如何在红外精确制导导弹弹与高炮间取舍

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提示:用户在社区发表的所有资料、言论等仅代表个人观点,与本网站立场无关,不对您构成任何投资建议。用户应基于自己的独立判断,自行决定证券投资并承担相应风险。“硫磺石”导弹的发展及其作战应用
  现代战争主要针对非对称威胁,包括全副武装的恐怖分子、高速快艇、装甲车辆和指挥中心等多种目标。这些威胁正变得越来越分散,机动性越来越好,有的甚至还装备了无源/有源干扰措施,变得越来越难以攻击。因此,迫切需要加强空地精确制导武器的开发,并推进其在现代战争中的应用。英国的“硫磺石”(Brimstone)导弹作为现代空地导弹的典范之作,在最近的几次军事行动中频频亮相,大显身手,赢得了世人的普遍关注。   发展背景   美国在伊拉克和阿富汗以及最近北约在利比亚的作战经验均表明,尽管占有绝对的制空权,但即便是装备了最先进对抗措施的作战飞机也难以忽视高炮和便携式红外制导防空导弹(MANPADS)带来的地面威胁。作战飞机的这一弱点在越南战争和中东战争中首次暴露,在海湾战争中进一步得到证实,此后要求在战机上携载精确制导武器打击地/水面目标的呼声日益高涨。   “硫磺石”最初是以击败前华约组织在东欧部署的大规模装甲部队为目标而设计的。根据海湾战争的经验和教训,英国空军(RAF)认为需要发展一种可由喷气式战机携载发射的反装甲武器,并于1994年发布了“先进反装甲武器”(AAAW)需求,要求发展一种具备全天时全天候作战能力,能够摧毁现役及在可预见的未来出现的所有装甲目标的武器,依靠智能制导实现精确打击,而不是抛撒弹药覆盖整个区域造成大面积附带毁伤。由于现代作战环境中防空武器密集部署,因此要求作战飞机以超声速飞行,从防区外的中低空投放武器。最后,GEC-马可尼雷达与防务系统公司(后并入MBDA公司)以AGM-114“海尔法”空地导弹为基础进行设计,在美国向英国转让生产许可证后,导弹被命名为“硫磺石”,取代BL755集束炸弹,用于满足RAF的远程反装甲武器需求,使作战飞机能够在防区外的安全距离上攻击敌方装甲车辆。   虽然“硫磺石”与“海尔法”采用相同的设计理念,但是它绝不是“海尔法”的改型,两者之间几乎毫无共通之处,因此应将“硫磺石”看作MBDA公司自主研发的一种新型弹药。“硫磺石”是一种极其灵活的导弹,可从战斗机、直升机、轻型装甲车等平台发射,具备齐射能力。利用毫米波雷达导引头确保实现全天候、全天时目标搜索和识别,而不会受到烟雾、灰尘、箔条、曳光弹等遮蔽物的影响。   基型“硫磺石”   “硫磺石”导弹于1996年启动研制,整个开发过程持续了3年时间。1999年8月,在地面发射装置上进行了首次试射。约1年后在“狂风”GR.4战机上进行了首次试射,随后还测试了用来在导弹和发射飞机之间进行数据传输的MIL-STD1760接口。但由于在开发、测试和生产过程中出现了一些技术问题,因此其服役推迟至2005年3月。据称,“硫磺石”导弹的研发费用超过6000万美元,单枚导弹成本约为15~16万美元,其应用不断拓展,目前已用于装备“鹞”GR.7和GR.9,“狂风”GR.4/GR.4A以及“台风”战斗机,而且还用于装备英国外购的“阿帕奇”HAMk1武装直升机。   基型“硫磺石”导弹,弹长1.8米,直径0.178米,重约50千克。1部发射架可挂载3枚“硫磺石”,“狂风”战机设4部挂架,最多可携载12枚导弹。每套“硫磺石”武器系统由1部导轨式发射器和3枚导弹组成,既可单独发射也可齐射。毫米波雷达导引头天线罩位于导弹头部。紧随其后的是串联式战斗部(重6.2千克)、引信和控制设备。弹体后部为固体燃料发动机。“硫磺石”导弹采用固体燃料发动机,飞行速度可达马赫数1.3以上,但最大飞行速度的准确数据迄今仍未公布。   “硫磺石”配备的毫米波雷达导引头工作频率为94吉赫,采用低功率、窄波束、双极化、双视工作模式,信号形式为FMCW,发射采用水平极化,接收采用垂直和水平极化,其典型特点是采用相位修正卡塞格伦天线和基于准光学技术的全极化单脉冲馈电网络。在装备战斗机或无人机时,其最大作用距离大于20千米。如果装备直升机,则缩短至12千米。在导射发射后的一段时间只采用惯性导航系统引导导弹飞向目标,最后1千米才启动毫米波雷达导引头进行搜索,锁定目标后发起攻击。
  “硫磺石”的导引头工作在毫米波高段,可综合利用高分辨率图像和雷达回波的极化特性实现目标实时分类和识别,并通过多普勒处理进行区分,将运动中的装甲目标列为最高优先级目标。在目标搜索阶段,“硫磺石”开启毫米波雷达导引头,对正前方和两侧的区域进行大范围扫描,搜索飞行路径上有无目标,监控接收到的雷达信号,并与存贮器内已知的目标信号特征相比较,之后自动抑制不相匹配的目标(如,卡车、公共汽车和建筑物)回波,并继续搜索和比较,直至识别出有效目标。搜索正前方的地面目标时,导引头会辐射低功率信号。发射功率约为100毫瓦,且采用扩频技术,使其不易被截获。这样,即使装甲目标具有辅助防御设备,也没有机会实施对抗。一旦识别出目标,会立即对目标进行扫描,优化瞄准点,实施致命打击。而且,为安全飞越友军上空,可通过编程使导弹在到达规定航点后停止搜索,或者通过编程使目标搜索局限于安全的攻击区域内,或者仅搜索设定区域内的目标。如果在飞越设定区域时未能发现目标,那么在到达规定的“停止线”时,导弹会停止搜索,实施自杀式摧毁。“硫磺石”导弹虽然从设计上也能用于超视距发射,但通过减小战斗部尺寸(其杀伤半径远小于小直径炸弹)和编程可使其只攻击设定区域,因而可将附带损伤降至最低。   工作在毫米波高段的雷达导引头,不仅能为“硫磺石”实现全天候、全天时目标搜索和识别提供保证,还能提供地形回避能力,使其可从任意高度发射,包括极低的高度。空中发射高度最低仅为45米,最高达13700米,高空发射后导弹以60&角向下俯冲,在距地面150米处改为稳定的巡航/目标搜索。   尽管“硫磺石”导弹在设计上以AGM-114F“海尔法”为基础,但由于采用了毫米波雷达导引头,因此在尺寸、重量、射程等方面与后者非常接近,但从作战能力上看更类似于AGM-114L“长弓海尔法”。其控制系统同样根据“发射后不管”的作战思想研制。而且,为提供更大的灵活性,它还能接收来自其它平台的目标瞄准信息,利用机载雷达或通过另一架飞机或作战单元的数据交接实现目标指示和发射前锁定(LOBL)。为适应特定任务,也能通过编程实现发射后锁定(LOAL)模式。从本质上说,这种能力便于发现特定地区内的目标。例如在对友军进行密集空中支援时,可迅速摧毁友军附近的目标,无需担心伤及友军。如果根据程序采用LOAL交战模式,则导弹在发射后启动搜索,这时毫米波导引头扫描飞行路径正前方和两侧的地面目标。基型导弹可提供2种算法,一个用于对付装甲目标,另一个用于对付防空系统。采用先进的目标识别算法,使武器仅攻击特定区域内的有效目标或具备特殊雷达信号特征的目标,而忽略其它所有固定或运动目标。这样,导弹才能安全地飞越友军上空。“硫磺石”导弹也能多枚齐射,并采用专门算法降低发射1枚以上导弹攻击相同目标的概率。如果“硫磺石”采用“发射后不管”目标瞄准算法,则在发射后无需目标指示,因此作战飞机在导弹发射后可立即返回安全位置。而且,该导弹的固体推进剂火箭发动机在设计时就考虑到尽量缩减燃烧时间,尽量降低燃烧烟雾,以减小发动机的光学和红外特征,降低其被敌方辅助防御设备探测到的风险。   由于上述特征均与美军的“海尔法”导弹类似,因此有人曾以为“硫磺石”是“海尔法”的欧洲版,实际上两者完全不同,前者是专门针对固定翼飞机而非直升机开发的,虽然它也能用于直升机。显然,“硫磺石”还隐含着一系列新的需求。与“海尔法”相比,“硫磺石”的弹体更重,也更坚固,采用了自主工作的毫米波雷达导引头和全新的聚能装药串联反装甲战斗部。   “双模硫磺石”   “硫磺石”是一种作战能力强大的新型武器,这点毋庸置疑,但在伊拉克战争中还是暴露出一系列问题,例如发射的RF信号易被敌方辅助防御系统探测,在强杂波环境下性能有所下降。
  在阿富汗和伊拉克,RAF发现自身缺乏一种能满足严格交战规则的具备“人在回路”控制能力的低当量精确制导武器。因此,2007年RAF发布应急作战需求,要求开发增强型激光制导“硫磺石”导弹,以利于在复杂战场环境下扩大目标(含固定和快速移动目标)打击范围,推动半主动激光导引头(SAL)加装计划,“双模硫磺石”(DMB)由此应运而生。此外需要指出,“狂风”GR.4战机本身也装备了先进的“蓝盾Ⅲ”型瞄准吊舱,可用于目标指示、瞄准和毁伤效果评估。在DMB的研制过程中,MBDA公司保留了基型 “硫磺石”的所有主要部件,但采用了新的双模导引头,组合利用无源激光系统和毫米波主动雷达进行目标搜索和寻的制导。新的导引头能提供“人在环路”功能,降低目标误差和间接伤害的风险。DMB的研制费用约为1600万美元。2007年8月,RAF与MBDA公司签订合同,要求将300枚第一代基型“硫磺石”升级为DMB。   DMB保留了原来的串联式战斗部和雷达制导能力,加装了按STANAG3733标准开发的SAL,修改了软件,并为雷达导引头引入了新的处理算法。DMB将惯性导航系统、数字自动驾驶仪、毫米波雷达和SAL制导等几种模式集于一体,进一步增强了精确打击能力。导弹发射后,先利用惯性导航系统引导导弹飞向既定的目标区域,到达指定区域后启动激光或毫米波雷达导引头,开始目标扫描搜索。一般只在末段俯冲时采用毫米波导引头优化目标瞄准点。DMB可根据飞行员的具体选择,使用单个传感器或SAL/MMW双模制导模式。SAL制导仅用于对杂波环境中的特定目标实施攻击,而双模制导则适用于打击杂波环境中的移动目标。   加装SAL后,可为“硫磺石”提供发射后制导和“人在回路”干预能力。操作员在导弹发射后还能取消攻击,或者纠正锁定错误目标的导弹,防止误伤,并摧毁位于友军附近的目标。在目标不易从背景中分离出来的杂波环境中,激光指示不失为一种有效的方法,毫米波对付移动目标更有效。由于潜在目标存在虚假特性且缺乏导弹锁定目标的明显特征,因此在当前的非对称作战环境中,毫米波雷达“发射后不管”的优势有限。   DMB的加工制造方法也颇具创新,用户既可选择整体生产新式导弹,也可选择只生产专用配套设备,再用这些设备对基型“硫磺石”进行改进升级。导弹的改装费用约为5.5万~6.5万美元/枚。   2008年12月,“双模硫磺石”被英国空军首次部署到伊拉克战场,2009年6月在阿富汗战场首次投入使用,并在后来的利比亚战争中大显身手,获得了巨大的成功。集防区外发射、超声速飞行、全天候作战和快速部署等优点于一体,DMB可提供远高于其它导弹系统的战场纵深目标精确打击能力。MBDA公司的营销宣传负责人马蒂·海德里库斯表示,“在利比亚,MBDA公司生产的‘双模硫磺石’是联军唯一能够在复杂环境中实施精确打击的‘人在回路’武器。利用该导弹的激光半主动制导模式,英国空军实施了一系列其他联军伙伴无法实施的精确打击。”据统计,英军在利比亚战争中共消耗了200多枚“硫磺石”导弹,含基型和双模型。其核心目标包括主战坦克、装甲车、卡车和火箭弹发射装置以及海岸监视雷达,也包括乘坐机动车辆的人员等时敏目标。
  未来发展   “硫磺石”作为英国重点打造的空地精确打击武器,一直处于不断升级和改造之中。在DMB投入使用后,MBDA继续对其进行海上作战适应性研究,同时还在研究反舰型和陆基型“硫磺石”导弹。与陆基型相比,反舰型的目标进一步扩展,涵盖快速攻击艇、橡皮艇和小型巡逻艇等海上目标。激光半主动导引头一次只能锁定一个目标,这在对付成群出动的海上目标时会造成严重问题。因此,除惯性导航和卫星导航系统外,反舰型“硫磺石”导弹也会配备双模复合导引头,使其在近海作战中具备更高的灵活性和实用性,从而可能补充或取代“海尔法Ⅱ”导弹。二者的单位成本相当,“硫磺石”甚至略低。反舰型采用有别于陆基型的导引头和战斗部,装备涡轮喷气发动机,飞行速度为高亚声速,而且弹体质量更大,仅战斗部就重达100千克。射程据称可达100千米。2012年6月,“硫磺石”反舰型进行了首次试射,成功击毁了一艘6米长的橡皮艇。在进行一系列试验之后,MBDA公司确认“硫磺石”已具备使用雷达导引头进行多目标交战,攻击多艘高速艇的能力。   与此同时,MBDA公司还在开发“硫磺石-2”型导弹,它是DMB导弹的进一步发展,配备威力更大的新型战斗部,进一步扩大作用距离,提高导弹对移动目标的精确打击能力。另外在弹体及软件方面也有改进。由于采用了新式发动机,“硫磺石-2”的最大射程将增至60千米。据称,该型导弹将改进导引头,在主动雷达导引头的基础上增加被动雷达,进一步增强搜索和跟踪地面高速移动目标(含低RCS目标)的能力。同时保留被动激光寻的系统。在主飞行阶段,导弹由被动激光导引头控制,随后转交主被动雷达复合导引头负责,末段采用主动雷达导引头寻的。2013年秋,MBDA公司对新研的“硫磺石-2”进行了一系列测试,在其中一次未装战斗部的试验中,对行驶速度为100千米/小时的卡车(卡车周围还有其它交通工具)发动了攻击,所有5枚样弹均成功命中目标。“硫磺石-2”已于2015年初开始批量生产,英国已启动将其集成到“台风”战斗机上的工作。   英国国防部最近还投资验证了“硫磺石”与MQ-9“死神”无人机的集成和使用。RAF当前为“死神”无人机配备的是“海尔法”导弹和精确制导炸弹。未来打算用“硫磺石”取而代之。不仅如此,英国还打算将该弹装备“阿帕奇”武装直升机和F-35B战斗机。   截至目前,“硫磺石”已出口沙特。目前还有一些国家正在与英国洽谈“硫磺石”的引进与采购。美国、法国和印度均对其表现出极大兴趣。美国海军已斥资400万美元研究如何将“硫磺石”与F/A-18E/F“超级大黄蜂”战斗机进行集成。美国空军也可能采购,用于补充弹药库存。   结语   在最近的几场冲突中,空地导弹和精确制导炸弹的重要性日益彰显,已成为现代战争中不可或缺的重要武器。虽然大多数空地导弹最初主要针对装甲目标设计,但近期的作战行动表明,它们同样适用于打击其他目标,尤其是非对称冲突中的时敏目标。   现代电子技术的发展也推动了空地导弹的发展。现役空地导弹大多已采用激光、红外、毫米波、数据链或GPS(与武器自动驾驶仪和惯性导航系统相耦合)制导。利用这些新的制导技术,最新型号的空地导弹能够在“发射后不管”模式下发射,藉以最大限度地发挥防区外作战优势,有利于保护作战平台的隐蔽和安全。甚至有一些导弹还增加了通过数据链进行目标修正的能力,可在原定目标已被摧毁后搜索新目标。“硫磺石”作为西方空地精确制导打击武器的典范之作,采用模块化和体系架构设计,有利于保证持续的成本效益,易于支持增量采购策略,降低产品和服务成本,其发展经验与教训无疑值得我们借鉴学习。   文/何晓晴……
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软件产品登记证书&&软件企业认定证书&&国际联网备案登记证书&&互联网出版许可证
&&增值电信业务经营许可证  4.定向红外对抗   红外干扰机是红外对抗的重要手段。人们从红外对抗的实践中得出规律:红外干扰机产生的光辐射越强,导弹偏离飞机的距离就越大。而随着更先进导弹的不断问世,也迫使人们加大干扰机的输出功率。但是干扰机的输出功率不能无限增大,它受到干扰机体积、输出孔径尺寸和基本功率消耗的限制。这就促使人们开发出定向红外对抗(DIRCM)技术,即将红外干扰能量集中到狭窄的光束中,当红外导弹逼近时,导弹逼近报警系统(MAWS),将光束引向来袭导弹方向,使导弹导引头工作混乱而脱靶。   定向红外对抗可以采用常规的红外光源也可以采用激光,而激光能在干扰光束中集中更大的能量。同其它红外对抗方法相比,相干光(激光)定向红外对抗(CDIRCM)技术能提供更远的作用距离和更大的灵活性,能有效干扰制导系统先进的新一代红外导弹。   为使红外干扰光束及时准确指向来袭导弹,必须跟踪导弹并给出导弹的方位数据。这项功能是由导弹逼近报警系统完成的。一般采用无源红外或紫外探测的导弹逼近报警系统,它具有360°覆盖范围。由于导弹逼近报警系统无源探测,且红外干扰能量定向发射,所以大大提高了载机的隐蔽性。   美国三军正在分别开展以倍频CO2激光器和采用非线性光学技术的固体激光器为光源的相干光定向红外对抗研制计划,以装备飞机、舰艇以及装甲车辆。同其它红外对抗方法一样,相干光定向红外对抗仍然是通过欺骗方式使导弹脱靶,其激光能量远小于激光致盲的能量。   美国洛克希德?桑德斯公司正在研制先进的战术红外对抗(ATIRCM)系统,它是第1个采用激光束对抗新一代红外导弹的机载系统。先进的战术红外对抗系统采用的是非闭环技术。这种相干光定向红外对抗系统开始将使用AN/AAR-47紫外报警设备来引导调制脉冲激光束,但也将对Santa Barbara研究中心开发的新型导弹逼近报警系统进行试验。这种报警系统将使用红外焦平面凝视传感器,可望比AAR-47提供更大的探测距离。   美空军赖特实验室计划研制一种灵巧的相干光定向红外对抗系统,称之为激光红外对抗飞行实验(LIFE)。与先进的战术红外对抗不同,它采用的是闭环技术:首先发射激光,红外导弹寻的器将激光反射回去,然后将反射波加以分析以确定红外导弹的类型,最后选择最有效的激光调制来对抗特殊类型的红外导弹。这种闭环的相干光定向红外对抗系统更具灵活性,且能更好地对抗新式红外导弹,但结构较复杂。   5.激光致盲   5.1 激光致盲原理   强激光致盲导引头的器件主要包括探测器、调制盘、滤光片以及头罩。激光束必须直射在导引头上足够的时间。如果是破坏头罩,激光辐射能量必须能被头罩吸收,所以激光波长应在导引头的响应波段之外。   射到导引头上的激光功率Pe可由下式来计算:   Pe=P1τaτoAc/Ω1R2 (1)   式中,P1为激光功率;Ω1为激光束的张角;τa为大气传输系数;τo为光学传输系数;Ac为导引头的有效集光面积;R为从激光器到导引头的距离。   红外探测器受破坏的阈值与下列因素有关,即破坏机制、辐照时间、束径、集光波长、探测器结构材料的热学性质与散热器耦合品质等。美国海军研究实验室的研究表明,当辐照时间很短(τ<0.1×10-4s)时,激光辐射阈值Eo(单位为W/cm2)的变化与τ成反比。在中等辐照时间时(0.1×10-4 s<τ0.01 s时,Eo不变。当辐照时间很短时,为使探测器的表面温度升至其熔点,所需的能量密度与材料的吸收系数成反比,与比热及使探测器材料熔化而必须的表面温度增量成正比。   对于导引头所使用的红外探测器材料,当脉冲宽度为0.1×10-6s时,Eo的范围为1×106 W/cm2~1×107 W/cm2,相当于0.1~1 J/cm2的连续光流量强度。通常,PbS和PbSe薄膜探测器具有较高的吸收系数,因此有比其它探测器材料更低的光流量。HgCdTe,PbSnTe及InSb材料的阈值非常类似(1J/cm2)。   对于短于0.1×10-6s的辐照脉冲,红外探测器的电击穿现象是重要的。   这里,计算交汇距离为2 km时,使导引头探测器破坏所需的激光功率。设探测器的破坏阈值Ed为1×107W/cm2,探测器面积Ad为0.01 cm2。另外,还假设有如下值:   Ad=10cm2,τa=0.9 ,τo=0.7,Ω1=0.1× 10-8sr   该探测器收集的功率为:   Pe=AdEd=10-4×107=103W (2)   为在此探测器上产生这样的功率,所需的激光功率为   P1=PeΩ1R2/τaτoAc=103×10-8×(2× 105)2/0.9×0.7×10=63.5kW (3)   所以,破坏这个探测器所需要的激光功率,其脉冲宽度为100ns,束宽约为0.1mrad,脉冲功率为64kW。为破坏探测器,激光必须集中在束宽的一半或更小的角度内,即0.5× 10-4rad中。这对静止平台来说,难度已经不小,更何况是运动的平台。   导引头的调制盘装在焦面上,由于探测器并非处于焦面上,故破坏调制盘所需的能量一般小于破坏探测器的能量。探测器的破坏可使导引头失去跟踪目标的能力,而调制盘的破坏问题还不至于这样严重。   强激光的热应力可导致导引头的头罩受到破坏,但激光的波长要在导引头的响应波段外,而且所需要的能量密度要比破坏探测器的能量密度高几个数量级。   5.2 发展现状   美海军提出两项反导激光致盲武器的研究计划。一项为平衡技术倡议――红外对抗计划。这项由美海军研究室牵头的计划隶属于国防部,其目的是研制一种装备在固定翼飞机上的一体化激光对抗系统,用来破坏红外导弹。该系统包括能与先进威胁报警系统一体化的高精度闭环跟踪瞄准系统,它能以极高的精度为致盲光束导引方向。威胁报警系统由红外凝视传感器和结构紧凑的实时图像处理器组成,是海军研究实验室飞眼威胁报警方案的扩充。威胁报警传感器将嵌入LANTIRN的瞄准吊舱。激光器的输出波长在红外寻的头的主要工作波段,能致盲光电传感器。   闪光机载激光干扰系统是由美空军组织研制的,采用TRW公司的小功率化学激光器,可在适当距离发射红外激光束,欺骗、迷惑红外导弹,使其脱靶。   6.结束语   现代红外干扰可以采用常规的红外光源也可以采用激光,而激光能在干扰光束中集中更大的能量。同其他红外对抗方法相比,相干光(激光)定向红外干扰(CDIRCM)技术能提供更远的作用距离和更大的灵活性,能有效干扰制导系统先进的新一代红外导弹。   为使红外干扰光束及时准确指向来袭导弹,必须跟踪导弹并给出导弹的方位数据。该功能由导弹逼近报警等系统完成。一般采用无源红外或紫外探测导弹逼近报警等系统,它具有360度覆盖范围,导弹逼近报警系统无源探测,且红外干扰能量定向发射,所以大大提高了载机的隐蔽性。   参考文献   [1]王建勋,张东洋.红外有源干扰技术分析[J].制导与引信,2003(2).   [2]付伟.红外有源干扰技术发展综述[J].导弹与航天运载技术,2001(1).   [3]付伟.国外光电有源干扰装备的新进展[J].现代防御技术,2002(1).   [4]金培进,何辉,张学斌等.红外诱饵干扰效能分析[J].光电技术应用,2006(2).
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