Los materiales absorbentes de radar ( RPM ) y los revestimientos absorbentes de radar ( RPC ) son una clase de materiales utilizados en tecnología furtiva para enmascarar armas y equipos militares de la detección de radares enemigos. Son una parte integral de la dirección general asociada con el desarrollo de medios y métodos para reducir los signos de desenmascaramiento de armas y equipos militares en los principales campos físicos. Cuando la radiación electromagnética interactúa con RPM, se producen procesos simultáneos de absorción, dispersión (debido a la falta de homogeneidad estructural y geométrica del material) e interferencia de ondas de radio.
La distinción entre materiales propiamente dichos (RPM) y recubrimientos (RPC) es hasta cierto punto condicional y supone que los primeros forman parte de la estructura del objeto, mientras que los segundos suelen aplicarse a su superficie. La condicionalidad de la separación también está relacionada con el hecho de que cualquier material absorbente de radio no es solo un material, sino un dispositivo absorbente de microondas. La capacidad de un material para absorber radiación de alta frecuencia depende de su composición y estructura. RPM y RPP no proporcionan absorción de radiación de ninguna frecuencia, por el contrario, un material de determinada composición se caracteriza por una mejor capacidad de absorción a determinadas frecuencias. No existe un material absorbente universal adaptado para absorber la radiación de una estación de radar (RLS) en todo el rango de frecuencia.
Existe una idea errónea común de que, como resultado del uso de RPM, el objeto se vuelve invisible para los localizadores. De hecho, el uso de materiales absorbentes de radio solo puede reducir significativamente la superficie de dispersión efectiva de un objeto en un rango de frecuencia de radar específico, lo que, sin embargo, no garantiza la "invisibilidad" completa del objeto en otras frecuencias de radiación. Los RPM son solo un componente para garantizar la baja visibilidad de un objeto, que incluye: la configuración de una aeronave (LA); soluciones estructurales y de diseño; uso generalizado de materiales compuestos, ausencia de auto-radiación, etc.
El primer tipo de RPM, conocido con el nombre de marca Schornsteinfeger (después del nombre en clave del proyecto para proteger a los submarinos de la detección de los radares aliados instalados en los aviones antisubmarinos), era un material ligero en capas utilizado por los alemanes durante la Segunda Guerra Mundial. Guerra para reducir la reflectividad de los barcos submarinos de esnórquel (periscopio) cuando son irradiados con un radar con una longitud de onda operativa de 3 a 30 cm [1] .
Con un espesor RPM de 75 mm, la estructura del material constaba de siete capas consecutivas de papel semiconductor relleno de grafito , separadas entre sí por capas dieléctricas intermedias - espuma de cloruro de polivinilo . El principio del absorbedor de Jaumann que subyace a este RPM , ver más abajo, lleva el nombre de su creador, el Prof. Johann Jaumann (Brun).
Otros primeros RPM y recubrimientos basados en ellos se crearon en forma de compuestos a base de polvos de carbonilo de hierro y ferrita . Pero estos RPP, debido a su masa significativa, no podrían usarse para el camuflaje de radio de aeronaves, barcos de clases ligeras y otros tipos de equipos militares ligeros [2] .
La clasificación de los tipos de RPM y RPP es bastante condicional. Aquí hay una clasificación utilizada principalmente en Inglaterra y los Estados Unidos .
Hay al menos tres tipos de RPM: materiales a granel resonantes, magnéticos no resonantes y no resonantes. Los RPM resonantes o sintonizados en frecuencia proporcionan una neutralización parcial o completa de la radiación reflejada desde la superficie del absorbedor por una parte que ha pasado a través del espesor del material. El efecto de neutralización es significativo cuando el espesor del absorbedor es igual a un cuarto de la longitud de onda de la radiación . En este caso, las ondas reflejadas por la superficie del absorbedor están "en antifase".
Los materiales resonantes se aplican a las superficies reflectantes del objeto de enmascaramiento. El espesor de las RPM corresponde a un cuarto de la longitud de onda de la radiación del radar. La energía incidente de la radiación de alta frecuencia se refleja desde las superficies exterior e interior del RPM con la formación de un patrón de interferencia de neutralización de la onda original. Como resultado, se suprime la radiación incidente. La desviación de la frecuencia de radiación esperada de la calculada conduce a un deterioro en las características de absorción, por lo tanto, este tipo de RPM es efectivo para enmascarar la radiación del radar que opera en una monofrecuencia estándar e invariable.
Los RPM magnéticos no resonantes contienen partículas de ferrita dispersas en el epoxi o revestimiento. Los RPM magnéticos no resonantes disipan la energía de la radiación de alta frecuencia sobre una gran superficie. La principal ventaja de los RPM magnéticos no resonantes es su banda ancha, es decir, la eficiencia de absorción de radiación en un amplio rango de frecuencias. Por el contrario, la eficiencia de las RPM resonantes está limitada por un rango estrecho de frecuencias de radiación calculadas.
Los RPM a granel no resonantes generalmente se usan como capas relativamente gruesas que absorben la mayor parte de la energía de entrada antes de que la onda se acerque y posiblemente se refleje en la placa posterior de metal. El principio de funcionamiento se basa en la utilización de pérdidas tanto dieléctricas como magnéticas, estas últimas debidas a la adición de compuestos de ferrita. En algunos casos, se utiliza la introducción de grafito en la matriz de espuma de poliuretano .
Los recubrimientos delgados hechos de dieléctricos y conductores son de banda estrecha, por lo que cuando la masa y el costo agregados no son críticos, los materiales magnéticos se usan tanto en RPM resonantes como no resonantes.
Los RPM de gradiente son estructuras multicapa con un cambio suave o gradual en el espesor de la permeabilidad dieléctrica (o magnética) compleja; tiende a garantizarse un aumento en la tangente del ángulo de pérdida dieléctrica hacia la superficie posterior. Este tipo de RPM es tecnológicamente difícil de fabricar.
Uno de los tipos más conocidos de RPP es el recubrimiento de " pintura de bola de hierro " que contiene microesferas dispersas recubiertas de carbonilo de hierro o ferrita. La radiación de radar de alta frecuencia, que actúa sobre el revestimiento, provoca vibraciones moleculares en el revestimiento como resultado de la imposición de un campo magnético alterno, que va acompañado de la conversión de energía de radiación EM en calor. El calor se transfiere a la estructura de la aeronave y se disipa.
Utilizado en el avión de reconocimiento Lockheed SR-71 Blackbird . Se desarrolló un diseño especial del fuselaje del avión, que no contiene superficies verticales. El recubrimiento es capaz de absorber ondas de radio en un cierto rango de frecuencias de radar. Cuando se irradian con ondas de radio, las moléculas de ferrita contenidas en el recubrimiento bajo la influencia de un campo magnético alterno entran en movimiento oscilatorio, convirtiendo la energía de la radiación de alta frecuencia en calor. En este caso, tiene lugar el mismo principio físico, en cuyo marco se calienta agua en un horno de microondas (alta frecuencia) . En el avión F-117 Nighthawk, los espacios entre las placas RPM pegadas a la superficie del fuselaje se rellenaron con un revestimiento de microesferas de ferrita.
Otro tipo de RPM, que funciona con un principio similar de pérdidas magnéticas, se fabrica en forma de láminas de caucho de neopreno , cuyo relleno son granos de ferrita o partículas de grafito (que contienen aproximadamente un 30 % de carbono cristalino) distribuidos en una matriz polimérica. Las baldosas de este material se instalaron en las primeras modificaciones del avión F-117A.
La Fuerza Aérea de EE. UU. ha adoptado un revestimiento absorbente de radar basado en una composición de materiales ferrofluidos y no magnéticos. Cuando se utiliza este recubrimiento con una capacidad reducida para reflejar ondas electromagnéticas, se logra una disminución en la visibilidad de radar de las aeronaves.
Se obtuvieron muestras experimentales de RPP basadas en una película delgada de carbono amorfo hidrogenado con nanopartículas ferromagnéticas depositadas sobre un sustrato flexible hecho de tela de aramida en JSC "NII Ferrit-Domen". Las principales ventajas de este RPP basado en nanoestructuras son la baja gravedad específica, la fuerza y la resistencia al calor, la resistencia a los medios agresivos [2] .
Tipo de RPM, que es una alternancia de capas dieléctricas y conductoras. La disminución en el nivel de la señal reflejada se logra debido a la adición antifase de ondas reflejadas desde la superficie metálica del objeto, capas dieléctricas y capas conductoras de electricidad.
La cubierta o absorbedor Jaumann es un dispositivo absorbente de radar. Tal como fue creado en 1943, constaba de dos superficies reflectantes y un escudo conductor de tierra, con distancias iguales entre ellos. Algunas personas piensan que la cubierta de Yauman es un caso generalizado de la pantalla multicapa de Salisbury , debido a la similitud de sus principios de funcionamiento.
Al ser un absorbente resonante (utilizando la interferencia de onda para suprimir la onda reflejada), el recubrimiento Jaumann utiliza una distancia fija λ/4 (un cuarto de longitud de onda) entre la primera superficie reflectante y el escudo de tierra, y entre ambas superficies reflectantes (espesor total λ/4 + λ/4).
La cobertura de Jaumann (cuando se usa un esquema de dos capas) da dos máximos de absorción en el rango de longitud de onda. Todas las capas de revestimiento deben ser paralelas entre sí y paralelas a la superficie conductora que protegen.
En la versión final, adoptada para su instalación en un submarino, el revestimiento de Jaumann era un conjunto de láminas reflectantes paralelas separadas por capas de dieléctrico (espuma). La conductividad de estas láminas aumenta a medida que se acerca a la superficie metálica protegida.
"Superplásticos" (del inglés super plastics ): un grupo de materiales compuestos poliméricos (PCM), superior en resistencia específica a los aceros de alta resistencia y las aleaciones de titanio , y capaz de absorber la radiación electromagnética. Cuando se utilizan en el diseño del fuselaje de la aeronave, son “transparentes” para la radiación del radar, a diferencia de los metales, que tienen la propiedad de reflejar la radiación incidente hacia el emisor, con la superficie de la aeronave normalmente ubicada en relación con la radiación incidente.
Los materiales especialmente diseñados para su uso como absorbentes de radiación electromagnética, o los polímeros naturalmente conductores , están sujetos a control de exportación, en particular:
Para reducir la visibilidad de radar de aeronaves , misiles, barcos y otros tipos de equipo militar, es de fundamental importancia reducir el RCS . Con un RCS más bajo, una aeronave u otro tipo de portaaviones puede pasar mucho tiempo sin ser detectado por el radar de los sistemas de defensa aérea terrestres o por el radar aerotransportado de otra aeronave. Hay varios medios y formas de reducir el RCS. En este caso, lo siguiente es importante, para un tipo de radar dado, el rango de detección del objetivo cambiará en proporción a la cuarta raíz del RCS del objetivo. Para reducir el rango de detección 10 veces, el RCS del objeto (objetivo) debe reducirse 10 mil veces.
Es una de las formas efectivas de reducir el RCS de un avión (LA), en el que sus superficies reflectantes pueden reflejar la energía electromagnética lejos de la fuente de radiación. El objetivo en este caso es crear un "cono de silencio de radio" relativo a la dirección de movimiento de la aeronave. En vista del hecho de que se produce emisión de energía, una contramedida a este método es el uso de radares pasivos (multiestáticos).
A mediados de la década de 1970, DARPA supervisó el desarrollo de aeronaves bajo el proyecto HAVE Blue, un "demostrador de tecnología sigilosa" (de 1976 a 1979), que voló por primera vez a fines de 1977. Más tarde, sobre la base de este proyecto, se creó el avión de ataque F-117A, el primer avión de combate real de baja visibilidad.
En los Estados Unidos, el uso de RPM en diseños de aeronaves convencionales comenzó a fines de la década de 1950. Dichos materiales se utilizan en el avión de reconocimiento de gran altitud Lockheed U-2 . El propósito de usar RPM es doble: reducir el EPR de la aeronave en un rango de frecuencia de radar específico y aislar la operación de numerosos dispositivos de antena a bordo para evitar interferencias mutuas.
El uso de RPM en los diseños de aeronaves, cuya baja visibilidad se establece como un elemento clave de su capacidad de supervivencia .