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激光神剑-激光定向干扰系统和现代空战  

2013-11-13 20:14:36|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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    激光神剑-激光定向干扰系统和现代空战 - 小飞猪 - 小飞猪的博客

 T-50安装101KS-O激光定向干扰系统

   近日,俄罗斯T-50战斗机开始新一轮试飞,随着试飞的深入,一些航空电子设备开始陆续出现在飞机上面,最近人们就发现T-50上面安装了101KS-O激光定向红外成像干扰系统,这表明T-50将干扰红外成像制导空空导弹放在了一个突出的位置上面,值得我们关注。

     从目前的情况来看,第四代战斗机的之间空战将可能以格斗为主,主要武器也会是红外成像格斗空空导弹,因此如果能够干扰对方红外成像格斗空空导弹就有可能在未来空战之中占据先机。

     我们知道世界第一枚空空导弹就是红外制导空空导弹,与其他制导方式相比,红外制导不需要辐射电磁波,因此体积和重量较低,最初的红外制导空空导弹采用点光源制导,它是将目标做为一个点来探测,因此灵敏度较低,抗干扰能力差,对方采用照明弹、闪光弹就可以对它进行干扰,另外还容易受太阳的影响,所以作战能力较差。

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AIM-9X红外成像制导空空导弹,小图是导引头的成像

     随着技术的发展,红外成像制导方式出现,它采用了多元线列阵或者面队替代原来的单元导引头,由于敏感元件的增多,所以红外成像导引头可以根据目标表面温度的差异来绘制目标的大致形状,并且将相关图像数字化,在屏幕上显示,或者交给信号、数据处理系统,利用图像处理或者增强技术对其进行提取,区分背景和目标,从而得到制导信息,与点光源制导系统相比,红外成像制导的灵敏度更高、探测 距离更远,尤其是它可以绘制出目标的外形,这样传统的闪光弹、照明弹对它的干扰基本上是无效,这样就大大提高了系统的抗干扰能力和制导精度。因此新世纪,近距格斗空空导弹由红外成像制导一统天下就是这个原因。

     目前红外成像制导系统已经发展了两代,第一代是线列阵,由多元器件排列而成,它的器件少,结构比较简单,成本也比较低,但是扫描需要光机系统来完成,因此导引头的重量和体积较大,另外扫描速度和精度相对较低,属于比较早期的制导系统,德国的IRST-E近距格斗空空导弹就使用这样的制导系统,目前比较使用比较广泛的是凝视型阵列器件-红外焦平面阵列,它由数百个器件排列而成,如美国的AIM-9X导弹采用了128*128锑化铟阵列,实现了电子扫描,这样就省去了机械扫描机构,从而降低了导引头的休积和重量,时间延迟和积分时间更长,相应的探测距离、灵敏度更高,制导精度、抗干扰能力显然也就更强。使用凝视型红外成像制导系统还有法国的MICA-IR、以色列的怪蛇-5等导弹。

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 雷达隐身是第四代战斗机的主要特点

我们知道第四代作战飞机最主要的一个特点就是采用了隐身技术,包括波束控制、隐身涂料等,这样就让飞机的RCS比第三代作战飞机有大幅度的下降,一般认为第四代战斗机的典型代表F-22,在攻击航线主要姿态角上的RCS大约只相当于三代作战飞机的1%,那么根据雷达探测距离公式,普通雷达对它的探测距离大约只有三代的三分之一,就是说常规雷达对于三代机探测距离为100公里的话,那么对于F-22只有35公里左右。

现代隐身技术除了让机载预警雷达、火控雷达的探测距离下降较大之外,对于主动雷达制导空空导弹的影响更大,这是因为现代主动雷达制导空空导弹的孔径、功率比较有限,对于三代作战飞机的探测距离本来就十分有限,一般在20-30公里左右,那么对于F-22这样的隐身目标大约只有8-10公里,加上对方采用电子干扰等手段之后,探测距离就更近,虽然现在一些国家开始考虑为主动雷达制导空空导弹换装有源相控阵末制导雷达,以期提高末制导雷达的探测距离,但是考虑到主动雷达制导空空导弹内部空间、散热、能源供应等因素,所以提高的程度能否达到人们的期望还有待观察。

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主动雷达制导空空导弹对于隐身战斗机的效能显著下降


战斗机最主要的超视距空战手段就是主动雷达制导空空导弹,由于末制导雷达效能的下降,那么在第四代作战飞机之间的空战当中,它发挥的作用可能就没有三代战斗机时代那么大,这样的话红外成像制导近距格斗空空导弹作用就更加显著一些,从目前的情况来看,四代战斗机在雷达隐身方面进步突出,但是在红外隐身方面却没有太多的进步,我们知道战斗机采用喷气式发动机作为动力,而喷气式发动机的原理就是将空气加热,膨胀,然后喷出,利用反推力推动飞机前进,因此喷气战斗机的尾喷口、尾焰的温度非常高,而温度越高,红外信号特征越强,这些都是红外制导导弹理想的路标。

 从喷气式发动机的原理我们就可以看出红外隐身的难度,如果想降低飞机的红外信号特点,那么就必须降低飞机的相关部件的温度,这样不可避免的会降低发动机的推力,从而影响飞机的推重比,而推重比是关系到战斗机机动性能、飞行性能非常关键的一个参数,所以现代战斗机在雷达隐身方面可谓下足了功夫,但是在红外隐身方面着墨不多,就是这个原因。

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 由于喷气式发动机的原理,即使是F-22,红外隐身能力也远不如雷达隐身


 这样就给红外成像制导导弹发挥提供了空间,因此在第四代作战飞机的时候,红外成像制导空空导弹的作用将会显著增加,从目前的趋势来看,利用机载光电系统探测隐身飞机,然后红外成像制导导弹攻击,可能会成为四代作战飞机一个主要的手段,美国空军已经计划发展AIM-9X-BLOCK3改进型,它采用更大的固体火箭发动机,射程更远,配备有双向数据链,可以接收载机的目标指示,F-35利用机载分布式光学系统探测目标,可以在更远的距离上攻击第四代隐身战斗机,甚至具备了一定的超视距能力,这个趋势值得我们关注。

有矛必有盾,红外成像制导系统发展的同时,有关国家也在发展它的对抗手段,由于红外成像制导系统可以利用目标热辐射来绘制目标外形,然后进行相应的信息处理,这样的话传统的闪光弹、照明弹就失去了干扰效能,人们开始寻找其他对抗手段,这就是激光定向干扰,我们知道红外成像制导系统需要持续不断的对进行跟踪,以便进行了成像和制导,这样就为激光定向干扰创造了机会,激光最大的特点就是高强度、发散角小,可以在能量集中很小的一个区域之内,这样的话就可以精确的干扰、压制远距离上的光电探测系统。

激光定向干扰红外成像制导武器的原理,当激光束照射到红外成像系统上面的时候,激光的能量会导致元件的温度的上升,这样就会造成系统温度的升高,初始电量提供信号电荷的额外电荷增加,同时系统各种噪声也迅速增加,从而降低系统的信号噪声比,降低它的信号提取能力,这样的话输出的图像质量也会随之下降,当系统达到饱和阀值的时候,就会造成系统敏感元件的失灵,从而让制导系统完全失去作用,当激光能量持续增加,还有可能造成造成系统元件的永久性损坏,如激光能量击穿红外器件、烧熔一些元件等。根据国内外相关机构均进行过激光定向干扰红外成像制导系统的试验,从相关试验的结果来看,采用激光定向红外干扰系统,可以让红外成像制导空空导弹的命中概率从80%以上降低到10%以下,甚至可以降低到5%左右,可以谓效果显著。

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 激光定向干扰可以显著降低红外成像制导系统的效能


不过激光定向干扰系统也有自己的缺点,那就是激光在大气层之中的传播能力受到限制,我们知道激光的波长极短,因此即使是细小的灰尘也会阻拦它的前进,这样激光在大气传播的时候,许多能量就被吸收转化成了其他能量,因此它的传播距离就显著下降,现代红外成像制导采用的是波门跟踪模式,它起到空间滤波的作用,因此要求激光束尽可能的落在波门之内,并且要大于目标亮度,才能达到最好的效果,这些都增加了系统对于能量的需要,但是目前作战飞机能够提供的能量供应还比较有限,所以现在激光定向干扰系统的干扰距离,特别是在恶劣气候条件下的干扰距离比较有限。

美国在上世纪90年代就开始研制激光定向干扰系统,这就是我们熟悉的AN/AAQ-24红外干扰系统,系统包括:导弹发射告警分系统、信息处理分系统、成套对抗设备。导弹发射告警分系统配有光电传感器,可对导弹探测和跟踪;信息处理分系统可判别导弹的类型和确定摧毁的优先级。系统首次在对抗设备中加入激光设备,这种激光设备可用激光束摧毁导弹红外制导头上的光电探测器。该对抗系统能够探测10千米以内、任何方向发射导弹的情况,跟踪精确制导导弹,识别目标,以及选择有效的对抗设备并下达使用指令。由于该系统性能较好,已经装备在多种飞机上面。

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 采用分布式光电系统的F-35


目前美国已经装备了更先进的激光对抗系统,那就是F-35的分布式光电系统,该系统构成与其他战斗机上安装的反导系统类似,包括安装在战斗机上的4个或更多热敏传感器与1部处理传感器采集数据的计算机。通过该系统,F-35可快速判断出导弹目标,自动发射干扰激光,使导弹偏离目标。

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 俄罗斯的101KS-O还是转塔式,对于飞机隐身有一定的影响


至于此次俄罗斯配备101KS-O激光定向红外成像干扰系统,笔者注意到它独立于机身之外,采用了AN/AAQ-24的转塔结构,这样的好处是对于数据处理系统要求比较简单,但是缺点就是转塔需要机械转动结构,体积和重量增加,可靠性下降,同时对反应能力有所影响,在机身下面还有一定的死角,需要在机背增加一个转塔来实现全向的覆盖,这样的话飞机表面鼓包增多,对于飞机的隐身性能会造成一定的影响,这也反映了美俄两国在飞机总体设计、光电系统、机载设备等方面的差距。

我国也已经开始了激光定向干扰方面的研究,相关部门进行了原理方面的探索,并进行相关的试验,预计不久我们就会看到国产激光定向干扰系统,从机载系统来看,笔者注意到歼-20采用的是与F-35类似的分布式光电孔径设计,因此可能会象F-35那样,把激光定向干扰集成到光电系统当中,从而提高飞机的光电对抗能力,又避免对于飞机隐身性能有较大的影响。

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我国歼-20可能采用了分布式光电系统

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参考资料:

1、

2、激光对红外成像制导系统干扰效能研究

3、美国的直升机载红外干扰系统

4、本文配图来源于网上,权利归原作者所有

 

       

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