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《与“响尾蛇”斗法——红外空空导弹的干扰与抗干扰》

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发表于 2017-11-9 14:30:49 | 显示全部楼层 |阅读模式

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作者:Crazy Ivan
来自空翼

  在自然界中,身怀剧毒的响尾蛇其实视力很差,但却会巧妙利用面部颊窝部位感知周围环境中的热辐射,从而灵敏地搜寻和定位猎物,突然发起致命一击,堪称危险的“荒野杀手”。有趣的是,生物学家也发现,有些种类的松鼠遭遇响尾蛇时会将大量血液压入尾巴并不停摇摆,靠体温的变化扰乱对方的感官功能。而在危机四伏的空中战场上,同样上演着这样的“斗法”好戏……
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蛇类的颊窝器官(红色箭头)
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 楼主| 发表于 2017-11-9 14:31:17 | 显示全部楼层
与“蛇”共舞——更新换代的红外空空导弹
物体本身的温度越高,向外辐射的热能就越强,其电磁波长在光谱中处于可见红光的外侧,故名红外线。虽然肉眼看不见,但科学家们就仿照蛇类的特殊器官研制出光电感应器来探测红外线。进入喷气时代后,飞机在天空中高速飞行时,发动机喷口排出的尾焰、机身与空气的剧烈摩擦、蒙皮对阳光的吸收和反射等都会成为强烈的辐射源。而安装有红外制导系统的空空导弹就如同长了蛇的热敏颊窝,在有效范围内通过光学部件接收到来自远处目标的红外辐射,并转化为电信号,经辨别确认后控制导弹进行跟踪追击。
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F-35B的红外图像

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 楼主| 发表于 2017-11-9 14:31:29 | 显示全部楼层
  第一代红外空空导弹诞生在上世纪的40~50年代,主要用于对付当时自卫火力比较强的重型轰炸机。这一代导弹的红外制导系统采用常温下的硫化铅(PbS)光敏元件作为探测器,灵敏度偏低,截获目标的距离较近,而且只能探测到发动机尾部的近红外波段辐射,因此导弹载机要进入目标的尾后区域才能发射。当具有超音速突防能力的新型轰炸机和战斗轰炸机出现后,第二代红外空空导弹也应运而生。其制导系统改用带有制冷装置的硫化铅探测器,感应范围扩展到中红外波段的气动热辐射,信号处理能力也有所加强,提高了捕获目标的灵敏度和作用距离,不仅可以发起近距离追尾攻击,也可以从目标的侧方实施中距离的拦截。不过,这些早期的红外空空导弹还存在着可靠性和机动性较差、缺乏抗干扰手段、对操作技术要求高等缺陷,即使是在对靶机进行测试时单发命中率也只有60%左右,参加实战后的表现更是让人大跌眼镜。
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最早取得空战战果的红外空空导弹是第一代的AIM-9B“响尾蛇”

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 楼主| 发表于 2017-11-9 14:31:39 | 显示全部楼层
  到了1970年代中期之后,随着高性能多用途的作战飞机投入服役,各国纷纷开始研制第三代红外空空导弹。为了适应近距空战格斗的需要,这类导弹普遍采用灵敏度更高、探测距离更远的制冷型锑化铟(lnSb)导引头,装有集成化的电子组件,并加入了抗干扰措施,可实现大范围、大过载的机动攻击。配合载机的自动化航电设备,第三代红外空空导弹在使用上更为灵活,开始具备包括迎头拦截在内的全向攻击能力。在历次高技术局部战争的推动下,很快又出现了改进型的“三代半”红外空空导弹,从单元探测器发展为多元探测器,结合数字处理技术后使导弹识别目标和抗干扰的能力得以明显增强,在实战中对目标的截获概率和命中率也有了大幅提高,到目前为止仍是各国空军广泛装备的主要机载武器。
  面对21世纪初空中战场的复杂电磁环境,以及具有隐身能力和高机动性的新式战机或无人飞行器,第四代红外空空导弹开始崭露头角。它们换上了以碲镉汞(HgCdTe)等元件为核心的线阵扫描式或凝视焦平面式红外成像制导系统,可获取目标的辐射图像而不仅仅是点状光源,搜索和辨别能力更强,能有效对抗自然背景和人为施放的干扰,加上推力矢量控制、综合火控系统等先进技术,势必会让未来的空战发生根本性的变化。
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AIM-9X空空导弹引导头的红外成像

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 楼主| 发表于 2017-11-9 14:32:19 | 显示全部楼层
  与无线电制导型和主动及半主动雷达制导型空空导弹相比,红外空空导弹采用的是针对目标热辐射的被动寻的制导方式,导弹自身和载机都不需要发出电磁波进行引导,因此具有弹上设备简单、整体重量轻、攻击隐蔽性高、可以发射后不管、造价相对低廉等优点,已经成为中近距离空战中的首要利器。在众多的红外空空导弹中,名气最大也最为典型的当然要算是美国研制的AIM-9“响尾蛇”系列导弹了。从1956年开始服役至今,“响尾蛇”一路发展到第四代,演变为一个成员众多的家族。除了AIM-9C是采用半主动雷达制导方式外,其它型号均为红外制导型,在制导精度、机动性能和攻击区域等指标上都处于同代产品的领先水平。
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德国IRIS-T红外空空导弹的线阵扫描式成像导引头

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 楼主| 发表于 2017-11-9 14:33:18 | 显示全部楼层
防“蛇”之道——同步发展的红外干扰技术
以AIM-9“响尾蛇”为代表的红外空空导弹一窜入空中战场,就对叱咤风云的各种作战飞机构成了严峻的挑战。就算是准头较差的早期红外空空导弹,发射后也能迫使目标放弃原先的任务转入躲避,在接下来的交战中陷于被动状态。随着制导技术和杀伤威力的不断提高,红外导弹(包括空空、地空和舰空导弹)的威胁性越来越大,如在海湾战争中美军损失的飞机有70%是被红外导弹击落的。不过有矛自然就会有盾,各种各样的红外干扰手段也在同步地出现和发展,为作战飞机撑起一道道防“蛇”保护伞。
  想要有效地实施干扰,首先得要及时发现来袭的导弹。导弹在发射和飞行时同样会产生红外辐射,因此可以“以其人之道还治其人之身”,给飞机配备红外探测器及告警装置,不间断地搜寻和识别来自敌方的辐射信号,自动发出警报,以便飞行员采取应对措施。早在1960年代美国就开始在F-111、B-52等大中型军用飞机上安装红外告警设备,但与当时的红外导弹一样,在使用上也遇到了可靠性差的问题,不能准确区分真正的威胁,导致虚警率很高。直到探测技术和信号处理技术逐渐成熟后,红外告警设备才具备了实用性,不仅能够在多波段上发现和确定威胁来源,显示目标的相关信息,还能提供对抗方案或自动实施干扰。如今,高度集成化的红外告警设备已经成为机载自卫电子对抗系统的一部分,还可与火控系统结合实现红外侦察和监视等功能。
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MV-22“鱼鹰”上的AAR-47导弹逼近告警传感器,上方时雷达告警传感器

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 楼主| 发表于 2017-11-9 14:33:43 | 显示全部楼层
  早期的红外空空导弹不但发射条件比较苛刻,还容易受到自然环境的干扰。遭遇过攻击的飞行员们很快就发现,只要及时做出大机动飞行动作,或是转到太阳方向、钻入云雾当中以及贴近地面飞行,都可以让对方无法发射导弹或发射后难以追踪。据统计,在越南战争中,美国战机配备的“响尾蛇”导弹发射不成功率达65%,发射成功后的命中率最高也不到35%。然而,想要更有效地甩掉这条越来越狡猾的“毒蛇”,还必须采取多管齐下的干扰手段。
  针对红外空空导弹的制导原理,可以从减少导引头能接收到的目标红外辐射能量和生成与目标红外辐射特征相似的虚假目标这两方面来使出“障眼法”,干扰方式就相应地分为无源干扰和有源干扰两大类。其中,无源干扰指的是采用本身不主动产生能量辐射的材料和措施,降低或改变飞机的红外辐射特性,以削弱导弹的探测和追踪能力的保护性技术,也称作消极干扰。这类干扰手段主要包括:
  ●红外隐身:在设计新型飞机和改进现有机型时,就注意采取各种方法缩小与周围环境的温差,如优化气动外形、加强机体冷却系统、抑制发动机的热排放、使用隔热和低反射率的红外伪装涂料等。
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歼-20和F-22等五代机采用的金属光泽雷达隐身涂装和低视机徽也具有一定的红外伪装功能

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 楼主| 发表于 2017-11-9 14:33:57 | 显示全部楼层
  ●烟雾干扰:施放大面积的烟雾可以同时干扰到可见光和红外光波段,大量的气雾微粒会起到吸收和散射光线的作用,遮蔽了飞机自身的位置和对外辐射。如果是以燃烧或爆炸方式形成的烟雾,还会产生较强的红外辐射转移导弹的追踪。不过烟雾的生成和维持受气象条件限制,目前多用于慢速固定翼飞机和直升机。
  ●模拟假目标:采用廉价材料制作出具有真实装备的外观和辐射特性的模拟装置,欺骗红外侦察和制导武器。这种方式多用于保护停放在地面的武器装备,也有使用填充了高温气体的特制气球等物体作为拖曳式红外诱饵,系留在飞机上一起运动,可在较长时间内发挥干扰作用,但会影响到载机的机动性能。
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逼真的F-16充气假目标

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 楼主| 发表于 2017-11-9 14:34:10 | 显示全部楼层
  有源干扰则是指通过特殊装置发射出特定的辐射,使敌方飞机和导弹上的红外设备不能正常工作甚至彻底失效的手段,也称作积极干扰。有源干扰还分为欺骗性干扰和压制性干扰两种方式,前者是放出与受保护飞机红外辐射特性相近的虚假信号以迷惑导弹的制导系统,后者是让对方的红外传感器接收到强烈的辐射量而受损失效。
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MJU-5130型红外诱饵弹

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 楼主| 发表于 2017-11-9 14:34:41 | 显示全部楼层
  属于欺骗性干扰的主要手段有:
  ●红外诱饵弹:也称红外干扰弹、红外曳光弹,是使用最为广泛的红外干扰装置,最早是从侦察机上配备的照明弹发展而来的。当来袭的红外导弹逼近时,受攻击的飞机投放出诱饵弹,弹内的化学药剂或凝固油料燃烧后产生与飞机红外特性相似的强辐射,从而将导弹诱开。作为一次性使用的干扰物,红外诱饵弹体积小成本低,可多载多投,但投放的时机、数量、弹道和燃烧时间等因素都会影响干扰的效果。为了对付识别能力强的红外导引头,还出现了带有推进器、可在一定时间内模拟载机运动轨迹的伴飞式诱饵弹,能产生大面积红外干扰云的面源式诱饵弹和可同时干扰红外和微波的复合式诱饵弹等新品种。
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F-35发射红外诱饵弹
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“阿帕奇”武装直升机发射红外诱饵弹时的红外图像
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一枚“响尾蛇”导弹被欺骗后击中了红外诱饵弹

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