ステルス性
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F-117 ナイトホーク ステルス攻撃機PL-01ステルス戦車フォーミダブル級フリゲートRAH-66 コマンチ

ステルス性(ステルスせい、: stealth)とは、軍用機軍艦戦闘車両等の兵器レーダー等のセンサー類から探知され難くする軍事技術の総称である。単にそれらの技術を取り入れて開発された兵器を指してステルスと呼ぶ事もある。ステルス性という言葉は「ある兵器がセンサー類からどの程度探知され難いか」という事を相対的に表す。正式な軍事用語としては低観測性 (low observable) と言い、略してLO特性などと呼ぶ。[2][3]
概要

ステルスの本来の意味は「こっそり」「隠れる」などである。ステルス性を実現するための軍事技術が「ステルス技術」であり、電波反射赤外線放射、地球の磁力線の変形、音響的被探知、視覚的発見の抑制などである。レーダーが発達した近代においては、非常に重要な技術であり、最新の兵器(特に車両や船舶、航空機)は多かれ少なかれ、ステルスを意識して設計されている。

妨害電波(ジャミング)やチャフフレアなどの能動型電子対抗手段(電子的に欺瞞すること)は、ステルスではなく「ソフトキル」と呼ぶ。

人間の感覚器官による発見を防ぐための手段は、古くより行われてきた。例としては、忍者が足音を忍ばせたり、騎兵が馬の嘶きを消すこと、槍兵が穂先の反射光を消すこともステルス技術である。低騒音技術、低視認技術(カムフラージュ・代表例は迷彩)など、環境全般に影響を減らし発見されるのを防ぐ行為もまた、広義のステルスといえる。

ステルス兵器といえど、絶対に発見されないわけではない。自ら通信用の電波を発信したりレーダーを照射した場合およびレーダーに近付いた場合、または飛行機雲によって発見される恐れもある。
電波ステルス
原理

まずレーダーが物体を探知する仕組みについて説明する。
レーダーが電波を飛ばす

その電波が物体に当たり、誘導電流が発生する

誘導電流から電波が発生することで反射波となる

レーダーがその反射波を拾う

発信と受信の時間差から物体との距離が、アンテナの放射特性から大体の方向が判る

ステルスで議題となるレーダーとは全て一次レーダーである。航空交通管制に使用しているトランスポンダと情報を交換するような二次レーダーが議題となることはない。

電波が物体に当たっても反射波が戻ってこなかったり、反射波をレーダーが拾えなければ、レーダーは物体を探知出来ない。レーダーは反射波を捉えることによって物体の存在を探知している。そこで、以下の2点を工夫することでステルス性を向上できる。

電波が来た方向へ電波を反射しない(あらぬ方向へ受け流す)

金属は電波を反射し易いので、電波を反射し難い・吸収する物質に換える

それぞれは「形状制御技術」と「電波吸収体技術」によって実現化が図られている[1]
レーダー反射断面積YF-23 ブラック・ウィドウ II詳細は「レーダー反射断面積」を参照

電波に対し、どれだけのステルス性を持っているかを表す値としてRCS(Radar cross section, レーダー反射断面積)という言葉が使われる。この値が小さければそれだけレーダーに探知される距離が短くなる。特に断らない限りはRCSが最小となる正面での値が、書籍などでのRCS値となるが、RCS値は全ての方向からのものが存在する。

σ = lim R → ∞ 4 π R 2 。 E r 。 2 。 E i 。 2 {\displaystyle \sigma =\lim _{R\to \infty }4\pi R^{2}{\frac {|E_{r}|^{2}}{|E_{i}|^{2}}}}

σ {\displaystyle \sigma } :RCS値
。 E r 。 {\displaystyle |E_{r}|} :入射電界強度
。 E i 。 {\displaystyle |E_{i}|} :受信散乱電界強度
R:目標とレーダーとの距離

RCSは面積の次数で表せるが、1m2との比較をデシベルで表記することもよく行われる。単位はm2又はdBsm(DEcibel squared meter、デシベル・スクエアメーター)で表す。例えば1m2は0dBsm、2m2は3dBsmである。

次にレーダーの方程式を示す。

P r = P t G 2 λ 2 σ ( 4 π ) 3 R 4 {\displaystyle P_{r}={\frac {P_{t}G^{2}\lambda ^{2}\sigma }{(4\pi )^{3}R^{4}}}}

P r {\displaystyle P_{r}} :レーダーの最低受信電力
P t {\displaystyle P_{t}} :レーダーの尖頭電力
G:アンテナ利得
λ:波長

レーダーの最低受信電力 P r {\displaystyle P_{r}} が判れば、RCSがσである目標からの最大探知距離 Rmax は次の式で計算できる。

R m a x = P t 1 4 G 1 2 λ 1 2 σ 1 4 P r 1 4 ( 4 π ) 3 4 {\displaystyle R_{max}={\frac {P_{t}^{\frac {1}{4}}G^{\frac {1}{2}}\lambda ^{\frac {1}{2}}\sigma ^{\frac {1}{4}}}{P_{r}^{\frac {1}{4}}(4\pi )^{\frac {3}{4}}}}} [1]

上記の式より、探知距離はRCSの4乗根に比例する。例えば、B-52のRCSが100m2でF-117攻撃機のRCSが0.025m2とすれば、(100/0.025)1/4 = 8倍のレーダー探知距離の差が生じる。また、探知される距離を2分の1にしたいのなら、RCSはその4乗の16分の1にする必要がある。

RCSはなにか直接の反射面積を表している訳ではなく、あくまで軍用機の電波に対する低発見性を数値化して比較するためのものである。RCSが0.01m2だから10cm角四方の金属板と同じ反射であるといった表現は、よくある間違いなので注意が必要である。例えば1m2の金属板がレーダーに直角に位置する時のRCSは14,000m2であるように、一般に反射面積とRCSの値は異なる。
兵器種によるステルスの差B-2 スピリット 三面図

戦闘の際に相手のセンサー類に捕捉され難いという事は、それだけ相手より優位に立てる事を示している。その為、現在において各国のステルスへの注目度は高く、今後もステルス性を考慮した各種の兵器が開発されていくと思われる。

一般的に軍用機は敵に発見された場合のリスクが比較的大きく、それを最小化できるステルス技術が重視されている。軍艦等では堪航性に支障が出ない程度のステルス性を持たせているものが多い。戦闘車両に対して空中からのレーダーによる探知が始まってはいるが、今のところはまだ限定的なためや地上車両に対するそれほど有効な技術が存在しないために、電波に対するステルス性はあまり考慮されてはいない。多くは目視に対するカムフラージュや赤外線への対策を行っている程度である。JSF F-35 ライトニングII 一定の形状は良好なステルス性をもたらす
形状制御技術

形状制御技術はステルス性を求める兵器にとって重要である。

以下の形状はレーダー断面積を増大させる。形状制御技術は兵器の外面にこれらの形状が露出するのを避ける。

機体形状における平面のほぼ全てについて、平面電波の飛来方向に垂直となる様に角度を統一(平面整列(Planform Alignment)
)

二面や三面で構成される直角凹面(コーナーリフレクタ形状)

電波の飛来方向に対してレーダー波の半波長の整数倍の長さを持つ物体

鋭角な構造物

艦船ならば、上部構造物の外面や艦舷を単純平面で構成しこれを垂直方向から斜めに傾けることで、多くの場合に水平方向から放射されるレーダー波に対してその反射波を同じ水平には戻さない。アンテナ・マストにはAEM/S(先進型閉囲マスト/センサー,Advanced Enclosed Mast/Sensor)と呼ばれる単純平面で構成されたFSS機能を備えた覆いを被せる。などの工夫を行っている。F-35のETOS後部の前脚格納部

軍用機では、主に正面下方からRCSに注意を払い、側面方向にも気を配っている。元々流線型の機体であるため、正面からのRCSは比較的良好であるが、ジェットエンジン吸気口からコンプレッサーのファンブレードが見える場合は、吸入流路を延長湾曲して隠したり、斜めに取り付けたメッシュやグリッド状の部品によって電波反射を抑える必要がある。


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