レーダー波の吸収・反射を極めたステルス航空機のしくみ-ステルス(3)

航空機を見つける最も有効な手段は電波を放つレーダーを使うことですが、このレーダーの仕組みを理解し、きちんと対策を取ればレーダーに見つからずに目的地に近づくことが出来ます。このレーダーに対するステルス性を高めた航空機がステルス航空機です。このステルス航空機が次世代の戦闘機として注目されていますが、その仕組みについてはそれほどきちんと理解されていません。

熱や可視光で航空機を見つける事もできますが、本記事では電波に対するステルス航空機の技術について、軍事技術にも詳しくない方にもわかりやすい様に説明していきます。

レーダー波の反射と吸収と拡散

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レーダーから隠れるステルス技術を理解する上で大切なのが電波の反射と吸収と拡散。

反射は電波がものにあたって跳ね返る性質のことで、吸収は電波が跳ね返らずにぶつかった物体に一部吸収されてしまう性質のこと。電波の発生源や反射波が一方向に向かわずに広がっていってしまう性質のことです。

電磁波には他にも色々な性質がありますが、ステルス技術を考える場合にはこの三つをきちんと理解していれば大丈夫でしょう。あまり詳しくは説明すると長くなるので、これらの性質についてかいつまんで説明していきます。

反射

電波は電磁波であり、電場と磁場が絡みあうようにして飛んで行く波のことです。

この電磁波は電気的なエネルギーを持っているため、導電性の物体にぶつかるとそこに微弱な電流が流れます。そして、電流が流れると電流が流れた部分に電磁波が生まれるのですが、この新しく生まれた電磁波を反射波です。また、最初にぶつかってきた側の電波は、この場合では入射波と呼ばれます。

レーダーが発する電波はこの入射波に当たるのですが、反射波はこの入射波と同じ性質(周波数)を持っています。レーダーが発する電波以外にも様々な電波が飛び交う中、レーダーは飛んでくる電波の中から自分が発した電波と同じ性質の電波を探すのです。

電波を飛ばした方向に何も無ければ反射波は生まれないため、同じ性質の電波が見つかることはありません。何も見つからないなら平和ですね。しかし、飛行機のような物体があると反射波が発生し、この反射波をレーダーが拾うことが出来てしまいます。

この反射波が帰ってくるまでにどれくらいの時間がかかったか、反射波がどれくらいのエネルギーを持っているかなどを分析することで、空にある物体を見つけられるのです。

電流の流れにくい物質ほど反射波が微弱になるため、レーダーでの発見が困難になりますね。

吸収

吸収とは電磁波が反射されずに一部が吸収されてしまう現象のことです。電磁波はエネルギーを持っている物質ですので、それが突然消えてなくなってしまうとエネルギー保存則が成り立ちません。つまり、電磁波が持っているエネルギーが電波以外の別な形に変わります

光も電磁波の一種ですが、光を吸収する黒い服が熱を帯びるように、電磁波を吸収すると多くの場合は熱に変わります。電磁波の一部が熱に変わったとしても、電磁波が綺麗に消えるわけではなく、電磁波が弱くなって大部分が反射されます。しかし、弱くなった反射波はレーダーで判別出来ません。

光に例えるなら、夜に白い服を着ている人は見つけやすいけど、黒い服を着ている人は見つけにくいというイメージです。

ちなみに、吸収と言っても実際には物体の内部で何度も反射を繰り返して少しずつ電磁波を吸収しているケースが殆どです。電波を閉じ込めて逃さないようにするという考え方でも理解できるかもしれませんね。

拡散

電波というのは常に拡散していきます。ある程度なら電波をまとめて一つの方向に飛ばせますが、それでも電波は少しずつ広がっていくため、どんな方向に電波を反射しても実は多かれ少なかれ全方位に電波は届いているのです。

しかし、届いていると言ってもその強さはバラバラです。強い電波が届いている方角もあれば、微弱な電波しか届いていない場所もあります。電波に対するステルスを考える際に大切なのは、強い電波をレーダーの方角に向けて飛ばさないことです。

逆にステルス機を見つけるためには微弱な電波でもしっかり捉えられるようにする必要がありますし、元々の電波の出力が高ければ見つけやすくなるでしょう。

要するに電磁波の持っているエネルギーをどうやってコントロールするかというのがポイントなのですね。

ちなみに、電磁波の性質の一つに透過という性質があります。電磁波を反射も吸収もしない物質は電磁波を透過させますが、飛行機や乗り物の場合には透過した電磁波がエンジンや電子機器にぶつかって跳ね返るため、電磁波を透過させるという手段は使えません

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