成像式紅外誘餌彈技術(shù)的發(fā)展*

吳 濤 陳 磊

(東北電子技術(shù)研究所 錦州 121000)

1 引言

紅外誘餌彈是可產(chǎn)生強(qiáng)烈紅外輻射以誘騙敵方紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈脫離真實(shí)目標(biāo)而跟蹤紅外輻射源假目標(biāo)的有源光電干擾設(shè)備,是艦艇電子戰(zhàn)系統(tǒng)的組成部分。按紅外特性模擬情況,分為點(diǎn)源式紅外誘餌彈和成像式紅外誘餌彈兩類(lèi)。點(diǎn)源式可形成點(diǎn)紅外誘餌假目標(biāo),對(duì)付非成像紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈較有效。成像式可模擬艦船各紅外輻射波段的特性和艦船運(yùn)動(dòng)特征,用來(lái)誘騙成像式紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈。本文就成像式紅外誘餌、發(fā)展動(dòng)向、發(fā)展分析等,作進(jìn)一步的研究和探討[1]。

2 成像式紅外誘餌

成像式紅外誘餌彈的紅外輻射應(yīng)在紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈導(dǎo)引頭的工作波段(1～5μ m 或8～ 14μ m)上與被保護(hù)目標(biāo)有相似的光譜分布,并且其有效輻射強(qiáng)度通常為被保護(hù)目標(biāo)的5～7倍或更大。起燃時(shí)間通常為0.5s或更短。燃燒持續(xù)時(shí)間是指誘餌彈保持額定紅外輻射強(qiáng)度的時(shí)間,燃燒持續(xù)時(shí)間應(yīng)大于被保護(hù)目標(biāo)(飛機(jī)、艦艇)逸出導(dǎo)彈導(dǎo)引頭視場(chǎng)并在導(dǎo)彈命中誘餌彈時(shí)具有安全脫靶所需的時(shí)間。飛機(jī)用的紅外誘餌彈燃燒時(shí)間較短,通常為8～12s。艦艇用的紅外誘餌彈燃燒時(shí)間較長(zhǎng),約為40s～1min。有的艦用紅外誘餌彈配有降落傘或漂浮裝置,以保障有足夠的燃燒時(shí)間[2]。

2.1 主要技術(shù)特性

根據(jù)紅外成像制導(dǎo)導(dǎo)彈的干擾原理,成像式紅外誘餌應(yīng)該滿(mǎn)足以下要求:

1)光譜特性。紅外誘餌所發(fā)射的紅外光譜要與被保護(hù)目標(biāo)的紅外光譜相似,即紅外誘餌的輻射波長(zhǎng)應(yīng)與探測(cè)器的工作波長(zhǎng)相匹配,紅外誘餌的輻射能量要足夠強(qiáng)。

光譜輻射亮度是在該方向上的單位投影面積向單位立體角發(fā)射的輻射功率。

式中,L 為光譜輻射亮度(W?m-2?sr-1);Δ Aθ為單位投影面積(m2);Δ P為光譜輻射功率(W);ΔΩ為單位立體角(sr)。

2)輻射對(duì)比度。紅外成像制導(dǎo)導(dǎo)彈導(dǎo)引頭能夠區(qū)分目標(biāo)和紅外誘餌,探測(cè)的是目標(biāo)和紅外誘餌的輻射對(duì)比度。紅外輻射對(duì)比度用輻射強(qiáng)度表示為:

式中,CR為目標(biāo)和背景之間的對(duì)比度;CT、CB分別表示目標(biāo)和背景單位面積上的輻射功率。

如果改變紅外誘餌的紅外輻射特性,減少目標(biāo)和紅外誘餌的對(duì)比度,就可以使被動(dòng)式紅外成像導(dǎo)引頭受到干擾,使紅外成像制導(dǎo)導(dǎo)彈難以分辨目標(biāo)和紅外誘餌。

3)輻射時(shí)間特性。為了對(duì)紅外成像制導(dǎo)導(dǎo)彈實(shí)行有效干擾,紅外誘餌必須與被保護(hù)目標(biāo)同時(shí)出現(xiàn)在來(lái)襲紅外導(dǎo)彈尋的器的視場(chǎng)內(nèi),并保持足夠時(shí)間,以保證被保護(hù)目標(biāo)能順利離開(kāi)紅外成像制導(dǎo)導(dǎo)彈的導(dǎo)引頭視場(chǎng)。

4)輻射面積特性。紅外誘餌有有效輻射區(qū)域,其面積要足夠大,而且要與目標(biāo)圖像部分融合,這樣使得紅外成像制導(dǎo)系統(tǒng)波門(mén)擴(kuò)大,其質(zhì)心坐標(biāo)與目標(biāo)真實(shí)質(zhì)心之間造成較大偏離,或者由于目標(biāo)紅外輻射分布被嚴(yán)重破壞,使制導(dǎo)系統(tǒng)無(wú)法識(shí)別目標(biāo),從而無(wú)法進(jìn)入跟蹤狀態(tài),或者只能進(jìn)入預(yù)測(cè)跟蹤狀態(tài)。

2.2 性能分析

成像式紅外誘餌彈主要采用液體彈藥(碳?xì)浠衔锘蚋鼜?fù)雜的化學(xué)制品)和固體彈藥(Mg/PTFE材料、金屬燃料和磷的水合氧化物等),由投放器從軍用飛機(jī)、艦船、裝甲車(chē)輛投射到距軍用飛機(jī)、艦船、裝甲車(chē)輛一定距離和方向的空中,經(jīng)點(diǎn)燃迅速燃燒產(chǎn)生強(qiáng)烈的紅外輻射源,形成紅外假目標(biāo)。

例如,凝固油料類(lèi)誘餌可產(chǎn)生CO、CO2、H2O等物質(zhì),并發(fā)射紅外輻射。CO2輻射的主要紅外光譜帶是 2.65～ 2.80μ m 、4.15 ～ 4.45μ m、13.0 ～17.0μ m。H2O紅外輻射的主要譜帶是 2.55～2.84μ m 、5.6～ 7.6μ m 、12 ～ 30μ m 。

凝固油料類(lèi)誘餌與艦艇等武器裝備的發(fā)動(dòng)機(jī)燃料燃燒所發(fā)射的紅外光譜相近,所以能較好地模擬目標(biāo)熱輻射性質(zhì)。

燃料的燃燒率m為:

式中,ρf為燃料粒子的密度;s為燃燒的表面積;r為燃燒表明的線(xiàn)性衰退率,它可以由下式求得:

r=aPn(4)其中,P為周?chē)髿獾膲簭?qiáng);n是經(jīng)驗(yàn)常數(shù),與樣品的燃燒率相關(guān),通常小于1;a也是經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。

由于運(yùn)行中的誘餌其表面積所受到的滯止壓強(qiáng)比大氣壓強(qiáng) P多出一項(xiàng)(ραυ2)/2(ρα為大氣密度,υ為誘餌運(yùn)動(dòng)速度),所以,其燃燒速率略有增加,這一點(diǎn)已被風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)所證實(shí)。

2.3 誘餌彈

成像式紅外誘餌彈主要采用液體彈藥(碳?xì)浠衔锘蚋鼜?fù)雜的化學(xué)制品)和固體彈藥(Mg/PTFE材料、金屬燃料和磷的水合氧化物等),由投放器從艦船投射到距艦船一定距離和方向的空中,經(jīng)點(diǎn)燃迅速燃燒產(chǎn)生強(qiáng)烈的紅外輻射源,形成紅外假目標(biāo)。紅外誘餌彈在空中的布放方式有單發(fā)式和多發(fā)式兩種。由于在紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈尋的器視場(chǎng)內(nèi),紅外誘餌彈的輻射強(qiáng)度比艦船目標(biāo)的輻射強(qiáng)度大得多,因而能逐漸誘騙紅外尋的器偏離目標(biāo)而最終跟蹤誘餌彈,從而達(dá)到誘騙目的。

例如:1)美國(guó)MJU系列紅外誘餌彈。該系列誘餌彈是美國(guó)為戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)研制可對(duì)抗先進(jìn)紅外導(dǎo)彈的新型紅外誘餌彈;2)AD-7紅外誘餌彈。馬可尼宇航公司為美國(guó)空運(yùn)司令部研制AD-7紅外誘餌彈,是一種多頻譜誘餌彈,采用了特殊的復(fù)合材料,可針對(duì)特定的威脅而在選定的頻譜區(qū)燃燒;3)德國(guó)“巨人”(DM19)/Mk245。德國(guó)巴克?韋爾克公司(Buck Werk)紅外誘惑彈可與北約“海蚊”(Sea Gnat)兼容,現(xiàn)有美國(guó)名稱(chēng)Mk245 Mod。它按順序和按各自設(shè)定的時(shí)間間隔(間隔時(shí)間可達(dá)20s),將5枚發(fā)射炮推進(jìn)的紅外彈,發(fā)射到敵方確定的距離上,使尋的器離開(kāi)目標(biāo)艦;4)瑞典BOL先進(jìn)誘餌投放器。BOL系統(tǒng),使用了成像式干擾模式的MJU-52/B紅外誘餌。此誘餌由紅外誘餌巨頭金屬表面公司研發(fā)生產(chǎn)。在投放時(shí),誘餌的封裝帶被剝開(kāi);進(jìn)入氣流后,封裝片在氣動(dòng)阻力下分開(kāi)并將發(fā)光材料施放出來(lái);MJU-52/B的自燃發(fā)光材料在氣動(dòng)加熱下開(kāi)始燃燒并驅(qū)動(dòng)煙火料在空氣中急劇擴(kuò)散成云霧狀,云團(tuán)燃燒和羽煙產(chǎn)生了大面積、寬光譜的成像式紅外干擾,將飛機(jī)的紅外輻射信號(hào)遮擋住或疊加在一起。

3 發(fā)展動(dòng)向

1)以色列海軍訂購(gòu)“術(shù)士”誘餌以提升水面艦艇的反導(dǎo)防御能力。英國(guó)《簡(jiǎn)氏國(guó)際防務(wù)評(píng)論》2008年3月1日刊報(bào)道:以色列海軍已選定拉法爾公司的“寬頻打擊反雷達(dá)誘餌”(Wizard,“術(shù)士”),來(lái)升級(jí)其水面主戰(zhàn)艦艇的反導(dǎo)彈防御能力[3]。

目前正在利用現(xiàn)有的Elbit/Deseaver誘餌發(fā)射架,為以色列海軍的“雷謝夫”(薩爾4)和“海茲”(薩爾4.5)級(jí)巡邏艇、“埃拉特”(薩爾5)輕護(hù)艦裝備“術(shù)士”角反射器誘餌。

老式的發(fā)射架可自動(dòng)識(shí)別誘餌類(lèi)型,將繼續(xù)安裝一些箔條火箭和紅外誘餌彈,但是新訂購(gòu)的“術(shù)士”有助于艦艇防御有箔條識(shí)別能力的雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈。

以色列已選擇115mm×920mm“長(zhǎng)型術(shù)士”版箭載誘餌系統(tǒng),它有兩套角反射器,針對(duì)來(lái)襲導(dǎo)彈威脅,可提供良好持續(xù)的雷達(dá)引誘。此外,含單個(gè)反射器的“短型術(shù)士”直徑保持不變,但長(zhǎng)度更短,更輕便,可適應(yīng)老式的發(fā)射器。這兩種“術(shù)士”誘餌采用同樣的方式封裝在穩(wěn)定翼固體推進(jìn)火箭內(nèi)。火箭被發(fā)射到預(yù)定高度(由發(fā)射艦艇決定)和距離上(可實(shí)時(shí)編程)之后,誘餌被展開(kāi),漂浮在空中,直到落到海面上。從最高點(diǎn)落下最多需要200s,而通常發(fā)射角為45°,誘餌處在海面以上100m的情況下,將耗時(shí) 40s。

由于有各種反射面,這種誘餌能以“分心”或者“誘惑”模式工作,勝過(guò)通常的尋找火焰、閃光和偏振的箔條識(shí)別算法。

2)“納爾卡”反導(dǎo)誘餌系統(tǒng)在第100艘美國(guó)海軍艦船上安裝。BAE系統(tǒng)公司網(wǎng)2008年11月18日?qǐng)?bào)道:BAE系統(tǒng)公司日前宣布,其“納爾卡”反導(dǎo)誘餌系統(tǒng)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了另一個(gè)重大節(jié)點(diǎn),實(shí)現(xiàn)了在第100艘美國(guó)海軍艦船上的安裝。美國(guó)海軍“希金斯”號(hào)驅(qū)逐艦(DDG-76)是第100艘安裝這種反導(dǎo)誘餌的艦船。

“納爾卡”是一種火箭推進(jìn)的主動(dòng)誘餌,用于引誘反艦導(dǎo)彈。這種誘餌最初由澳大利亞提出,在美國(guó)和澳大利亞合作項(xiàng)目中開(kāi)發(fā),它為艦船提供一種很有效的全天候防御反艦導(dǎo)彈的能力,同時(shí)引入了懸浮火箭、自主系統(tǒng)和電子技術(shù)。

BAE系統(tǒng)公司是“納爾卡”反導(dǎo)誘餌系統(tǒng)合同的主合同商,負(fù)責(zé)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成。兩家美國(guó)子承包商洛?馬公司和Aerojet公司分別生產(chǎn)了電子戰(zhàn)有效載荷和火箭發(fā)動(dòng)機(jī)。

目前,已經(jīng)有約800套“納爾卡”系統(tǒng)交付澳大利亞、美國(guó)和加拿大海軍,安裝在120艘水面艦船上,并計(jì)劃安裝在未來(lái)艦船上。

3)Symetrics工業(yè)公司為美空軍提供干擾彈布撒系統(tǒng)。美國(guó)《軍事與航空航天電子學(xué)》網(wǎng)站2009年5月22日?qǐng)?bào)道:美國(guó)Symetrics工業(yè)公司獲得了一份價(jià)值350萬(wàn)美元的訂單,將為美國(guó)空軍提供AN/ALE-47干擾彈布撒系統(tǒng)(Countermeasures Dispenser System,CMDS)。根據(jù)一份為期5年的合同,這是該公司的第20次交付。迄今為止,該公司已經(jīng)交付了9200套配件,比合同進(jìn)度有所提前,總價(jià)值接近2800萬(wàn)美元。

AN/ALE-47 CMDS是一種電子干擾自動(dòng)防御套件,能夠布撒金屬箔條或者誘餌彈,增強(qiáng)了作戰(zhàn)飛機(jī)在地對(duì)空和空對(duì)空導(dǎo)彈威脅下的全天候生存能力。

該系統(tǒng)幾乎可以集成到任何機(jī)型上,根據(jù)機(jī)組人員指定的計(jì)劃,采用一種集成可重新編程計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)來(lái)布撒假目標(biāo)/誘餌彈,對(duì)威脅進(jìn)行電子和紅外干擾,從而提高飛機(jī)的生存能力。

4)ATK發(fā)射系統(tǒng)公司為美空軍提供紅外干擾彈。美國(guó)《國(guó)防工業(yè)日?qǐng)?bào)》2009年8月26日?qǐng)?bào)道:美國(guó)ATK發(fā)射系統(tǒng)(ATK Launch Systems)公司收到了一份價(jià)值4900萬(wàn)美元的修訂合同,將為美國(guó)空軍提供MJU-62/B型干擾彈。這種干擾彈能夠?yàn)轱w機(jī)提供紅外對(duì)抗措施,免遭熱尋的導(dǎo)彈打擊。

MJU-62/B型干擾彈是一種基于硼的紅外干擾裝置,由一個(gè)1×2×8in的鋁盒、塑料后蓋、毛氈墊圈、保險(xiǎn)和起爆裝置、塑料活塞、以及燃燒顆粒組成。該裝置可以在空中由一個(gè)BBU-36/B型脈沖彈布撒和點(diǎn)燃。MJU-62/B型干擾彈用于AN/ALE-40型對(duì)抗布撒系統(tǒng)。據(jù)美國(guó)科學(xué)家聯(lián)盟稱(chēng),AN/ALE-40布撒系統(tǒng)能夠?yàn)槎喾N飛機(jī)平臺(tái)提供消耗式對(duì)抗材料的存儲(chǔ)和布撒。利用該系統(tǒng),飛行員可以針對(duì)威脅的類(lèi)型釋放金屬箔條或干擾彈,以干擾導(dǎo)彈對(duì)飛機(jī)的自動(dòng)尋的。

金屬箔條看上去就像數(shù)百萬(wàn)根細(xì)小的鋁箔,每一根都被裁減至適當(dāng)?shù)拈L(zhǎng)度,可以匹配各種雷達(dá)波長(zhǎng)。用金屬箔條對(duì)抗雷達(dá)的做法早在二戰(zhàn)就已經(jīng)被采用,該方法至今仍然對(duì)各種雷達(dá)威脅有效。干擾彈主要用于使導(dǎo)彈的紅外跟蹤裝置失效。

5)瑞典直升機(jī)裝備高效雙頻紅外誘餌自保護(hù)系統(tǒng)。英國(guó)《防務(wù)系統(tǒng)日刊》2007年5月28日?qǐng)?bào)道:瑞典國(guó)防器材局(FMV)授予萊茵金屬集團(tuán)(RWM)為瑞典空軍直升機(jī)提供高效雙頻紅外誘餌(BIRDIE)118飛機(jī)誘餌。這些誘餌將在2007年年內(nèi)交付并用于未來(lái)的全球行動(dòng)中。

BIRDIE誘餌是萊茵金屬公司開(kāi)發(fā)的專(zhuān)利產(chǎn)品,它可為直升機(jī)提供對(duì)抗先進(jìn)紅外制導(dǎo)地空導(dǎo)彈和空空導(dǎo)彈的能力,還可以有效地對(duì)抗便攜式防空系統(tǒng)(MANPADS)的攻擊。

該誘餌可通過(guò)北約任何的1×1in標(biāo)準(zhǔn)干擾發(fā)射系統(tǒng)發(fā)射。經(jīng)北約各國(guó)使用證實(shí),該系統(tǒng)可以有效地對(duì)抗先進(jìn)導(dǎo)彈。

6)印度自行研發(fā)機(jī)載紅外誘餌曳光彈。印度《印度防務(wù)在線(xiàn)》網(wǎng)站2009年8月 31日?qǐng)?bào)道:印度目前正在自行研發(fā)一種保護(hù)飛機(jī)免遭熱尋的導(dǎo)彈攻擊的紅外誘餌。

據(jù)報(bào)道,該型誘餌由印度國(guó)防研究發(fā)展組織(Defence and Research Development Organisation,DRDO)下屬的高能材料研究實(shí)驗(yàn)室(High Energy Materials Research Laboratory,HEMRL)負(fù)責(zé)研發(fā)。這種紅外誘餌在戰(zhàn)斗狀態(tài)下可發(fā)出與被保護(hù)飛機(jī)相似的紅外輻射信號(hào),迷惑敵方導(dǎo)彈的熱尋的導(dǎo)引頭從而保護(hù)飛機(jī)免遭攻擊。

HEM RL官員表示,該型誘餌是根據(jù)印度空軍2005年提出的相關(guān)要求而研制的。當(dāng)時(shí)考慮到進(jìn)口的紅外誘餌價(jià)格昂貴,因而決定自行研發(fā)同類(lèi)產(chǎn)品。目前印度自行研發(fā)的這種紅外誘餌在性能上要優(yōu)于同代的其它產(chǎn)品。

HEM RL官員同時(shí)還透露,該型紅外誘餌已于2009年1月完成了地面狀態(tài)下的驗(yàn)證測(cè)試,目前正在進(jìn)行另一項(xiàng)重要測(cè)試以確保誘餌彈在電磁環(huán)境下不會(huì)自行觸發(fā)。此外,他們還準(zhǔn)備了150余套誘餌用于在各種極端環(huán)境條件下的進(jìn)一步測(cè)試。

4 發(fā)展分析

目前,先進(jìn)紅外尋的器具有了一定的反對(duì)抗能力,可以區(qū)分傳統(tǒng)紅外誘餌彈和目標(biāo),其區(qū)分依據(jù)主要有[4]:1)頻譜差異。例如噴氣式飛機(jī)的紅外輻射來(lái)自于發(fā)動(dòng)機(jī)尾焰、尾噴管和蒙皮生熱等,而傳統(tǒng)紅外誘餌彈是以單一的溫度燃燒。對(duì)此,采用雙波段紅外傳感器或紅外/紫外傳感器的尋的器可以予以區(qū)分。2)信號(hào)的時(shí)域變化。當(dāng)誘餌彈出現(xiàn)時(shí),尋的器可在視場(chǎng)內(nèi)檢測(cè)到信號(hào)強(qiáng)度迅速增加。3)氣動(dòng)運(yùn)動(dòng)差異。傳統(tǒng)誘餌彈具有較快的氣動(dòng)減速,并會(huì)在重力作用下緩慢下降,真正的目標(biāo)則繼續(xù)水平直線(xiàn)飛行或進(jìn)行規(guī)避機(jī)動(dòng)。

為了有效地對(duì)抗先進(jìn)的紅外導(dǎo)彈,要求紅外誘餌彈能更逼真地模擬目標(biāo),其發(fā)展方向是彌補(bǔ)紅外誘餌彈與目標(biāo)在上述三個(gè)方面的差異:

1)改進(jìn)紅外誘餌彈現(xiàn)用材料或開(kāi)發(fā)新材料,使誘餌彈的頻譜特性接近飛機(jī)的頻譜特性,比如利用復(fù)合燃燒劑實(shí)現(xiàn)以?xún)蓚€(gè)或兩個(gè)以上的溫度燃燒,這種“冷-熱”式誘餌彈無(wú)疑可以更加有效地誘騙紅外尋的器。

2)控制紅外誘餌彈的點(diǎn)燃和初始燃燒過(guò)程,以干擾紅外尋的器對(duì)上升時(shí)間的判斷。

3)為紅外誘餌彈加裝發(fā)動(dòng)機(jī)或采用載機(jī)拖曳誘餌彈的方法,使誘餌彈的運(yùn)動(dòng)能接近于載機(jī)的運(yùn)動(dòng)。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著多光譜技術(shù)、紅外成像技術(shù)、新型目標(biāo)識(shí)別等技術(shù)的不斷研制和開(kāi)發(fā),大載荷、大面積、高效能、寬光譜、抗識(shí)別的成像式紅外誘餌日趨完善。成像式紅外誘餌與其它對(duì)抗手段相結(jié)合,構(gòu)成一體化復(fù)合光電對(duì)抗系統(tǒng)。在未來(lái)現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)和局部戰(zhàn)爭(zhēng)中,適時(shí)運(yùn)用成像式紅外誘餌干擾技術(shù),對(duì)抗紅外成像制導(dǎo)武器的襲擊,就能夠有效地保護(hù)自身目標(biāo)的安全[5]。

[1]喬亞.紅外成像制導(dǎo)對(duì)抗技術(shù)研究[J].激光與紅外,2005(12):9～12

[2]王馨.面源紅外誘餌技術(shù)特性及材料組分研究[J].光電技術(shù)應(yīng)用,2007(3):11～13

[3]高勇,時(shí)家明,汪家春.紅外對(duì)抗與新型紅外誘餌[J].艦船電子對(duì)抗,2001(1):22～24

[4]印度自行研發(fā)機(jī)載紅外誘餌曳光彈[EB/OL].每日防務(wù)快訊網(wǎng),2009-09-14

[5]蔣耀庭,孫曉明.紅外誘餌技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].紅外技術(shù),2001(5):26～30