隱形技術的運作原理

隱形技術（Stealth technology）非常酷。它是美國在冷戰後半期取得空中霸權的原因，也是美國在戰爭與和平時期資訊優勢的最重要組成部分——至少在全球網路連通和網路安全興起之前是如此。然而，其核心概念卻簡單得令人驚訝。

那麼，隱形技術是如何運作的呢？

照片由 Steve Harvey 上傳至 Unsplash

當我們談論隱形時，通常是指躲避雷達。雷達又是如何運作的？

雷達天線向天空發射無線電波。這些電波會從飛機等物體上反彈。當回波返回天線時，雷達系統就能識別出該物體的大致速度、位置和大小。

圖片由 bifocal bunny 的 Katelynn Bennett 提供

那麼，你要如何躲避雷達？你可以嘗試：

1. 向四面八方發射大量的無線電波（「干擾」）。如果你靠近雷達天線，這很有效，但這有點違背了隱形的初衷。
2. 用對無線電波透明的材料（如玻璃和某些塑料）來製造飛機，讓電波直接穿過。這在理論上可行，但在實踐中非常困難。此外，到了 1970 年代，即使整架飛機的實體對雷達是透明的，現代雷達也能輕易偵測到從數英里外的飛行員身上反彈回來的信號。美國和蘇聯的導彈可以追蹤「30 英里外順著熱氣流飛行的活鷹」（出自 Ben R. Rich 的《Skunk Works》，第 3 頁）。
3. 用能吸收無線電波的材料來製造飛機。這種阻尼效應是可行的，但既昂貴又沉重，且並不完美（仍會有一些電波反彈）。

洛克希德馬丁（Lockheed）的臭鼬工廠（Skunk Works）在 1970 年代發現的，也是所有現代隱形飛機的核心原理，其實是一個簡單到不行的道理：讓電波反射到接收器以外的方向。

這是如何做到的？想像一面鏡子。只有當鏡子正對著你時（即鏡子與你完全垂直），你才能從遠處看到自己的倒影。

插圖由 Katelynn Bennet 提供

只要傾斜幾分之一度，你就看不到自己的倒影了！

插圖由 Katelynn Bennett 提供

相比之下，如果一個物體是彎曲的，那麼在任何給定點上，它至少有一部分會與你呈 90 度角。

這就是為什麼隱形飛機都有平坦的表面。為了盡可能達到隱形效果，你會希望用平坦的表面來建造飛機以及任何躲避雷達的物體。

換句話說，最好的隱形飛機（airplane）是一個平面（plane）。不是指飛機，而是指幾何學上的平面（Euclidean plane）。平面的飛機設計是用極小機率產生巨大雷達回波（當飛機完全、完美地垂直於雷達天線時）的代價，來換取 99.99% 以上的回波被偏轉到其他地方的機率。換句話說，平面設計讓你能夠將失敗的情況集中化。

不幸的是，單一平面（幾何意義上的）是無法飛行的［需要引用來源］。相反地，你需要將不同的平面連接在一起來構成飛機的表面。這在平面相交的地方產生了另一個問題：邊緣。邊緣會使無線電波產生繞射（diffract）並返回，這與反射類似但不完全相同。然而，這仍然是可以被偵測到的！嗯。

解決方案來自於能夠精確預測邊緣的行為。「物理繞射理論」（Physical Theory of Diffraction, PTD）讓你能夠精確計算任何邊緣會散射多少雷達能量，以及朝向哪個方向。雖然實施該理論在數學和計算上非常複雜，但結果是一樣的：PTD 讓你能夠設計指向相同方向的邊緣。這再次將失敗情況集中化，用邊緣直接指向你時產生的巨大雷達回波，來換取雷達波被簡單偏轉到其他地方的極高概率。非常酷！

F-117 夜鷹戰鬥機

這個簡單的想法徹底改變了許多傳統戰爭。隱形偵察機能夠可靠地收集敵軍動向和武器部署的資訊，而不會被發現（進而被擊落）。隱形戰鬥機可以從遠處追蹤敵人，同時讓自己保持「隱形」，在敵方戰機意識到交戰開始之前就贏得空戰。隱形轟炸機和導彈具有巨大的先發制人優勢，讓國家能在驚慌失措的防禦者有機會反應之前，就轟炸軍事目標（和城市）。

雖然想法簡單，但實踐起來卻不容易。幾乎完全由平面建造飛機，是為了隱形而犧牲了空氣動力學。你如何製造一架真正能飛的隱形飛機？你如何快速且「隱密」地完成這項工作，而不將技術秘密洩露給地緣政治對手？你如何管理一個能持續產生像隱形飛機這樣驚世之作的組織，而不固步自封或屈服於官僚體制的怠惰？最後，這些致命創新的情報、軍事和倫理影響又是什麼？

欲了解更多資訊，請訂閱《The Linchpin》，閱讀我即將發布的《Skunk Works》全書評。作者 Ben R. Rich 是洛克希德高級研發部門（臭鼬工廠）在開發世界上第一架隱形飛機期間的主管，可以說是他憑一己之力，開啟了長達 50 多年的空中戰爭新時代。