解析現(xiàn)代戰(zhàn)機的自衛(wèi)系統(tǒng)

解析現(xiàn)代戰(zhàn)機的自衛(wèi)系統(tǒng)的圖1

現(xiàn)代戰(zhàn)機作為各類高新技術(shù)的結(jié)晶,除了在奪取制空權(quán)及各類對地支援/攻擊任務(wù)中展現(xiàn)出來的強大攻擊能力外。如何更好的保護(hù)這么一架動輒數(shù)億元的“寶貝疙瘩”的安全一直是相關(guān)科研人員們絞盡腦汁所需考慮的問題,因此現(xiàn)代戰(zhàn)機除了掛架上或彈倉中各類琳瑯滿目的攻擊性武器外,分布于全身的各類機載自衛(wèi)防御設(shè)備可以堪稱保衛(wèi)戰(zhàn)機安全的堅實盾牌。

現(xiàn)代戰(zhàn)機除了琳瑯滿目的武器彈藥外,各類機載自衛(wèi)告警設(shè)備也是必不可少的的一部分。現(xiàn)代戰(zhàn)機的機載自衛(wèi)防御系統(tǒng)除了傳統(tǒng)的被動雷達(dá)告警設(shè)備、電子干擾機、箔條干擾彈或有源干擾誘餌這類雷達(dá)射頻告警/對抗系統(tǒng)外。上個世紀(jì)70年代開始為了應(yīng)對傳統(tǒng)被動雷達(dá)告警設(shè)備對各類新興的光學(xué)制導(dǎo)體制地空/空空導(dǎo)彈無法進(jìn)行有效告警的問題,各類用于探測來襲導(dǎo)彈羽煙強紫外信號或尾焰紅外信號的被動光學(xué)告警設(shè)備以及使用主動雷達(dá)技術(shù)對來襲導(dǎo)彈進(jìn)行直接探測告警的多普勒體制主動射頻告警系統(tǒng)開始了蓬勃的發(fā)展,并已經(jīng)逐漸成為機載自衛(wèi)防御系統(tǒng)里的重要組成部分裝備在了各型軍用甚至是民用航空器上。這就是“導(dǎo)彈逼近告警系統(tǒng)”(Missile Approach Warning System 簡稱:MAWS)。

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  • (這看似不起眼的設(shè)備,卻是現(xiàn)代軍用飛機上不可或缺的一種告警設(shè)備,圖為美國諾格公司研發(fā)的AAR-54 MAWS。)

  • 導(dǎo)彈逼近告警系統(tǒng)按工作原理一般分為紫外、紅外、主動多普勒三大類體制,其中紫外、紅外兩種被動式的光學(xué)告警系統(tǒng)又細(xì)分為早期的點源型和現(xiàn)在主流的成像型兩大類。

紫外體制MAWS:技術(shù)簡單、便宜實用

紫外體制MAWS,顧名思義就是依靠探測來襲導(dǎo)彈所發(fā)出的強紫外信號來進(jìn)行告警,而導(dǎo)彈上強紫外輻射信號主要來自其火箭發(fā)動機燃燒所產(chǎn)生的尾焰和羽煙。由于臭氧層吸收了大量自然界中主要來自太陽紫外輻射,所以在大氣層內(nèi)形成了少有紫外線存在的“太陽光譜盲區(qū)”。而紫外MAWS正式依靠著這個優(yōu)勢,因此對大氣層內(nèi)的火箭發(fā)動機燃燒產(chǎn)生的尾焰和羽煙散發(fā)的強紫外信號有著非常良好的靈敏度且虛警率極低。同時因為其較為其較低的技術(shù)難度以及較小的體積帶來的適裝性和低成本,成為了MAWS里裝備最為廣泛的一種告警體制。

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  • (火箭發(fā)動機工作時所產(chǎn)生的尾焰和羽煙會輻射出很強的紫外線信號,紫外MAWS正是靠捕捉這些信號來實現(xiàn)對來襲導(dǎo)彈的告警。圖為反坦克火箭彈的紫外信號檢測試驗。)

我國空軍在各類軍用飛機諸如:轟6K、殲-11/15/16系列、殲-10B/C和各型高新特種機上廣泛裝備的SE-2型導(dǎo)彈逼近告警系統(tǒng)也是這類紫外成像體制。

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  • (在我國空軍各類戰(zhàn)機上廣泛裝備的SE-2型紫外成像MAWS。)

不過相比其優(yōu)點,紫外MAWS的缺點也同樣明顯。因為其探測手段主要依靠來襲導(dǎo)彈火箭發(fā)動機工作所產(chǎn)生的尾焰與羽煙的強紫外輻射信號,所以一旦來襲導(dǎo)彈的發(fā)動機停止工作(一般的空空或地空導(dǎo)彈的火箭發(fā)動機也不可能一直保持在工作狀態(tài),主流的單室雙推力火箭發(fā)動機工作時間從數(shù)秒到數(shù)十秒不等),這樣就意味著其紫外輻射信號的驟降。這種時候紫外MAWS就無法進(jìn)行有效的告警了。也正是因為這類缺乏全時段的告警能力的缺陷,近年來紫外MAWS開始被功能更強大的紅外MAWS所慢慢替代。

紅外體制MAWS:功能強大、未來趨勢

紅外體制MAWS作為光學(xué)告警領(lǐng)域的另一個重要組成部分,雖然因為早年紅外告警技術(shù)不成熟的原因,諸如點源型MAWS告警能力差強人意,光機掃描成像式MAWS設(shè)備龐大對安裝平臺要求苛刻,且掃描刷新率不足等因素影響,相比紫外MAWS,紅外MAWS并沒有得到比較廣泛的裝備。不過近年來隨著紅外領(lǐng)域技術(shù)的成熟,特別是關(guān)鍵性的紅外焦平面成像技術(shù)的出現(xiàn)和成熟,各型紅外成像體制的MAWS開始如雨后春筍般的出現(xiàn)并裝備在各類三代半甚至四代機平臺上。

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  • (安裝在陣風(fēng)戰(zhàn)斗機垂尾上的紅外成像型MAWS光學(xué)窗口及告警成像效果。)

作為探測手段主要依靠來襲導(dǎo)彈上尾焰或氣動加熱所產(chǎn)生的紅外輻射信號進(jìn)行告警的MAWS,紅外MAWS相比紫外MAWS有著更優(yōu)秀的全時段告警能力,且得益于高靈敏度的紅外成像陣列,其瞬時視場、目標(biāo)識別及對來襲導(dǎo)彈的航路預(yù)測等與自衛(wèi)對策系統(tǒng)息息相關(guān)的能力都明顯強于紫外MAWS。因此,雖然相比紫外MAWS依舊有著成本高昂、維護(hù)困難(主要來自紅外成像體制需要制冷的問題)、虛警率高等劣勢(大氣層內(nèi)特別是地面背景下紅外干擾源較多,需要很復(fù)雜的虛警處理技術(shù),大大增加了此套系統(tǒng)的運算需求,如F-35的AAQ-37分布式光電孔徑系統(tǒng)就有這個問題),但是依舊無法阻擋紅外體制MAWS在光學(xué)告警領(lǐng)域慢慢取代紫外MAWS的趨勢。

主動多普勒體制MAWS:獨辟蹊徑、適應(yīng)性強

相較于紫外與紅外這類被動光學(xué)體制的MAWS,主動多普勒MAWS可以看成是分布于載機各處的數(shù)個小型雷達(dá)對360°內(nèi)的空域進(jìn)行連續(xù)搜索掃描并對來襲導(dǎo)彈進(jìn)行告警。正是因為這種主動雷達(dá)式的工作方式,因此多普勒MAWS除了更優(yōu)秀的全時段告警能力外,對復(fù)雜天氣的適應(yīng)性也強,可以全天候工作。當(dāng)然,其最大的優(yōu)勢還是在于主動工作方式可以提供極為精確的來襲導(dǎo)彈的速度、距離、角度等信息,這對于戰(zhàn)機對來襲導(dǎo)彈是進(jìn)行干擾欺騙還是機動規(guī)避的對策選擇都是非常有意義的。

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  • (主動多普勒MAWS可以看成是數(shù)個安裝在機體各處的小型預(yù)警雷達(dá)。圖為以色列ELTA公司研發(fā)的EL/M-2160多普勒MAWS。)

主動多普勒MAWS的不足在于,相比其他兩種光學(xué)體制MAWS,其設(shè)備體積重量是最大的,適裝性不佳。且在復(fù)雜電磁環(huán)境下容易被各類手段所干擾,導(dǎo)致告警效能下降的問題。此外其發(fā)射的電磁波容易被敵方電子偵查設(shè)備截獲,因此當(dāng)有任務(wù)需要戰(zhàn)機保持無線電靜默狀態(tài)時,則必須關(guān)閉多普勒MAWS,這種時候就無法起到導(dǎo)彈來襲告警的目的了。所以這類體制的MAWS除了臺風(fēng)與F-16I等少數(shù)戰(zhàn)斗機有裝備以外,裝備對象主要還是在大型飛機或直升機上。

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  • (主動多普勒MAWS因為各種原因,除了臺風(fēng)和F-16I戰(zhàn)斗機以外并沒有太多的戰(zhàn)斗機采用這種體制的MAWS。圖為安裝在臺風(fēng)戰(zhàn)斗機尾部的多普勒MAWS天線。)

MAWS在新一代戰(zhàn)斗機上的裝備和發(fā)展

在四代機上,MAWS這個概念有了進(jìn)一步的發(fā)展和衍生。我們知道,四代機相比傳統(tǒng)三代機除了優(yōu)秀的外形隱身設(shè)計以外,對于本身的電磁管制需求是特別嚴(yán)格的,因此,各類被動式的傳感器開始在四代機上又有了新的發(fā)展,其中最為人所知的當(dāng)屬F-35上號稱可以穿透機身為飛行員提供360°全景視野的分布式光電孔徑系統(tǒng)(EODAS AAQ-37)。

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  • (作為MAWS的發(fā)展衍生,F(xiàn)-35上的EODAS系統(tǒng)除了強化對空/對地探測能力以外,依舊擔(dān)負(fù)著導(dǎo)彈逼近告警任務(wù)。)

了解EODAS原理的朋友們不難看出EODAS這個概念實際上就是由MAWS所衍生的,在更早的F-22上使用的AAR-56導(dǎo)彈發(fā)射告警系統(tǒng)(MLDS)就采用了在機身各處安裝分布式紅外攝像頭的方式,為F-22提供了360°范圍的全方位紅外告警,其紅外攝像頭所探測的圖像可以投射在飛行員的多功能顯示器上以供飛行員進(jìn)行人工觀察和識別。而F-35的EODAS正是在這個分布式紅外告警系統(tǒng)的基礎(chǔ)上再增加了頭盔顯示器,才讓360°全景視野這個飛行員夢寐以求的概念得以完善。

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  • (分布于F-22機身各處的MLDS告警系統(tǒng)光學(xué)窗口及其告警成像效果。)

EODAS這個概念誕生以及分布式紅外成像MAWS在各類三代半戰(zhàn)機上的裝備,也讓一些朋友混淆了兩者的概念。例如在俄羅斯蘇-35S戰(zhàn)斗機上裝備的由6個分布式紅外攝像頭組成的OAP導(dǎo)彈逼近告警系統(tǒng)就經(jīng)常被冠以“毛版EODAS”的噱頭,實際上這完全是不合理的。EODAS作為MAWS的發(fā)展和衍生,最重要的一個技術(shù)特征無疑就是是否集成了頭盔顯示器,這也是區(qū)分EODAS和MAWS最重要的一個標(biāo)準(zhǔn)。

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  • (蘇-35S裝備的由NPK-SSP公司研發(fā)的OAP 分布式紅外成像導(dǎo)彈逼近告警系統(tǒng),經(jīng)常被人誤認(rèn)為是“毛版EODAS”。)

  • 蘇-35S上裝備的OAP系統(tǒng)雖然有著分布式紅外成像系統(tǒng)的特征,卻缺少了核心的頭盔顯示器技術(shù)。而作為俄羅斯下一代主力戰(zhàn)斗機的蘇-57,其光電告警系統(tǒng)卻采用了紫外成像體制的101-KS-U MAWS,這種技術(shù)倒退的選擇無疑使俄羅斯戰(zhàn)機離真正意義上的EODAS概念更加的遙遠(yuǎn)。

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  • (蘇-57上采用的101-KS-U型MAWS反其道而行之的采用了紫外成像體制,原因著實讓人費解。)

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