています。ベアには直径18フィート（5.6メートル）の大型二重反転プロペラが4対搭載されています。

もう一つの重要な要素は内部構造です。一部のステルス機は、レーダーを透過または吸収する外板を備えており、その背後にはリエントラント・トライアングルと呼ばれる構造が配置されています。外板を透過したレーダー波はこれらの構造に捕捉され、内部の面で反射してエネルギーを失います。この方法は、ロッキード・ブラックバードシリーズのA-12、YF-12A、SR-71で初めて採用されました。

レーダー波を放射元のレーダーに反射させる最も効率的な方法は、直交する金属板を用いて、二面体（2枚の板）または三面体（3枚の直交板）からなるコーナーリフレクターを形成することです。この構成は、従来型航空機の尾翼に見られ、尾翼の垂直成分と水平成分が直角に配置されています。F-117などのステルス機は異なる配置を採用し、尾翼を傾斜させることで、尾翼間に形成されるコーナー反射を低減します。より革新的な方法は、B-2スピリットのように尾翼を省略することです。B-2のすっきりとした低抗力の全翼構成は、並外れた航続距離を実現し、レーダープロファイルを低減します。[ 35 ] [ 36 ]全翼設計は、いわゆる無限平板（垂直操縦翼面はRCSを大幅に増加させるため）に最も類似しており、レーダー波を反射する角度がないため、完璧なステルス形状です。[ 37 ]

YF-23 Sダクトエンジンの空気取り入れ口は、探査レーダー波からエンジンを隠す。

ステルス設計では、尾翼の改造に加え、エンジンを翼または胴体内に埋め込む必要があります。また、既存の航空機にステルス技術が採用されている場合、コンプレッサーブレードがレーダーに映らないよう、吸気口にバッフルを設置することもあります。ステルス形状には、複雑な凹凸や突起物が一切あってはならないため、武器、燃料タンク、その他の装備品を機外に搭載することはできません。ステルス機は、ドアやハッチが開くとステルス性が失われます。

ステルス設計では、エッジや表面の平行配置もよく用いられます。この手法では、構造の形状において少数のエッジ方向を使用します。例えば、F-22A ラプターでは、主翼の前縁と尾翼は同じ角度に設定されています。吸気バイパスドアや空中給油口などの他の小さな構造物も同様の角度を採用しています。この効果は、様々な角度で検知可能な拡散信号ではなく、レーダーエミッターから非常に特定の方向に狭いレーダー信号を反射することです。この効果は、反射ビームが検出器を通過する際に見られる非常に短い信号にちなんで「グリッター」と呼ばれることがあります。レーダーオペレーターにとって、グリッター現象と処理システムのデジタルグリッチを区別することは困難な場合があります。

ステルス機の機体には、エンジンポートなどの露出したエッジに特徴的な鋸歯状の模様が見られることがあります。YF -23の排気ポートにも同様の鋸歯状の模様が見られます。これは、機体外部における特徴の平行配置の一例です。

機体形状の要件により、F-117の空力特性は大きく損なわれました。機体は本質的に不安定であり、フライ・バイ・ワイヤ制御システムなしでは飛行できません。

同様に、コックピットキャノピーを薄い透明導電膜（蒸着金またはインジウムスズ酸化物）でコーティングすると、航空機のレーダープロファイルを低減するのに役立ちます。通常、レーダー波はコックピットに入り、物体に反射して（コックピット内部は複雑な形状をしており、パイロットのヘルメットだけでもかなりの反射波が発生します）、レーダーに戻ってくる可能性がありますが、導電性コーティングは制御された形状を作り出し、入射するレーダー波をレーダーから逸らします。このコーティングは十分に薄いため、パイロットの視界に悪影響を与えることはありません。

ステルス艦「HSwMS ヘルシンボリ」

船舶

船舶も同様の手法を採用している。初期のアメリカのアーレイ・バーク級駆逐艦には、シグネチャ低減機能がいくつか採用されていたものの[ 38 ] [ 39 ] 、ノルウェーのスコルド級コルベットは初の沿岸防衛艦であり、フランスのラファイエット級フリゲートは初の外洋航行型ステルス艦として就役した。その他の例としては、オランダのデ・ゼーヴェン・プロヴィンシェン級フリゲート、台湾の沱蒋級コルベット、ドイツのザクセン級フリゲート、スウェーデンのヴィスビー級コルベット、アメリカのサンアントニオ級ドック型揚陸輸送艦、そしてほとんどの近代的な軍艦設計が挙げられる。

材料

非金属機体

誘電体複合材料はレーダー透過性に優れていますが、金属や炭素繊維などの導電性材料は、材料表面に入射する電磁エネルギーを反射します。複合材料には、用途に合わせて材料の誘電特性と磁気特性を最適化するために、 フェライトが添加されることもあります。

レーダー吸収材

B-2爆撃機のスキン。

放射線吸収材（RAM）は、塗料として使われることが多く、特に金属表面のエッジに使用されます。RAMコーティングの材質と厚さは様々ですが、その仕組みは同じです。地上または空中のレーダー基地から放射されるエネルギーをコーティングに吸収し、反射するのではなく熱に変換します。[ 40 ]現在の技術には、誘電体複合材やフェライト同位体を含む金属繊維などがあります。セラミック複合コーティングは、砂による浸食に対する耐性と耐熱性に優れ、高温に耐えられる新しいタイプの材料システムです。[ 41 ]塗料は、反射面にピラミッド状のコロニーを堆積させ、その隙間をフェライトベースのRAMで埋めることで構成されます。ピラミッド構造により、RAMの迷路の中で入射するレーダーエネルギーが偏向します。一般的に使用される材料の1つに鉄球塗料があります。[ 42 ]この塗料には、入射する電波に共鳴してエネルギーのほとんどを熱として消散させる微細な鉄球が含まれており、検出器に反射するエネルギーはほとんど残りません。 FSSは、電磁エネルギーに対してフィルターのように作用する平面周期構造です。ここで検討されている周波数選択面は、フェライト層上に貼り付けられた導電性パッチ素子で構成されています。FSSは、フィルタリングとマイクロ波吸収に使用されます。

レーダーステルス対策と限界

低周波レーダー

低周波レーダーに対するシェーピングによるステルス性の利点ははるかに少ない。レーダーの波長が目標物の大きさの約2倍であれば、半波長共振効果によって依然として大きな反射波を生成できる。しかし、低周波レーダーは利用可能な周波数の不足（多くの周波数は他のシステムで多用されている）、波長が長いため回折限界システムの精度が低い、そしてレーダーのサイズが小さく輸送が困難といった制約がある。長波レーダーは目標物を検出し、大まかな位置を特定できるかもしれないが、目標物を識別したり、兵器で標的にしたり、戦闘機を誘導したりするのに十分な情報を提供しない。[ 43 ]

複数のエミッター

ステルス機はレーダー反射を最小限に抑えるよう努めるが、レーダー波が来た方向へ反射しないように特別に設計されている（ほとんどの場合、レーダーの発信機と受信機は同じ場所にあるため）。他の方向へのレーダー反射を最小限に抑える能力は低い。そのため、発信機と受信機が別の場所にある方が、探知性能が向上する。1つの発信機と1つの受信機が別々になっているものをバイスタティックレーダー、1つ以上の発信機と複数の受信機が別々になっているものをマルチスタティックレーダーと呼ぶ。携帯電話の無線塔を含む民間の無線送信機などの発信機からの反射を利用する提案もある。[ 44 ]

ムーアの法則

ムーアの法則により、レーダーシステムの処理能力は時間とともに向上しています。これは最終的に、車両を物理的に隠蔽するステルス能力を低下させるでしょう。[ 45 ] [ 46 ]

船の航跡と波しぶき

合成開口サイドスキャンレーダーは、船舶の航跡パターンから船舶の位置と進行方向を検出するために使用することができます。[ 47 ]これらは軌道上から検出可能です。[ 48 ]船舶が航路を航行すると、レーダーで検出できる飛沫雲が発生します。[ 49 ]

音響

音響ステルスは潜水艦や地上車両にとって重要な役割を果たします。潜水艦は、水中パッシブソナーアレイに位置を明かされる可能性のある機械音を遮断、減衰、回避するために、広範囲にゴム製のマウントを使用しています。

初期のステルス観測機は、下方の敵部隊に音速で探知されることを避けるため、低速回転のプロペラを使用していました。音響ステルス性を最大限に高めるには、超音速飛行よりも亜音速飛行の方が望ましいですが（ソニックブームの回避のため）、 F-22のような超音速ジェット推進ステルス機は、主にレーダーと熱ステルス性に依存しているため、依然として有効です。

ヘリコプターのローター騒音を低減する方法の一つは、ブレード間隔の調整です。[ 50 ]標準的なローターブレードは均等間隔になっており、特定の周波数とその高調波でより大きな騒音を発生します。ブレード間隔を変化させることで、ローターの騒音や音響特性をより広い周波数範囲に分散させることができます。[ 51 ]

可視性

最も単純な技術は視覚的な迷彩です。塗料やその他の材料を使用して、車両や人物の線に色を付けたり、線を分割したりします。

ほとんどのステルス機はマット塗装と暗色を使用し、夜間のみ運用される。最近、昼間ステルスへの関心（特に米空軍）は、妨害策略における灰色塗装の使用を強調しており、将来的にはユディライトが機体を隠す（夜間を含む空を背景に、どの色の航空機も暗く見える[ 52 ]）ため、または一種のアクティブカモフラージュとして使用されることが想定されている。オリジナルのB-2設計では、一部の人からはクロロフルオロスルホン酸だと言われている飛行機雲抑制化学物質用の翼タンクがあったが[ 53 ]、これは最終設計で、パイロットに高度変更を警告する飛行機雲センサーに置き換えられた[ 54 ] 。また、ミッションプランニングでは、飛行機雲の形成確率が最小になる高度も考慮される。

宇宙空間では、鏡面を用いて既知または疑わしい観測者に向けて空間の映像を反射させることができます。この方法は、いくつかのレーダーステルス技術と互換性があります。観測者に対する衛星の向きを慎重に制御することが不可欠であり、誤った制御は、望ましくない検出率の低下ではなく、むしろ検出率の上昇につながる可能性があります。

赤外線

スリット状のテールエキゾーストノースロップ タシットブルー

排気煙は、大きな赤外線特性を示す。赤外線特性を低減する 1 つの方法は、非円形(スリット状) のテールパイプを使用して排気断面積を最小限に抑え、高温の排気と冷たい周囲の空気の混合を最大限にすることである (ロッキード F-117 ナイトホーク、ロッキード マーティン F-22 ラプターの長方形ノズル、ロッキード マーティン F-35 ライトニング IIの鋸歯状ノズル フラップを参照)。多くの場合、このプロセスを促進するために排気流に冷たい空気が意図的に注入される (ライアン AQM-91 ファイアフライおよびノー​​スロップ B-2 スピリットを参照)。シュテファン・ボルツマンの法則は、これによって放出されるエネルギー (赤外線スペクトルでの熱放射) が少なくなり、熱特性が低減することを示しています。一部の航空機では、ジェット排気が翼面より上に排出され、下からの観測者から保護されています。赤外線ステルスを実現するために、排気ガスは、放射する最も明るい波長が大気中の二酸化炭素と水蒸気に吸収される温度まで冷却され、排気煙の赤外線可視性が大幅に低下します。[ 55 ]排気温度を下げる別の方法は、排気管内で燃料などの冷却液を循環させることです。燃料タンクは、翼に沿った空気の流れによって冷却されるヒートシンクとして機能します。 [ 56 ]

地上戦闘では、能動型赤外線センサーと受動型赤外線センサーの両方が使用されます。そのため、米国海兵隊（USMC）の地上戦闘服要件文書では、赤外線反射の品質基準が規定されています。[ 57 ]

無線周波数（RF）放射の削減

ステルス機は、赤外線や音響放射の低減に加え、搭載レーダー、通信システム、電子機器筐体からの無線周波漏洩など、検知可能なエネルギーの放射も避けなければなりません。F-117は、パッシブ赤外線センサーと低照度テレビセンサーシステムを用いて兵器の照準を行い、F-22ラプターは、レーダー警報受信機の反応を誘発することなく敵機を照準できる高度なLPIレーダーを搭載しています。

測定

レーダー上のターゲットの像の大きさは RCS で測定され、通常は記号σで表され、平方メートルで表されます。これは幾何学的面積と同じではありません。投影された断面積が 1 m 2 (つまり直径 1.13 m) の完全導電性球の RCS は 1 m 2です。レーダーの波長が球の直径よりはるかに小さい場合、RCS は周波数に依存しないことに注意してください。逆に、面積が 1 m 2の正方形の平板のRCS はσ=4π A 2 / λ 2 (ここでA =面積、λ =波長) となり、レーダーが平らな面に垂直な場合、10 GHz で13,982 m 2になります[ 58 ] 。垂直以外の入射角では、エネルギーは受信機から反射され、RCS が低下します。現代のステルス機の RCS は小鳥や大型昆虫に匹敵すると言われていますが[ 59 ] 、これは機体やレーダーによって大きく異なります。

RCSが標的の断面積に直接関係している場合、それを減らす唯一の方法は物理的なプロファイルを小さくすることである。むしろ、放射線の大部分を反射するか吸収することで、標的はより小さなレーダー断面積を実現する。[ 60 ]

戦術

ロッキード F-117 ナイトホークなどのステルス攻撃機は、通常、指揮統制センターや地対空ミサイル（SAM）砲台などの防御が厳重な敵拠点に対して使用されます。敵のレーダーはこれらの拠点の周囲の空域を重複してカバーするため、従来の航空機が探知されずに侵入することはほぼ不可能になります。ステルス機も探知できますが、レーダー周辺の短距離に限られます。ステルス機の場合、レーダーの探知範囲には大きな隙間があります。したがって、適切なルートを飛行しているステルス機はレーダーに探知されません。たとえステルス機が探知されたとしても、C バンド、Xバンド、 Ku バンドで動作する火器管制レーダーは、非常に近距離を除いて、低視認性（LO）ジェット機を（ミサイル誘導用に）検出することはできません。[ 61 ]多くの地上レーダーは、レーダーに対する視線速度成分を持つ物体への感度を向上させるためにドップラーフィルターを利用しています。ミッションプランナーは、敵のレーダー位置と航空機のRCSパターンに関する知識を活用し、脅威レーダーに対して航空機のRCSが最も低い部分を映しながら、ラジアル速度を最小化する飛行経路を設計します。このような「安全な」経路を飛行するには、敵のレーダーカバレッジ（電子情報技術を参照）を理解する必要があります。空中早期警戒管制（AEW&C、AWACS）などの空中または移動式レーダーシステムは、ステルス運用における戦術戦略を複雑化させる可能性があります。

研究

電磁メタサーフェスの発明後、RCS を低減するための従来の手段は大幅に改善された。[ 62 ] [ 63 ] [ 64 ]前述のように、目的シェーピングの主な目的は、散乱波を後方散乱方向（通常は発生源）から逸らすことである。しかし、これは通常、空力性能を低下させる。[ 65 ]最近広く研究されている実行可能な解決策の 1 つは、ターゲットの形状を変更せずに散乱波をリダイレクトできるメタサーフェスを使用することである。[ 62 ] [ 63 ] [ 64 ]このようなメタサーフェスは、主に 2 つのカテゴリに分類できます。(i) チェッカーボード メタサーフェス、(ii) 勾配屈折率メタサーフェス。同様に、負の屈折率を持つメタマテリアルは、マイクロ波、赤外線、場合によっては光など、一部の周波数範囲で屈折率が負の値を持つ人工構造です。[ 66 ]これらは検出可能性を低減する別の方法を提供し、設計された波長で電磁気的にほぼ不可視性を提供する可能性がある。

プラズマステルスとは、プラズマと呼ばれるイオン化ガスを用いて車両のRCSを低減する現象です。電磁放射とイオン化ガスの相互作用は、車両をレーダーから隠蔽することを含む様々な目的で広く研究されてきました。車両の周囲にプラズマの層または雲を形成してレーダーを偏向または吸収する方法は様々考えられます。より単純な静電的なものから、より複雑な無線周波数（RF）レーザー放電まで様々ですが、これらは実際には困難かもしれません。[ 67 ]

航空機の飛行制御システム（エルロン、エレベーター、エレボン、フラップ、フラッペロンなど）の機能を翼に統合し、ステルス性を高めるためのRCS（低ステルス性）や、形状の単純化と複雑性の低減（機械的に単純、可動部品や可動面が少ない、あるいは全くない、メンテナンスの手間が少ない）、質量、コスト（最大50%削減）、抗力（使用時に最大15%削減）、慣性（機体の姿勢を変化させて検出を低減するための、より高速で強力な制御応答）といった利点を備えた空力目的を達成するための技術研究開発が数多く行われています。有望な2つのアプローチとして、フレキシブルウィングと流体工学が挙げられます。

フレキシブルウィングでは、飛行中に翼面の大部分または全部が形状を変化させ、気流を逸らすことができます。アダプティブ・コンプライアント・ウィングは、軍事および民間の取り組みです。[ 68 ] [ 69 ] [ 70 ] X -53アクティブ・エアロエラスティック・ウィングは、アメリカ空軍、ボーイング、NASAの共同研究でした。

流体工学では、航空機の方向制御に気流への流体噴射を利用する研究が進められており、循環制御と推力偏向の2つの方法がある。どちらの場合も、より大きく複雑な機械部品を、より小型で単純、低質量の流体システムに置き換え、流体内の大きな力を小さなジェットまたは流体の流れで断続的に転換して、機体の方向を変える。動かなければならない機械制御面は、航空機のレーダー断面積の重要な部分を占める。[ 71 ] [ 72 ] [ 73 ]機械制御面を省略すると、レーダー反射を減らすことができる。[ 73 ] [ 74 ] [ 75 ] 2023年の時点で、少なくとも2か国が流体制御を研究していることがわかっている。英国では、BAEシステムズが2機の流体制御無人航空機の試験を実施しており、1機は2010年に開始したDemon [ 74 ] [ 73 ] [ 75 ]アメリカ合衆国では、国防高等研究計画局（DARPA）の革新的な航空機による新型エフェクター制御（CRANE）プログラムが、「アクティブフローコントロール（AFC）を主要な設計考慮事項として組み込んだ新型Xプレーンの設計、製造、飛行試験を行うことを目指している。…2023年に、この航空機はX-65として正式に命名された。」[ 76 ] [ 77 ] 2024年1月、ボーイングの子会社であるオーロラフライトサイエンシズで建造が開始された。[ 78 ] [ 79 ] DARPAによると、オーロラX-65は早ければ2025年初頭に完成・公開され、初飛行は2025年夏に予定されている。[ 78 ] [ 79 ]

循環制御では、翼の後縁付近で、航空機の飛行制御システムが流体の流れを放出するスロットに置き換えられています。[ 80 ] [ 81 ] [ 82 ]

ステルス機の一覧

ステルスヘリコプターのリスト

減数標識船一覧

世界中の海軍艦艇は、主に対艦ミサイルの探知距離を短縮し、対抗手段の有効性を高めることを目的として、シグネチャ低減機能を搭載しています。これは、探知回避そのものよりも、主に対艦ミサイルの探知距離を短縮し、対抗手段の有効性を高めることを目的としています。このような艦艇には、以下のものがあります。

参照

参考文献

  1. ^ Rao, GA; Mahulikar, SP (2002). 「ステルス技術と航空力におけるその役割に関する統合レビュー」. Aeronautical Journal . 106 (1066): 629– 641. doi : 10.1017/S0001924000011702 . S2CID  108545502 .
  2. ^ Mahulikar, SP; Sonawane, HR; Rao, GA (2007). 「航空宇宙機の赤外線シグネチャ研究」 . Progress in Aerospace Sciences . 43 ( 7–8 ): 218– 245. Bibcode : 2007PrAeS..43..218M . doi : 10.1016/j.paerosci.2007.06.002 .
  3. ^ a b Richelson, JT (2001年9月10日). 「科学技術とCIA」 .国家安全保障アーカイブ. ジョージ・ワシントン大学. 2009年10月6日閲覧。
  4. ^ a b Merlin, Peter W. (2009年1月5～8日).ブラックバードの設計と開発：課題と教訓(PDF) . 第47回AIAA航空宇宙科学会議（ニューホライズンズフォーラムおよび航空宇宙博覧会を含む）. フロリダ州オーランド：アメリカ航空宇宙学会.オリジナル(PDF)から2013年10月18日時点のアーカイブ。 2009年10月6日閲覧。
  5. ^ Cadirci, S. 「 RFステルス（または低視認性）と対RFステルス技術：トルコ空軍における対RFステルスソリューションの影響」 Wayback Machineに2011年7月20日アーカイブ。海軍大学院、カリフォルニア州モントレー、博士論文。 2009年3月。2009年10月6日閲覧。
  6. ^ Yue, T. (2001年11月30日). 「B-2ステルス爆撃機の探知と「ステルス」の歴史」「 . The Tech – オンライン版. マサチューセッツ工科大学. 2009年6月10日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2009年10月5日閲覧。
  7. ^ Wey, Adam Leong Kok (2014年3月15日). 「特殊作戦の原則：孫子とフロンティヌスから学ぶ」.比較戦略. 33 (2): 131– 144. doi : 10.1080/01495933.2014.897119 . ISSN 0149-5933 . S2CID 154557121 .  
  8. ^ Haddow, GW; Grosz, Peter M. (1988). 『ドイツの巨人たち ― ドイツのR型飛行機 1914–1918』（第3版）ロンドン: Putnam. ISBN 0-85177-812-7。
  9. ^アボット、パトリック（1989年）『イギリスの飛行船の戦争、1914～1918年』テレンス・ダルトン、pp.  31～ 33、ISBN 0861380738。
  10. ^ 「ケベック海軍博物館」 .拡散照明とシャルール湾におけるその活用. カナダ海軍. 2012年9月18日閲覧。
  11. ^ジョーンズ、RV（1978年）『極秘戦争：イギリス科学情報部 1939-1945』ロンドン：ハミッシュ・ハミルトン、ISBN 0-241-89746-7。
  12. ^ 「U-Boat Anti Sonar Coating」Uboataces . 2012年9月18日閲覧。
  13. ^ Hepcke, Gerhard (2007). The Radar War, 1930–1945 (PDF) (報告書). Hannah Liebmannによる英訳 (ドイツ語). Radar World. p. 45. 2024年2月1日閲覧。
  14. ^ 「HI サットン - カバート ショアーズ」。
  15. ^ a bペドロウ、グレゴリー・W.、ウェルゼンバッハ、ドナルド・E. (1992). 『中央情報局と上空偵察：U-2計画およびOXCART計画、1954-1974』（報告書）ワシントンD.C.：中央情報局。
  16. ^ポテト、ジーン (1998). 「ステルス、対策、ELINT、1960 ～ 1975 年」(PDF)。知能の研究。48 (1): 51–59 .
  17. ^ 「1960年代のAQM-34 ライアン・ファイアビー（アメリカ）」 PBS . 2015年1月14日閲覧。
  18. ^ 「YO-3A「クワイエット・スター」静音ステルス飛行機」ベトナム・ヘリコプター博物館。 2015年5月2日閲覧。
  19. ^国立航空情報センター、ライト・パターソン空軍基地、オハイオ州、1971年。技術報告書 AD 733203、米国国防技術情報センター、キャメロンステーション、アレクサンドリア、バージニア州、22304-6145、米国
  20. ^ Browne, MW「2人のライバル設計者がステルス戦闘機への道を先導した」、ニューヨークタイムズ、サイエンスタイムズセクション、1991年5月14日。
  21. ^ Browne, MW「ロッキード社はF-117の設計においてソビエト理論を採用」Aviation Week Space Technology、1991年12月27日p.
  22. ^リッチ、ベン、L.ヤノス、「スカンクワークス」、リトルブラウン、ボストン、1994年。
  23. ^ノット、EF;シェーファー、JF。モンタナ州トゥーリー (2004)。レーダー断面積 – 第 2 版。ノースカロライナ州ローリー: SciTech Publishing。209 ～ 214ページ 。ISBN 1-891121-25-1. 2009年10月7日閲覧。
  24. ^ Kevin (2003年7月14日). 「F-117A シニアトレンド」 . F-117A: The Black Jet . 2019年9月2日閲覧。
  25. ^ Goebel, Greg (2010年3月1日). 「Senior Trend」 . Vectorsite.net . 2012年1月3日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2019年9月2日閲覧。
  26. ^コレル、ジョン・T.（2019年9月1日）「ステルスの歴史：影の外から」『Air and Space Force Magazine』。
  27. ^ Seidel, Jamie (2017年10月20日). 「J20ステルス戦闘機の完全運用開始により、中国はアジアの軍拡競争で一歩前進」 . Australian News . 2018年2月26日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  28. ^国際戦略研究所（IISS）（2018年）『軍事バランス』ロンドン：ラウトレッジ、p.5、ISBN 978-1-85743-955-7。
  29. ^クロッカー、HW III (2006). 『Don't Tread on Me』 ニューヨーク：クラウン・フォーラム p.  382 . ISBN 978-1-4000-5363-6。
  30. ^ビル・スウィートマン「レーダーで捉えられない爆撃機」ニューサイエンティスト誌、1982年3月4日。
  31. ^ドーソン 1957、3ページ。
  32. ^セドンとゴールドスミス 1999、343ページ。
  33. ^アメリカ航空宇宙学会の論文で、J・セドンとEL・ゴールドスミスは「全翼機の形状、小さな垂直尾翼、そして地中に配置されたエンジンのため、ある角度では[アブロ・バルカン]はレーダーにほとんど映らなかった」と述べている。 [ 32 ]
  34. ^キングスリーとクエガン 1999年、293ページ。
  35. ^ CroddyとWirtz 2005、341-342ページ。
  36. ^シウル 1993年、114～115頁。
  37. ^ 「B-2：革新の精神」（PDF）ノースロップ・グラマン社。2023年4月8日時点のオリジナル（PDF）よりアーカイブ。 2023年10月15日閲覧。
  38. ^ 「DDG-51 アーレイ・バーク級」FASウェブサイト。アメリカ科学者連盟。2013年12月24日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2011年2月2日閲覧。
  39. ^ベンソン、ロバート（1998年11月）「アーレイ・バーク：海軍の要」アジア太平洋防衛フォーラム、アメリカ科学者連盟。 2011年2月2日閲覧。
  40. ^ Arora, Swayam; KaurResearch, Ramanpreet (2013年12月). 「ステルス技術とステルス対策レーダー：レビュー」(PDF) . Inventy: International Journal of Engineering and Science . 3 (12): 15– 19. eISSN 2278-4721 . ISSN 2319-6483 .  
  41. ^ 「より頑丈な外皮がステルス機の形状を変える可能性」 2021年5月18日。
  42. ^ウォルチョーバー、ナタリー（2011年1月21日）「ステルス機はどうやって敵を回避するのか？」ライブサイエンス。バース（イギリス） 。 2019年7月1日閲覧。
  43. ^カールソン少将によるステルス戦闘機に関するブリーフィング、1999年4月20日火曜日
  44. ^ MITの「The Tech – online edition」 2009年6月10日アーカイブ、 Wayback Machineの記事「B-2ステルス爆撃機の検知と「ステルス」の簡潔な歴史」 Tao Yue著、2001年11月30日発行（第121巻、第63号）
  45. ^世界反対運動がJSFに挑戦
  46. ^海軍研究所の世界海軍兵器システムガイド ノーマン・フリードマン著、序文ページ x
  47. ^リード, アーサー・M.; ミルグラム, ジェローム・H. (2002年1月1日). 「船舶の航跡とレーダー画像」 . Annual Review of Fluid Mechanics . 34 (34): 469– 502. Bibcode : 2002AnRFM..34..469R . doi : 10.1146/annurev.fluid.34.090101.190252 .
  48. ^ Graziano, Maria; Grasso, Marco; d'Errico, Marco (2017). 「Sentinel-1 SAR画像における船舶航跡検出の性能分析」 .リモートセンシング. 9 (11): 1107. Bibcode : 2017RemS....9.1107G . doi : 10.3390/rs9111107 .
  49. ^ Raizer, Victor (2013). 「海泡および海水しぶきによるレーダー後方散乱」 . 2013 IEEE 国際地球科学・リモートセンシングシンポジウム - IGARSS . pp.  4054– 4057. doi : 10.1109/IGARSS.2013.6723723 . ISBN 978-1-4799-1114-1. S2CID  32858575 .
  50. ^ 「ステルスヘリコプター：MH-X高度特殊作戦ヘリコプター」 GlobalSecurity.org . 2012年4月28日閲覧。
  51. ^ Edwards, Bryan (2002年5月).メインローターの変調ブレード間隔の心理音響試験 – NASA/CR-2002-211651 (PDF) . NASA. p. 1.2. CiteSeerX 10.1.1.15.3782 . 2019年7月1日閲覧。 
  52. ^ Bush, Vannevar; Conant, James; Harrison, George (1946). 「海上捜索機の迷彩」(PDF) .視認性研究と迷彩分野におけるいくつかの応用. 科学研究開発局、国防研究委員会. pp.  225– 240. 2013年10月23日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2013年2月12日閲覧。
  53. ^ 「軍事力」 Aeronautics.ru 2000年1月。2004年1月14日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  54. ^ゴスネル、マリアナ（2007年7月）「飛行線：なぜ飛行機雲が残るのか」『航空宇宙』誌。 2019年7月1日閲覧。
  55. ^ Kopp, Carlo (1989年11月-1990年1月). 「Optical Warfare – The New Frontier」 . Australian Aviation . 1989年11月. Australian Aviation (原文) . 2019年6月23日閲覧。
  56. ^ 「ステルスの類似性」（PDF）（分析論文）。ノースロップ・グラマン。2012年4月27日。2018年2月19日時点のオリジナルよりアーカイブ（PDF） 。 2019年4月10日閲覧。
  57. ^ラリー・ジュネック、メーガン・キャメロン、スーザン・ディットー、エリザベス・モリス、マイケル・ショーネシー（2010年5月28日）。「戦闘員支援：国防総省の地上戦闘服に関する考察；GAO-10-669R」。米国会計検査院。2019年6月23日閲覧。
  58. ^ユージーン、ノット;シェイファー、ジョン。マイケル、トゥーリー (1993)。レーダー断面図、第 2 版。株式会社アーテックハウス P. 231.ISBN​ 0-89006-618-3。
  59. ^ 「F-22ラプターステルス」GlobalSecurity。
  60. ^ビル・スウィートマン（2008年1月）「非従来型兵器：F-117の戦闘経験からステルス技術について学んだこと」スミソニアン航空宇宙誌。2012年7月19日時点のオリジナルよりアーカイブ。
  61. ^マジュムダール、デイブ（2018年11月8日）「ロシアはいつかF-22、F-35、またはB-2ステルス爆撃機を撃墜する可能性」ナショナル・インタレスト誌。
  62. ^ a b A. Y. Modi; MA Alyahya; CA Balanis; CR Birtcher、「複数反射による二面角反射器の広帯域RCS低減のためのメタサーフェスベース手法」、IEEE Transactions on Antennas and Propagation、vol.67、no.12、pp. -、2019年12月。doi ： 10.1109 /TAP.2019.2940494
  63. ^ a b Modi, AY; Balanis, CA; Birtcher, CR; Shaman, H. (2019年1月). 「アレイ理論を用いた散乱キャンセルに基づくRCS低減メタサーフェスの新クラス」. IEEE Transactions on Antennas and Propagation . 67 (1): 298– 308. Bibcode : 2019ITAP...67..298M . doi : 10.1109/TAP.2018.2878641 . S2CID 58670543 . 
  64. ^ a b Modi, AY; Balanis, CA; Birtcher, CR; Shaman, H. (2017年10月). 「人工磁性導体を用いた超広帯域レーダー断面積低減面の斬新な設計」. IEEE Transactions on Antennas and Propagation . 65 (10): 5406– 5417. Bibcode : 2017ITAP...65.5406M . doi : 10.1109/TAP.2017.2734069 . S2CID 20724998 . 
  65. ^李永峰;張潔秋;クゥ、シャオボ。王、佳福。チェン、ホンヤ。徐、卓。張安雪（2014 年 6 月 5 日） 「二次元位相勾配メタサーフェスを使用した広帯域レーダー断面積の縮小」。応用物理学の手紙。104 (221110): 221110。ビブコード: 2014ApPhL.104v1110L。土井: 10.1063/1.4881935。
  66. ^ Shelby, RA; Smith, DR; Shultz, S. (2001). 「負の屈折率の実験的検証」. Science . 292 ( 5514): 77– 79. Bibcode : 2001Sci...292...77S . doi : 10.1126/science.1058847 . PMID 11292865. S2CID 9321456 .  
  67. ^ Adamovich, IV; Rich, JW; Chernukho, AP; Zhdanok, SA (2000). 「高圧非平衡空気プラズマの電力収支と安定性の解析」(PDF) .第31回AIAAプラズマダイナミクス・レーザー会議論文集, 2000年6月19～22日. pp. 論文番号00–2418. 2006年9月10日時点のオリジナル(PDF)からのアーカイブ。
  68. ^スコット、ウィリアム・B. (2006年11月27日). 「モーフィングウィングス」 .アビエーション・ウィーク＆スペース・テクノロジー.
  69. ^ “FlexSys Inc.: Aerospace” . 2011年6月16日時点のオリジナルよりアーカイブ。2011年4月26日閲覧。
  70. ^ Kota, Sridhar; Osborn, Russell; Ervin, Gregory; Maric, Dragan; Flick, Peter; Paul, Donald. 「ミッション・アダプティブ・コンプライアント・ウィング - 設計、製造、飛行試験」(PDF)。ミシガン州アナーバー、オハイオ州デイトン、米国：FlexSys Inc.、空軍研究所。2012年3月22日時点のオリジナル(PDF)からアーカイブ。 2011年4月26日閲覧。
  71. ^ Uppal, Rahesh (2022年3月3日). 「ステルス機とドローンのためのアクティブフロー制御」 . International Defense, Security & Technology (IDST) . 2023年5月30日閲覧。
  72. ^航空機の探知性を低減する（動画）欧州、米国：北大西洋条約機構（NATO）2018年8月3日。 2023年5月30日閲覧。
  73. ^ a b c Axe, David (2019年2月13日). 「F-22とB-2爆撃機は時代遅れ：新世代のスーパーステルス機が到来」ナショナル・インタレスト. ナショナル・インタレスト・センター. 2019年6月21日閲覧。
  74. ^ a b Christopher, Dombrowski (2010年10月5日). 「新型試験機、操縦翼面なしで飛行」 Ars Technica . Wired Media Group . 2019年6月21日閲覧。
  75. ^ a b「無人航空機MAGMAの初飛行試験が成功」 BAEシステムズ、2017年12月13日。 2019年6月21日閲覧。
  76. ^ Wlezien, Richard. 「革新的な航空機の制御と新規エフェクター（CRANE）について」 .国防高等研究計画局（DARPA） . 2023年10月4日閲覧。
  77. ^トリムブル、スティーブ（2023年5月16日）「DARPA、アクティブフロー実験にX-65の指定を受ける」 Aviation Week & Space Technology誌。 2023年10月4日閲覧。
  78. ^ a b Tingley, Brett (2024年1月4日). 「DARPAのワイルドなX-65 CRANE航空機、2025年夏に初飛行を目指す」 . space.com . 2024年5月26日閲覧。
  79. ^ a b Smith, Carmen (2024年1月3日). 「Aurora、フルスケールのアクティブフローコントロールX-Planeの建造を開始」 Aurora Flight Sciences、ボーイング(プレスリリース) . 2024年2月1日閲覧。
  80. ^ John, Philip (2010). 「航空工学におけるフラップレス航空機統合産業研究（FLAVIIR）プログラム」 . Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering . 224 (4). London: Mechanical Engineering Publications: 355– 363. doi : 10.1243/09544100JAERO580 . hdl : 1826/5579 . ISSN 0954-4100 . S2CID 56205932 . 2018年6月23日時点のオリジナルよりアーカイブ。  
  81. ^ 「ショーケースUAVがフラップレス飛行を実証」 BAEシステムズ、2010年。2011年7月7日時点のオリジナルよりアーカイブ。2010年12月22日閲覧。
  82. ^ 「デーモン無人機、フラップなしで飛行し歴史に名を刻む」メトロ紙、英国：アソシエイテッド・ニュースペーパーズ・リミテッド、2010年9月28日。
  83. ^ 「ステルス爆撃機の新型契約はアンテロープ・バレーにとって恩恵となる可能性が高い」ロサンゼルス・タイムズ、2015年2月8日。 2023年3月17日閲覧。

参考文献

ウィキメディア コモンズには、ステルス技術に関連するメディアがあります。
「 https://en.wikipedia.org/w/index.php?title=ステルス技術&oldid= 1334630894」より取得