空戰中戰鬥力如何鎖定敵方飛機?

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空戰中戰鬥機如何鎖定敵方飛機?軍用飛機的鎖定和跟蹤系統使用的都是機載雷達。飛機雷達一般有兩種模式:搜索和跟蹤。

在搜索模式下雷達以波峰形狀掃描天空,當目標飛機被雷達電波感應到時,則會反射到顯示屏上。在搜索模式下飛行員不能鎖定或者跟蹤,但是可以根據敵機的飛行狀況來調整下一步行動。

上圖是F-16戰隼戰鬥機處於搜索模式下的雷達。每個白色塊都是雷達回波,由於雷達僅掃描而不是跟蹤,因此沒有顯示更多的雷達信息。不過可以測量雷達回波的多普勒頻移,來估算目標飛機的飛行方向和速度。
當飛行員進入跟蹤模式時,雷達的探測範圍將集中到一個目標點上,而且它可以顯示的目標信息也更多。下圖是跟蹤模式下的F-16戰隼戰鬥機雷達。


縱橫戰略


當然是通過機載雷達來實現對敵方飛機的鎖定了,機載雷達鎖定目標的原理是:雷達開機後以搜索模式對空域實施探測,當雷達探測到目標以後自動或手動從收索模式轉換為跟蹤模式,對目標進行持續跟蹤,這個過程就叫做“鎖定”。

雷達對目標的鎖定本質上是對目標進行不間斷的電磁波探測,而且是針對性的探測。

舉個例子:當戰鬥機的機載雷達探測到前方空域有兩個目標,且飛行員決定只攻擊其中一個時,飛行員就會將雷達調至“手動”狀態,然後選擇他想攻擊的那個目標用雷達進行鎖定。

當雷達按照飛行員選擇的目標進行探測以後,雷達就不再對前方空域做搜索式的掃描了,而是針對該目標的持續探測,雷達的探測角度隨目標的變化而變化,始終保持死死地“盯著”目標的狀態,這種狀態就叫做“雷達鎖定目標”。

▼下圖為戰鬥機搭載的相控陣機載火控雷達。

雷達的探測原理

雷達是是英文Radar的音譯,源於radio detection and ranging的縮寫,意思為"無線電探測和測距",即用無線電的方法發現目標並測定它們的空間位置。

雷達是利用電磁波探測目標的電子設備,通過天線發射電磁波的形式對目標進行照射並接收從目標身上反射回來的電磁波,由此獲得目標至電磁波發射點的距離、距離變化率(徑向速度)、方位、高度等信息。

電磁波是以直線形式進行傳播的,因此雷達天線只能在一個方向上對特定角度實施探測,為了實現全方向全角度探測,雷達天線需要旋轉起來,這樣就能用電磁波實現360度的空域進行掃描了。

雷達天線每旋轉一週就是一個掃描週期,如果探測到目標,那麼雷達天線所發射的電磁波每經過一次目標,顯示器上就會顯示一個亮點,亮點的出現表示目標對探測電磁波產生了反射。

當雷達天線略過目標所在角度時,顯示器上的亮點也就隨之消失,在第二個掃描週期中天線再次經過目標時,顯示器上再次出現亮點。

亮點的出現即意味著目標被探測到,計算機可以根據雷達天線掃接收到的目標電磁波回波特徵計算出目標的方位、速度、角度、高度等信息。

▼下圖為機械掃描雷達的顯示器正在顯示掃描信息,顯示屏上的亮點為雷達回波結果,這些結果需要雷達天線每完成一次旋轉時才會更新結果,比如探測到目標以後,目標的變化信息將在在雷達天線每旋轉一週以後被顯示出來。

雷達的搜索與鎖定

如何更直觀地理解雷達的搜索與鎖定呢?舉個例子:假設一名巡警在熱鬧的大街上巡邏,他的眼睛就相當於雷達天線,目光相當於雷達天線所發射的電磁波,而人群相當於被雷達電磁波掃描到的目標,。

巡警在巡邏中的基本觀察就相當於雷達對整個空域的搜索,在沒有發現可疑人物時這樣的觀察不具備針對性。

如果巡警在人群中發現有可疑人物時目光將集中在這個目標上,對他持續觀察,這時候巡警的觀察行為就屬於有針對性了。

假設巡警通持續觀察確認這名可疑人物的身體特徵與通緝犯的特徵十分吻合時,巡警的注意力將全部集中到可疑人物身上,而巡警的這個行為就相當於雷達鎖定了目標。

如果此時巡警對可疑人物實施了抓捕或控制,這個行為就相當於戰鬥機在鎖定目標後發射彈藥實施攻擊。

因此雷達不管是搜索還是鎖定,本質上都是對目標的持續探測行為,區別在於搜索是指對全空域的探測,而鎖定則是隻針對目標的持續照射探測。

▼下圖為戰鬥機的機載雷達在鎖定敵機後在顯示器上所顯示的信息。

空戰中戰鬥機的機載雷達對敵機鎖定的原理

我們以F-22隱身戰鬥機裝備的AN/APG-77型相控陣火控雷達為例:該型雷達工作頻率為8~12GHz;掃描方式為電子掃描,探測角度為±90°;真實波束地形測繪距離148公里;多普勒波束銳化距離分別為18.5公里、37公里或74公里;活動目標指示距離74公里;邊測距邊搜索與邊搜索邊跟蹤離均為296公里;連續開機時間為3~4個小時;290公里以內可同時跟蹤30個目標,能同時引導空對空導彈對其中10~15個目標發起攻擊。

我們重點介紹該型雷達“邊搜索邊跟蹤”自動模式下的鎖定原理:假設F-22戰鬥機以單機的形式執行作戰任務,在得到預警機的情報指示後飛行員按下雷達開機旋鈕,並將旋鈕旋至“自動”檔。

此時雷達天線開始向前方±90°的空域進行掃描,假設前方空域有4個迎面而來的目標,當F-22與目標的距離縮短至296公里時,雷達將會自動分配雷達天線中的2000個T/R元件分別對4個目標進行跟蹤式的探測。

計算機則根據探測信息分別測算出4目標的方位、高度、速度等信息,在顯示屏上分別顯示出來,以供飛行員參考。

當飛行員做出攻擊決策之後用手指按下“攻擊準備”按鈕,這時候飛機的HUD(抬頭顯示屏)接通電源,並顯示目標信息。

同時座艙顯示器顯示武器掛載情況,當飛行員按下選擇彈藥按鈕選擇了“中程空空導彈”時,彈倉內的4枚中程空空導彈被激活。

當飛行員按下“鎖定”鍵以後,雷達從“跟蹤”狀態轉換為“鎖定”狀態,此時雷達天線中的2000個T/R元件在計算機的分配分別下死死盯著這4個目標,此時前方即便出現其他目標雷達也不會再理會,雷達波束始終保持對4個目標的持續照射。

當飛行員按下控制手柄上的紅色“發射”按鈕以後,彈倉中的4枚被激活的空空導彈逐一被髮射出去,向計算機分配的目標撲去。

而雷達自鎖定目標以後將一直保持對4個目標針對性的照射,為飛行中的導彈提供雷達制導,當導彈飛行至距離目標30公里的位置時導彈會給飛機回饋一個“-:1/6”信號。

這表示導彈已經進入對目標的“不可逃逸區”,導彈可以利用自身的制導系統實施自主制導攻擊,不再需要機載雷達提供製導服務。

當飛行員在HUD上看到“-:1/6”信號以後就可以關閉雷達或者解除鎖定狀態,雷達的T/R元件不再做針對性的持續照射,自此雷達對目標的鎖定才算結束。

▼下圖為F-22隱身戰鬥機座艙裡顯示雷達探測信息的顯示屏,它所顯示的內容為:已經鎖定4個目標,飛行員隨時可以發射導彈實施攻擊。

綜上所述我們可以得出這樣的結論:空戰中戰鬥機是通過機載雷達對敵機實施持續性電磁波束照射的方式來實現鎖定的,雷達波束對目標進行有針對性的持續性照射的行為就是“鎖定”。

戰鬥機除了能用雷達對敵機實施鎖定攻擊以外,還能根據雷達在鎖定目標時有針對性的持續照射電磁波束的特性為飛行員提供預警,即雷達鎖定預警系統,當自己的飛機被敵機雷達鎖定時預警系統就會發出警告信號,以提示飛行員及時規避導彈攻擊。

機載雷達在鎖定敵機時就好比人的眼睛死死盯著某一件事物一樣,因此鎖定狀態下的雷達對敵機的探測精度非常高,可以為武器攻擊提供精確的制導,但是處於鎖定狀態的雷達也就失去了對空域內其他目標的探測能力,即便機載雷達是先進的相控陣雷達也會因此降低對其他目標的探測能力。

所以地面或水面的武器平臺一般需要配備兩種雷達,即搜索雷達和火控雷達,先進的防空導彈系統甚至還配備三種雷達,即測高雷達,比如俄羅斯的s-300防空系統。

搜索雷達只負責對空搜索,發現目標以後只跟蹤,不鎖定;火控雷達只有在指揮員下達攻擊命令時才會開機,一旦開機就直接鎖定目標,實施針對目標的持續照射,為導彈提供製導服務;而測高雷達則是起到彌補搜索雷達探測精度低這個缺點的作用,各種雷達各司其職才能避免出現“掛萬漏一”的現象發生。

▼下圖為俄羅斯的S-300防空系統,左邊那塊大大的“盾牌”為相控陣搜索雷達,中間高高立起的“小盾”為火控雷達,搜索雷達負責全空域掃描,火控雷達負責“鎖定”目標。


兵器知識譜


 從阿湯哥主演的經典空戰電影《壯志凌雲》開始,戰鬥機被敵機鎖定後警報大作,飛行員使出渾身解數擺脫鎖定的鏡頭就開始流行起來,描寫政治陰謀與飛行員精湛技術的法國電影《空中決戰》裡也有類似的橋段。很多網友並不是很明白,飛行員怎麼知道別人已經鎖定了自己呢?

戰鬥機飛行員

 戰鬥機一旦被火控雷達鎖定,憑藉現代導彈技術靈敏度的進步,基本上能夠逃脫的概率非常低。即使現代戰機擁有極強的機動性能,可以做到9個G的過載機動,但是空空導彈都能做到50G以上,相對而言,9個G的過載根本不算什麼了。打擊作戰飛機的導彈一般分三種制導模式,一種是紅外製導的導彈,一般毀傷率都在90%以上。第二種主動雷達導引頭的導彈,一般毀傷率都在80%以上。而第三種則是被動雷達制導的導彈,毀傷概率相對於前兩者比較低,能達到70%左右。在這樣的概率面前,幾乎戰機逃脫的概率非常低。


  

  一,紅外製導導彈,我們以空空導彈為例。紅外製導就是通過戰機向外輻射紅外光,被導彈的紅外導引頭捕獲,並且一直追蹤到目標為止。而戰機最大的紅外輻射區就是機尾的發動機尾噴口,所以現在空戰很多時候都是要佔據對方的尾部位置。隨著現代戰機的紅外抑制技術的發展,單純的依靠最大紅外輻射信號追蹤戰機,已經被戰機攜帶的紅外干擾誘餌所欺騙。空空導彈的紅外導引頭隨著電子技術發展,進一步升級。已經擁有可以捕獲戰機紅外輪廓,這樣即使再多的紅外干擾誘餌也幾乎不起作用了。在近距離空戰中,一旦被對方的鎖定,基本也就沒有什麼逃脫的機會了,只能拼命的釋放紅外干擾誘餌了。

  

  釋放紅外誘餌的日本F-15戰機

  二,主動雷達制導導彈,這種導引頭的導彈一般會裝在中程空空導彈,和地空導彈之上。主動雷達制導引頭所以擁有發射後不管的能力,依靠導彈自身攜帶的雷達系統搜索發現,跟蹤,鎖定目標,並發動最終的攻擊。而目前這是中遠程空空導彈的主流發展方向,比如我們的PL-15,美國的AIM-120這都是主動雷達導引頭的空空導彈。由於戰機被對方的火控雷達鎖定,發射中程主動雷達空空導彈就已經擁有了對手大致的方位。由於戰機的雷達反射面積隨著導彈的逼近越來越大,主動雷達導引頭鎖定的概率越來越大,擊落對手的可能性就非常高。

  三,被動雷達導引頭,這是利用戰機攜帶的火控雷達,或者說是地面防空火控雷達為導彈指引目標的導彈。我們留按戰機火控雷達說話,當戰機發現並鎖定對手戰機時,發射被動雷達導彈。需要戰機火控雷達的持續照射目標,直到導擊中目標。

  

  在這個過程中,戰機無法進行大規模的機動,需要在導彈飛行過程中為其修正目標導引信息。相比較前兩者而言,弊端很大,最載機的安全性有很大的影響,目前處於逐漸被主要軍事強國淘汰之中。被主動雷達導引頭的空空導彈所取代。面對被動雷達導引頭的空空導彈,戰機脫逃的機會還能大一點。本文圖片來源於網絡!所以,對於現代作戰飛機而言,畢竟其機動過載是有上限的,而作為導彈卻完全不同,只有技術能達到,80個G的過載它也能做到。更加現代化的空空導彈已經讓現代戰機幾乎很難逃脫,除非戰機擁有超越“SR-71黑鳥”的速度,或者安裝主動防衛系統,擊毀來襲的導彈!

二戰時,戰鬥機還沒有制導武器,只能使用機槍和機炮進行攻擊,飛行員要時刻注意自己的後方有沒有咬尾的敵機,躲閃對方子彈就全靠技術和經驗了。但是戰後制導武器的迅速發展對戰鬥機提出了更高的要求,那就是要預警對方的雷達和導彈。

夭壽啦!

到了現代,戰鬥機都必須裝備一套完整的防禦感應系統,用來探測對方戰鬥機火控雷達所發射出的紅外線、激光照射等多種探測信號,一旦確定了威脅存在就會發出警報聲,飛行員就算沒有看到也能知道自己已經被敵方鎖定,從而準備應對的策略。

注意兩個發動機中間的雙向護尾器

這種用光電感應原理工作的逼近警報器通常會安裝在飛機的垂尾處,以最佳探測角度應對危險的敵機咬尾。當飛機在機庫裡時會用配套的封蓋罩住,防止灰塵附著在表面影響其正常工作,起飛前再進行檢查。雖然各國的逼近警報器功能都一樣,但是設計各有不同,而且應對的方式也不完全一樣。

殲-10B垂尾上方的條狀帶就是探測裝置

老式逼近警報器只能探測到敵方雷達的照射,但是並不能捕捉導彈的信號,這樣飛行員判斷起來就會十分的麻煩,而且容易浪費寶貴的誘餌彈。不過隨著技術的進步,逼近警報器已經可以精確識別出敵機發射導彈,並且用兩種不同的提示音來警告飛行員,這樣就只需要在發射導彈後再釋放誘餌彈即可,也化解了對方用火控雷達欺騙自己進行不必要的躲避動作。

狂風戰鬥機和殲-10的警報器位置相同

對於飛行員來說,當他聽到音調較低的提示音時就代表自己被對方的雷達鎖定了,但是還不致命,如果他聽到了急促的-滴-滴-滴-滴-滴聲音就代表導彈已經發射,這個時候電子顯示屏就會把逼近警報器測算出的飛向自己導彈的距離、速度都顯示出來,由飛行員酌情處理。

警報器一般在機尾

目前美國的防禦系統已經有了新花樣,一些直升機和F-22、F-35都裝備了內藏式的拖曳誘餌,當被對方雷達鎖定時飛行員可以選擇釋放這種誘餌,它會發出誤導敵方導彈的雷達反射波與高頻率的紅外信號,讓導彈命中誘餌保全本機。


鐵桿軍迷


所有的軍用飛機都裝有報警裝置,一旦被敵方的戰機或者防空武器鎖定,報警裝置就會發出聲響。現在先進的軍用飛機上,不但裝有報警裝置,而且它還和機載計算機相聯,只要一報警,馬上就能分析出是被什麼樣的防空兵器鎖定,需要採取哪些規避的方法。戰機一旦被鎖定,規避不了的話,只能被擊落。

雙方處於超視距攻擊,那麼此時我方戰機能採用的方法是,橫向機動擺脫同時打開電磁干擾,爭取脫離敵方戰機鎖定。若對方已經發射導彈,一般只要導彈未進入末端主動尋的狀態,我戰機依舊採取上述機動動作。若導彈已進入末端制導,那就比較危險了,應在作規避機動的同時釋放金屬誘餌及紅外干擾彈,爭取擺脫。

雙方在視距內進行空中格鬥時,我機被敵方鎖定。那就應盡一切可能擺脫鎖定。比如向太陽飛,左右橫滾,斤斗(若戰機性能允許可以做過失速機動,當然,前提是要注意高度)等等一切高G機動動作。若敵機已鎖定我機併發射格鬥彈,那就應在第一時間內打出紅外干擾彈之後俯衝擺脫。但一般擺脫幾率不大,因為距離近,且第三代空空格鬥彈能夠識別機體外部的紅外特徵,紅外干擾彈一般作用不大。

眼鏡蛇機動就算了吧,速度那麼低,

眼鏡蛇機動使用在兩機追逐時,你在前面,別人在追你,你可以做這個機動,速度減下來,後面的飛機衝到前面去,你在恢復正常,追它不過這只是理論,實用性不大,因為你在實施機動時,整個飛機豎起來了,這時候就不用導彈了,那個機炮就很容易幹掉你,得不償失。現在眼鏡蛇機動只是檢驗飛機機動性好壞的一個標誌。

如果來襲的是主動雷達制導導彈,由於其有一定的自導能力(主動雷達制導導彈也不是說發射後就真的不用管,它仍然要從外部獲取信息,只有當目標進人主動雷達導引頭搜索範圍內,目標已很難對其進行干擾時才真正不用管,目前這種導彈的主動段距離是18公里左右),所以除了做劇烈的機動動作如蛇行機動、急劇俯衝外,同時應對其進行積極和消極干擾,從而擺脫導彈的攻擊。在美伊圍繞禁飛區的一次衝突中,美戰鬥機曾發射了4枚AIM-120空空導彈,但都被伊軍飛機甩掉,令美軍大為吃驚。

所以對於高技術兵器,應客觀評價,既不能無視它的存在,也不能把它吹上天。被鎖定未必一定擊中,因為被鎖定的飛機可以釋放干擾彈來干擾來襲導彈偏離目標,也有機動擺脫的希望。


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