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夜攻猛龙-我国空军昼夜全天候精确导航攻击能力  

2009-12-05 19:38:09|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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我国歼十双座以夜攻构型公开亮相,注意左边的导航吊舱和右边的目标指示吊舱

在空军成立60周年成就展上,我国歼十首次以昼夜精确导航/攻击构型出现,此举极具象征意义-许多人似乎并没有意识到这一点,依然将歼十双座做为高级教练机来看待,实际上这完全可以看做我国空军对地攻击能力的一大突破,是空军由国土防空到攻防兼备转换的关键一步。

如果有人认为昼夜精确导航/攻击这个名词过于抽象的话,那么笔者举一个例子,海湾战争中美国空军的F-15E凭借LANTRIN吊舱在夜间频繁出击,摧毁了大量的伊拉目标,时任美国参谋长联席会议主席的鲍威尔甚至说“配备LANTIRN系统的F-15发挥了和F-117一样的作用,其威力可见一斑。而LANTIRN正是Low Altitude Navigation and Targeting Infrared for Night-夜间低空红外导航与瞄准系统的英语缩写。

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F-16BLOCK40,也称夜攻隼,注意进气道口两边LANTIRN吊舱

我们知道受限于当时技术水准,早期战机的航电系统对地探测能力差,一般的对地轰炸雷达只能分别大型目标,因此在攻击小型、线状目标的时候只能依靠飞行员目视搜索、发现目标,武器也为普通的无制导炸弹,由于无制导炸弹的投放受诸多的因素的影响,包括载机的状态和气象因素,因此这样就带来了一系列的矛盾;高度低,投弹精度高,但容易被地面火力攻击,飞行员不容易发现目标,高度高,飞行员容易发现目标,但投弹精度低,特别是防空雷达及地对空导弹的出现,已经让飞机从高空攻击变得越来越危险,因此低空攻击是战机比较安全的选择,虽然战机可以选择机动来回避对方防空火力的攻击,但是在挂载较重空地攻击武器的情况下,战机做不了太大的机动动作,并且战机还是要冲入对方防空火网的射程之内,所以出现了被称为“弹幕”的战术,即集中火力向某个区域进行射击,这样即使对方战机机动也会被击中-当年在我国高炮部队在抗美援越战斗中就曾经运用这个战术,我军将其称之为“集火歼敌”,当时我军高炮部队经常集中几十门甚至上百门火炮同时攻击一个目标,给美国空军攻击机造成很大的威胁。迫使其不得不在较远的距离上就要投弹,从而降低了命中率。

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早期的战机只能在白天投掷普通炸弹攻击目标,图为F-4投掷MK82

在这种情况下,制导炸弹就出现了,其配备有制导系统,可以纠正炸弹飞行路线的误差,同时拥有较大的弹翼,可以提供更远的投掷距离,因此战斗机可能在更远的距离投弹并能保证较高的命中精度,但是另外一个问题又出现了,由于目标超过了飞行员的视距,因此飞行员无法目视确定地标,来纠正飞机的导航误差,特别是在低空高速突防的情况下,也就是说飞行员需要一种手段在更远的距离上就能发现目标,从而为制导炸弹的投放提供支持,扩展飞行员视距最简单、快速、经济的办法就是望远镜,实际上最初的激光照射吊舱美国的“铺路光”-AN/AVQ-9就是将一个望远镜与激光照射器集成在一起,装备在F-4D的后座上,由武器控制官操纵,当飞行员操纵飞机侧转,以机身面向目标的时候,武器控制官由操纵AVQ-9瞄准目标,并且用激光照射目标,以引导友机投放的激光制导炸弹,从而大大提高了友机攻击目标的成功率和安全性。

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你能想像这就是最早制导激光制导炸弹的AVQ27(AVQ-9的发展型)吊舱么-

但是AVQ-9的局限性也非常明显,首先其只适合双座战斗轰炸机,因为飞行员难以一边操纵飞机一边照射目标,另外由于飞机需要侧面面对目标,因此其增加了被探测概率和被弹面,这样就出现了目标指示吊舱,目标指针吊舱是将电视摄像机、激光测距/照射器综合在一起,早期的目标指示吊舱有两种安装形式;一种是以半埋的方式安装在机头或者机身下面,这种方式的优点就是阻力小,不占用飞机的挂架,如A-6机头下方的AAS-33,但其也有较大的局限性,首先就是增加飞机的空重,这对于作战飞机,特别是在重量上克克计较的战斗机来说是难以接受的,另外就是由于要保证光学系统的性能,需要较大的窗口,并且这些窗口还要具备前视能力,以适应单座战斗机,显然与机头配备的火控雷达相冲突,所以现在的战机大多采用第二种方式也是现在最流行的安装方式吊舱,目标指示吊舱虽然需要占据战机的外挂点,并且阻力较大,但是其可以配备大型的光学窗口,以保证光学系统具备较好的性能,特别是随着现代航电系统的发展,其采用的模块化设计可以十分方便的进行功能的升级和扩展,因此可以十分迅速的将吊舱从一架飞机转移到另外一架飞机上面,众所周知现代吊舱造价还是比较昂贵的,其单价在百万美元左右,这样就可以用较少的吊舱让更多的战机具备全天候作战能力。

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早期的ATILS 2目标指示吊舱,只配备有电视/激光制导系统

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A-6E的AN/AAS-33吊舱采用保形方式安装在机头上

早期的吊舱面临最大的问题就是缺乏前视红外搜索、跟踪系统-FLIR,这是因为受限于器件的水平,早期的前视红外系统工作距离近、可靠性低,并且其图像不能和电视制式相兼容,因此无法显示在座舱多功能显示器上,这样早期的目标指示吊舱只能在白天晴朗气候条件下使用,因此限制其运用的范围,随着技术的发展,第二代吊舱终于装备了FLIR,与第一代吊舱相比,第二代吊舱优点包括;能够在昼夜及恶劣气候条件下工作;由于FLIR采用的波长较长,因此在有烟雾、飞尘的情况下仍旧有较好的探测性能;其是依靠目标的温度差成像,因此抗干扰能力强,可以清楚的将目标影像显示在飞机的显示器,其代表就是前面提到的LANTIRN系统,LANTIRN系统研制开始于1980年,其是美国空军根据越南战争的经验,要求提高作战飞机在夜晚及恶劣气候条件下的纵深攻击及近距空中支持能力而研制的,总承包商是原马丁.马丽埃塔公司(后来的洛克希德合并成了现在的洛。马公司),1984年样机试验成功,1986年批量生产并装备部队,并在1991年的海湾战争中首次参加实战,当时共有36架F-15E和大约100架F-16BLOCK40/42战斗机配备有LANTIRN系统。

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F-15E.注意进气道下面的两个LANTIRN吊舱

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LANTIRN系统的两个吊舱;左边的AAQ-13吊舱,右边的AAQ-14吊舱

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LANTIRN系统导航吊舱的图像                    LANTIRN系统目标瞄准吊舱的图像

LANTIRN系统由两个吊舱组成,也就是所谓的双吊舱系统;编号为AN/AAQ-13低空导航吊舱、编号为AN/AAQ-14目标跟踪和瞄准吊舱,前者由宽视前视红外搜索系统(视场24*24度)、地形跟踪雷达、控制计算机及电源等组成,后者由前视红外跟踪系统、图像稳定及自动跟踪系统、激光照射/测距系统等组成,其稳定的瞄准具有150度的上视和后视角,以及连续滚转能力。前者的功能包括利用地形跟踪雷达和前视红外探测系统提供低空飞行导航信息,相关的数据和图像以1:1的比例在座舱平显或者多功能显示器上进行显示,并且导航吊舱还可以与飞控系统相交联,进行自动地形跟踪与迥飞行,这样飞行员可以集中精力进行目标的搜索与瞄准。后者的主要功能主要是对地面/海面目标进行探测、跟踪、分类和标定,自动向红外制导的小牛导弹传递目标信息,并且为激光制导炸弹提供照射。在海湾战争中配备的LANTIRN系统的F-15E、F-16BLOCK40发挥了巨大的作用,低空,雷达制导的防空武器难以探测与攻击目标,夜晚,人工操纵的高炮也不能开火,特别是战争后期伊拉克军队企图在夜幕的掩护下撤退,结果被配备LANTIRN系统的战机痛击,在实战中美国发现LANTIRN系统对付小型、机动目标尤其有效,因此在伊拉克利用机动导弹发射车发射“飞毛腿”作为反击的时候,美国空军专门指定F-15E、F-16BLOCK40搜索、攻击这些机动导弹发射车。正是因为LANTIRN在实战中表现出来的优秀性能,先后有多个国家向美国采购些型吊舱,考虑到该系统的攻击性,美国甚至专门发展了其简化型,即AN/AAQ-20导航者吊舱,与AN/AAQ-13相比,其去掉了地形跟踪雷达,AN/AAQ-19神射手吊舱,与AN/AAQ-14相比,去掉了发射小牛导弹的能力,象沙特这样的金主拿到的也是AN/AAQ-19/-20,我国台湾地区进口的也是这个型号的吊舱。

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AAQ-20导航者吊舱,注意其没有AAQ-13的地形跟踪雷达,注意右边台湾地区F-16挂载的是AAQ-20

LANTIRN系统采用的双吊舱体制优点就是单个吊舱相对简单,成本也比较低,但缺点就是系统整体重量比较大,并且需要占据两个机载挂架,这对于一些外挂点比较有限的战斗机特别是轻型战斗机来说使用受到限制,因此欧洲各国和以色列在研制目标指示吊舱时更多采用单吊舱系统如以色列的LINTENING吊舱和英国TILAD吊舱,即在目标跟踪和瞄准吊舱配备的前视红外系统中增加一个宽角视野模式,设备添加惯性导航系统,这样即使载机航电系统相对简单,也可以使用该吊舱作战,LINTENING的吊舱载机范围相当的广泛,从EF-2000这样的先进的战斗机和F-5E这样轻型战斗机都可以配备,不过这样结果就是视场种类的增多会增加视场切换的技术难度和增加成本及研制周期,因此单价和成本相对较高。另外考虑到设备长时间工作带来的冷却及寿命问题,加上地形跟踪雷达在复杂气候条件下的表现出来的优势,所以在一些长时间突防的场合还是需要导航吊舱做为这些目标指示吊舱的补充,如以色列的F-16I尽管挂载有LINTENING吊舱,但还是挂载了导航吊舱以执行远程突防作战任务,韩国空军采购的F-15K采用的也是双吊舱系统。

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EF-2000在机腹下挂载LITENING吊舱

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LITENGING吊舱的适应性比较好,米格-21这样的老机升级后也能挂载

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印度空军苏-30MKI配备有LITENING吊舱,注意其只有一个吊舱

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LITENING吊舱的图像,左为平显导航图像,右为目标指示图像

尽管第一代前视红外吊舱在实战中展现了较好的性能,不过其采用的是中小阵面器件,因此在探测距离受限制,对于地面小型目标的探测距离在20公里左右,根据美国空军的实战经验,这个距离仍旧较近,对于速度较高的作战飞机来说,仅够完成一次攻击,来不及进行再次攻击,同时随着现代防空系统的发展,这个距离已经不能保证载机避免受到地面防空系统的攻击,为此出现了采用第三代大面积阵面器件的吊舱,包括美国的SNIPER XP和法国的DOMCLIS吊舱,其中SNIPER XP采用640*512阵列,可以获得更多的光线,因此其探测距离和分辩率成倍的增长,有资料指其对于地面目标探测距离超过50公里,根据研制者洛马的说法如果LANTIRN吊舱可以探测、攻击一幛独立的房屋子的话,那么SNIPER XP吊舱则可以发现、炸掉屋顶上的空调。另外这些吊舱还可以整合宽视野导航红外器件,这个器件可以整合到吊舱内也可以外挂在挂架上面,以提供战机远程导航能力,并且随着现代综合航电系统的发展,这些吊舱还可以与其他传感器如具备合成孔径模式的机载雷达更紧密地综合起来工作这,在不同类型传感器之间交叉提示将提高全系统的有效性。 

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F-16挂载的狙击手吊舱采用了第三代大阵面红外器件

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不过SNIPER XP吊舱仍旧需要导航吊舱的支援。这架F-15E的AAQ-14被SNIPER XP替代

我国在当年抗美援越战争中亲眼目睹了目标指示吊舱导引制导炸弹巨大的威力,也着手开始研制自己的目标指示吊舱,受限于当时的技术水平,这个吊舱以电视/激光系统为主,系统包括电视摄像机、激光光点跟踪/照射器等,通过这个吊舱的研制为以后发展更先进的系统打下了基础,海湾战争后,根据LANTIRN表现出来的巨大的威力及机载吊舱的发展,国防科工委将昼夜精确导航/目标指示系统做为我国八.五重点预研项目,项目代号为蓝天工程,蓝天工程以LANTIRN系统为参照,主要战技术指标与其相当或者相近,是先进的双吊舱昼夜低空导航/目标指示系统。其中全天候低空导航吊舱由我国607所负责研制,目标指标吊舱由我国613所负责研制。其中全天候导航吊舱相当于AN/AAQ-13,由地形跟踪雷达、鹰眼-4宽视FLIR、控制计算机和环境控制装备和电源等组成,根据相关资料其雷达探测距离超过15公里,FLIR的探测距离超过10公里,工作高度为30-3000米,可以与飞控系统相交联,提供飞机爬升、俯冲指令,载机飞行速度可以达到900公里/小时,工作时间接近一个小时,吊舱的重量为200公斤,613所的目标指示吊舱吸收了TIALD和LITENING吊舱的优点,由高精度FLIR器件、CCD摄像机、激光光点跟踪/照射系统、捷联式惯导系统等组成,具备较强的图像处理能力和多目标跟踪、指示功能,并且可以生成目标的精确坐标,甚至可以跟踪空中目标,做为机载IRST来使用,这一点国产蓝天与LANTIRN系统有了一定的区别,其目标指示吊舱可能和LITENING吊舱一样具备一定的导航能力,因此适用的范围也更加广泛,这一点可能考虑到了我国目标指示吊舱不但要用于新机的配套,如歼轰-7A,还要用于老机的升级如强-5,这些飞机的航电系统相对比较简单,因此需要吊舱具备较强的功能来弥补这个缺点。

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国产蓝天系统导航吊舱剖视图,上为宽视红外系统,下为地形跟踪雷达

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蓝天系统目标指示吊舱

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典型双吊舱配置的蓝天系统

配备蓝天吊舱后,歼10双座型可以象F-16BLOCK40一样可以低空突防近千公里探测、攻击小型、机动目标,其威慑能力不言而喻,这是我国空军、航空工业一大突破,所以配备蓝天吊舱的歼十双座作为成飞成立50周年标志进行展示应该并不是偶然,也因为这个构型的攻击型,所以在珠海航展上面我国并没有在展出的歼十上面配备蓝天吊舱,当然也我们也应该清醒看到蓝天吊舱目前可能仍旧采用中小阵面器件,与当今最新型的吊舱如SNIPER XP吊舱存在差距,这是蓝天吊舱今后改进的主要方向。另外歼十这个平台本身也存在一定的不足,虽然歼十的有11个外挂架和F-16BLOCK40一样多,但其布置是机身4个,机腹1个,机翼6个,而F-16是翼尖2个,进气道口下面2个,机翼下6个,机腹1个,但歼十的机身挂架离机身和地面都较近,因此难以挂载激光制导炸弹等拥有大型控制翼面的制导武器,因此能够使用的只有翼下的6个挂架,考虑到要挂载空战自卫武器和副油箱要占4个,只有2个挂架可以挂制导炸弹等武器,而F-16在进气道口挂载吊舱,翼尖挂空空导弹,那么还有6个机翼挂架可以挂制导武器和副油箱,所以其远程载荷/航程能力要优于歼十。

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歼十的夜攻挂载配置,注意其缺乏挂载副油箱的挂架

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F-16BLOCK40的挂载能力要优于歼十

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歼十的载荷/航程能力比F-16I差距更大

真正能够发挥蓝天吊舱的威力应该是我国引进的苏-30MKK战斗轰炸机,由于俄罗斯在光电吊舱方面薄弱,所以我国引进的苏-30MKK应该还没有配备全天候导航吊舱(有消息指我国引进的苏-30MKK配备有俄罗斯的SAPSON-E目标指示吊舱,其技术水平和LITENING吊舱相近),与歼十相比,苏-30MKK拥有12个挂架,布置为进气道下2个,机腹2个,翼尖2个,翼下还有6个,如果在进气道挂载2个蓝天吊舱,加上其本身有较大的载油系数,即使考虑到挂载空战武器,其也有8个武器挂架可以挂载空地制导武器,其载荷能力的确要比歼十要高的多,可以充分发挥蓝天吊舱的威力,另外也可以蓝天吊舱为契机,在国产歼-11BS的基础上研制类似于苏-30MKK、F-15E这样的多用途战斗机,进一步提高我国空军的全天候昼夜远程攻击能力。

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苏-30MKK挂载SAPSON-E吊舱,机腹挂载的M400侦察吊舱

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苏-30强大的挂载能力可以更好发挥蓝天系统的作战能力

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可以歼-11BS为平台,发展我国的“攻击鹰”

可以预见,我国空军的攻击能力将会更加强大和完善,从而成为维护国家领土和权益的强大的保证。

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参考资料:

1、瞄准吊舱设计研究

2、机载光电导航瞄准系统的应用和发展概况

3、本文配图来源于网上,权利归原作者所有

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RAFALE挂载的DAMCLES吊舱,其仍旧需要导航红外器件提供支援

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F-16I用AAQ-13支援LITENING吊舱

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这年月不挂个光电吊舱出来,都不好意思见人。

 

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