趙向東，張志明，劉純

(1.總裝北京軍事代表局駐北京地區(qū)軍事代表室,北京 100854; 2.中國人民解放軍95948部隊,甘肅 酒泉 732750)

0 引言

對于低空突防的轟炸機、殲擊機、直升機等空襲作戰(zhàn)平臺而言，采用紅外尋的導(dǎo)引頭的防空導(dǎo)彈是其主要威脅之一。為了有效防范此類武器的攻擊，空襲作戰(zhàn)平臺普遍采用了紅外對抗技術(shù)，主要包括2種方式：一種是通過改變或降低平臺紅外輻射強度與特性，從而降低導(dǎo)彈紅外導(dǎo)引頭對載機目標(biāo)的探測威力[1]；另一種是采用針對性的紅外干擾措施，實現(xiàn)對紅外導(dǎo)引頭的誘偏或干擾拖引[2]。目前，這2種紅外對抗技術(shù)的實現(xiàn)途徑有3類：載機紅外隱身設(shè)計，裝備紅外誘餌曳光彈，裝備欺騙式/壓制式定向紅外干擾機。這3類技術(shù)的應(yīng)用對紅外尋的防空導(dǎo)彈作戰(zhàn)效能影響極大，有必要對其進行深入研究。

1 空襲平臺紅外隱身技術(shù)對紅外尋的防空導(dǎo)彈的影響

空襲作戰(zhàn)平臺的紅外隱身技術(shù)，本質(zhì)上是通過降低或改變自身的紅外輻射特征,實現(xiàn)低可探測性的目的[3]。其對紅外尋的防空導(dǎo)彈的影響主要體現(xiàn)在探測距離上。

1.1 空襲平臺紅外隱身的作用機理

實現(xiàn)紅外隱身有多種技術(shù)途徑，最根本的是要降低自身紅外輻射強度。紅外輻射強度由斯蒂芬-玻爾茲曼定律決定[4]。其公式為

P=εσT4,

(1)

式中：P為物體在溫度T時的全光譜輻射強度；ε為物體的發(fā)射率；T為物體絕對溫度；σ為玻爾茲曼常數(shù)。

可以看出，無論是降低物體絕對溫度，還是降低物體的紅外頻譜發(fā)射率，都能夠?qū)崿F(xiàn)降低物體紅外輻射能量。

對于處于某一紅外波段內(nèi)的空襲平臺而言，紅外導(dǎo)引頭對其最大發(fā)現(xiàn)距離為

R= (Iτa)1/2[π/2D0(NA)τ0]1/2D·

[1/(ωΔf)1/2(Vs/Vn)1/2],

(2)

式中：I為某一波段范圍內(nèi)的輻射強度；τa為大氣透過率；D0為光學(xué)系統(tǒng)接收孔徑；NA為光學(xué)系統(tǒng)孔徑值；τ0光學(xué)系統(tǒng)透過率；D*為探測器探測率；ω為瞬時視場；Δf為系統(tǒng)帶寬；Vs為信號電平;Vn為噪聲電平。

目前，第3，4代作戰(zhàn)飛機紅外隱身技術(shù)主要針對式(2)中的第1項開展工作，即:降低目標(biāo)紅外輻射強度(熱抑制技術(shù))；改變目標(biāo)表面各處的輻射率分布(紅外背景融合技術(shù))；調(diào)節(jié)紅外輻射傳播途徑(光譜轉(zhuǎn)換技術(shù))[5]。幾種典型作戰(zhàn)飛機的紅外隱身技術(shù)如表1所示。

1.2 對紅外尋的防空導(dǎo)彈探測距離的影響

假設(shè)在同等外部環(huán)境約束條件下，空襲平臺均可被防空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭觀測，未采用紅外對抗措施時，空襲作戰(zhàn)平臺輻射的能量為P1，發(fā)射率ε1，絕對溫度為T1，最大探測距離為R1；采用紅外措施后，空襲作戰(zhàn)平臺輻射的能量為P2，發(fā)射率ε2，絕對溫度為T2，最大探測距離為R2，則由斯蒂芬-玻爾茲曼定律有

P2=P1(ε2/ε1)(T2/T1)4.

(3)

對防空導(dǎo)彈而言，對空襲平臺的觀測點是一致的，因而點源目標(biāo)在立體角內(nèi)均勻輻射能量是一樣的，由式(3)有

I2=I1(ε2/ε1)(T2/T1)4. (4)

將式(4)代入式(2)，有

R2=R1(ε2/ε1)1/2(T2/T1)2.

(5)

由于ε2/ε1和T2/T1項均小于1，從式(5)可以看出：空襲平臺采用紅外隱身措施后，紅外尋的防空導(dǎo)彈最大探測距離僅為原來指標(biāo)值的(ε2/ε1)1/2·(T2/T1)2倍，導(dǎo)致防空導(dǎo)彈在作戰(zhàn)中的實際殺傷區(qū)比理論殺傷區(qū)縮小，目標(biāo)視線角速度變化大，攔截射擊難度增大。

2 空襲作戰(zhàn)平臺紅外干擾對紅外尋的防空導(dǎo)彈的影響

2.1 紅外誘餌曳光彈

(1) 紅外誘餌曳光彈干擾作用機理

目前，西方國家使用的干擾彈波長都在1～3，3～5 μm 2個波段范圍內(nèi)。大多數(shù)紅外誘餌曳光彈都是利用煙火材料燃燒形成強化學(xué)輻射源，具有黑體或近似灰體輻射特性[6]。為方便原理描述，將空襲平臺、干擾彈、背景都簡化為絕對黑體。普朗克公式給出了絕對黑體輻射光譜分布，可表示為

Mbλ=(C2/λ5)[1/(eC2/λT-1)]，

(6)

(7)

式中：Mbλ為絕對黑體光譜輻射通量；C1，C2為輻射常數(shù)；T為絕對溫度；λ為波長；k為波長λ1的空襲平臺等效黑體與波長為λ2干擾彈等效黑體的輻射比。

從式(7)可以看出，黑體在2個波段上的輻射比值與輻射能量密度有關(guān)，干擾彈絕對溫度越高時干擾效率越高，在同等溫度條件下，干擾彈波長的變化速度越小則干擾效率越高。當(dāng)k等于或接近于0時，干擾彈輻射能量接近于無窮大，空襲平臺將完全遮掩于干擾彈的輻射能量中；當(dāng)k等于或接近于1時，空襲平臺與干擾彈的輻射能量相當(dāng)，導(dǎo)引頭無法區(qū)分空襲平臺與干擾彈，只能對準(zhǔn)兩者的等效能量中心[7]。

(2) 紅外誘餌曳光彈對紅外尋的防空導(dǎo)彈跟蹤探測的影響

經(jīng)實驗室測定，紅外誘餌干擾彈火焰溫度在2 000～2 200 K之間，光譜輻射的最大波長在1.4～20 μm之間，其輻射強度要比目標(biāo)機輻射強度大2倍以上，能夠?qū)找u平臺提供良好的紅外遮蔽效果。當(dāng)紅外干擾彈與目標(biāo)機都處于防空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭同一視場范圍內(nèi)時，導(dǎo)引頭跟蹤的是干擾彈與空襲平臺兩者的等效輻射中心[8]。由于干擾彈輻射能量大于載機輻射能量，導(dǎo)引頭視場等效中心偏離載機越來越大，最終空襲平臺脫離導(dǎo)引頭視場，導(dǎo)致導(dǎo)引頭跟蹤紅外干擾彈。當(dāng)多枚干擾彈同時連續(xù)發(fā)射時，相當(dāng)于輻射比k等于或接近于0時的情況，紅外導(dǎo)引頭將無法實現(xiàn)對空襲平臺的探測跟蹤。

2.2 定向紅外干擾機

(1) 定向紅外干擾機作用機理

定向紅外干擾機的基本功能是將紅外干擾能量集中到狹窄的光束中，當(dāng)導(dǎo)彈逼近時，將光束射向?qū)椀募t外導(dǎo)引頭，采用各種干擾程序和“迷惑”調(diào)制使導(dǎo)引頭工作混亂，無法鎖定目標(biāo)而脫靶[9]。

定向紅外干擾機分為欺騙式定向紅外干擾機和壓制式定向紅外干擾機[10]，通常采用頻率調(diào)制和能量調(diào)制2種方式。這種經(jīng)調(diào)制后的波束在本質(zhì)上與紅外干擾彈干擾作用機理相類似。由于干擾機在空襲平臺上，黑體輻射溫度相當(dāng)，因此根據(jù)普朗克公式，對式(7)進行簡化有

(8)

式中:N=[(eC2/λ2T2-1)/(eC2/λ1T1-1)]；Mbλ1為空襲平臺的黑體光譜輻射通量；Mbλ2為干擾等效黑體光譜輻射通量。

1) 頻率調(diào)制作用機理

若T1=T2，則N=[(eC2/λ2T2-1)/(eC2/λ1T1-1)]為一常數(shù)，從式(8)中可以看出：當(dāng)干擾機調(diào)制光λ2輻射波束，使得k小于1時，由于Mbλ2大于Mbλ1，使得疊加輻射源等效能量中心向干擾機等效能量點偏移，實現(xiàn)拉偏拖引；隨著導(dǎo)彈的逼近，干擾機對準(zhǔn)導(dǎo)彈時與空襲平臺的角度也在變大，拉偏拖引距離也越來越大。干擾機的這種欺騙對裝有觸發(fā)引信的導(dǎo)彈干擾效果最好，對裝有近炸引信的導(dǎo)彈只要拉偏拖引的距離大于導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部殺傷區(qū)，也是非常有效的手段。

2) 能量調(diào)制作用機理

在實現(xiàn)頻率調(diào)制的同時，若N不為常數(shù)，即T1≠T2。若定向能量累積使得T2→∞，則N=0，則輻射比k等于或接近于0時，相當(dāng)于多枚干擾彈齊射的效果；若定向能量累積使得λ2T2與λ1T1相當(dāng)，則能夠有效提高頻率調(diào)制的干擾效率；若能量累積使得T2>T1，則(eC2/λ2T2-1)<(eC2/λ1T1-1)，因而輻射比k也相應(yīng)減小了N倍，這就意味著干擾輻射能量增加了N倍，干擾機干擾效率提高了N倍[11]。其拖引干擾原理及效果與欺騙式干擾類似。

(2) 定向紅外干擾機對紅外尋的防空導(dǎo)彈探測跟蹤的影響

(9)

式中：H為導(dǎo)引頭時間常數(shù)；K2為力矩器放大倍數(shù)。

在干擾機對導(dǎo)引頭進行干擾時，導(dǎo)引頭對準(zhǔn)的是干擾源與空襲平臺輻射源二者等效能量中心，即彈目視線角q將偏移Δq，則式(9)可變換為

(10)

與紅外誘餌曳光彈干擾相比，定向紅外干擾機克服了作用時間短、光譜波長和遮蔽能量變化大等缺點，能夠?qū)崿F(xiàn)輻射能量在1～3，3～5,8～14 μm 3個大氣窗口波段內(nèi)選擇性調(diào)制，干擾持續(xù)時間可控，能量作用方式可控，嚴(yán)重降低紅外尋的防空導(dǎo)彈跟蹤制導(dǎo)品質(zhì)。

3 仿真結(jié)果分析

3.1 空襲平臺紅外隱身對紅外尋的防空導(dǎo)彈探測距離的影響分析

根據(jù)第2節(jié)的理論分析，作出紅外尋的防空導(dǎo)彈探測距離變化曲線，如圖1所示。

圖1 隱身前后最大探測距離曲線Fig.1 Curves of maximum detection range before and after stealth

可以看出，空襲作戰(zhàn)平臺實施紅外隱身后，紅外尋的導(dǎo)彈的最大探測距離縮小43%以上，將導(dǎo)致防空導(dǎo)彈殺傷區(qū)減小，實施抗擊作戰(zhàn)的反應(yīng)時間不足，射擊次數(shù)減少，攔截難度大大增加。

3.2 空襲平臺定向紅外干擾機對紅外尋的防空導(dǎo)彈探測跟蹤的影響分析

圖2 視場角偏移Δq增大誘偏距離的曲線Fig.2 Diagram of increasing distance by shifted viewing angles Δq

圖3 干擾造成的視線角速度偏移量影響進動角度的曲線Fig.3 Curve of precession angle influenced by the shifting velocity

4 結(jié)束語

空襲作戰(zhàn)平臺與防空導(dǎo)彈武器是矛與盾的關(guān)系。相比世界主要軍事強國在各類戰(zhàn)機的紅外隱身和紅外干擾技術(shù)取得的進步，國內(nèi)的紅外尋的防空導(dǎo)彈發(fā)展相對滯后。但便攜式導(dǎo)彈等紅外尋的防空兵器依然是防空火力群梯次配置的重要組成部分，在當(dāng)前和將來的反空襲對抗中發(fā)揮著不可或缺的作用。因此，對紅外對抗技術(shù)的作用機理以及作戰(zhàn)影響的分析是非常重要的，它是后續(xù)開展針對性作戰(zhàn)對抗研究和新型防空導(dǎo)彈武器研發(fā)的基礎(chǔ)，需要予以足夠關(guān)注。

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