现代寻热导弹如何克服早期导弹锁定太阳的问题?

安之若素


这个问题很秀啊。的确,在寻热或者说红外制导的导弹诞生之初,经常会发生导弹发射之后直奔太阳而去的问题。尤其是在越战的时候,这种情况暴露的比较集中,这也让没有机炮的战斗机很是尴尬。

当时的导弹直接追寻红外信号,模式也比较简单,就是看谁亮就去干谁。但是现如今的红外导弹已经不是简单的找红外信号的强弱了,他还会分析目标红外特征,尤其是红外信号的频率。

阳光的频率和飞机发动机或者机身红外信号的频率有非常大的差别,在现代导弹的眼里,红外信号下的飞机和太阳完全不一样,甚至可以精确对比数据库,识别相应特征的机型。

甚至连红外干扰弹,在如今的空战中也起不到太大作用,导弹可以轻松识别出哪个是目标,哪个是干扰。

在这种可以精确识别目标飞机是哪种机型,甚至开了多大的节流阀的情况下,面对太阳基本上也于事无补。在红外引导头的眼里,太阳的相关特征已经被过滤掉了。

现代的空战中,躲避导弹基本上只存在于影视剧或者游戏中了。现实如果没有代差的话,主要依靠距离和电子干扰来对付导弹。红外弹相对来说有点近视,虽然电子干扰也不太好使,但是射程是硬伤,要不然用来打隐身战斗机最好不过了,这玩意没法隐藏红外信号。


蛋科夫斯基


其实导弹早就解决了这个问题。上个世纪60、70年代的时候,红外制导的空空导弹刚刚出现不久的时候,阵列只有一个或者几个感光器件,红外传感器材料也十分差劲,目标和背景的区分能力很差。所以这个时候我国和北越的空军的确使用过一种战术,那就是一旦被导弹锁定了,就朝着太阳飞,由于太阳的红外特征更为明显,所以导弹直接就追太阳去了。这主要是因为红外格斗弹几乎不涉及模式识别的问题。其实研究一下战斗机尾焰的红外特征和太阳红外特征的差异,进行简单的模式识别,就可以解决这个问题了。

但是除去模式识别问题外, 那时候红外格斗弹的传感器本身也比较落后,美国AIM-9的早期型号,用的材料还是非制冷的硫化铅器件,灵敏度也不行,打飞机必须是追尾的情况才能打,因为追尾的时候尾焰特征最明显,你想想战场上多耽误事。

随着红外器件材料和集成度的进步,红外格斗弹发现目标的距离越来越远,识别能力也越来越强。第三代格斗弹面前,战斗机还想朝着太阳飞来甩开它已经是不可能了,而且不管是迎头还是追尾,想打就打。为了避免被击中,只能是发射和战斗机尾焰红外特征类似的热焰弹来干扰,但成功率也并非是100%;而第四代格斗弹已经做到了给战斗机成像的能力。下面是美国AIM-9X红外格斗弹导引头成像的图像,你能看出来这一架战斗机还是太阳吗:

AIM-9X“眼”里的战斗机目标

AIM-9X红外格斗弹


第四代格斗弹AIM-9X使用了锑化铟FPA导引头,使用红外凝视焦平面成像技术,其红外感光元件是一个128X128的阵列,也就是说,它的目标并不是一个白炽的圆点,而是一个完整的图像,导弹要通过处理器进行模式分析,来判断这是飞机,还是热焰弹或者其他热源。这种情况下,连热焰弹也失去了干扰作用,基本上被锁定就是等着击落了。由于红外传感器件自身与环境温差越大,灵敏度越高,为了提高红外格斗弹的灵敏度,提升发现目标的距离,挂在这种格斗弹的挂架上还要有一个氮气瓶与导弹导引头连接,用于给红外器件制冷。所以现在的格斗弹,看得更远,看的更清楚,跟早期格斗弹比就是鹰眼和近视眼的区别。

美国的LAU127导弹挂架,导轨用于安装格斗弹,而挂架内有一个用于制冷的氮气瓶


宣仔


简单说,就是早期盯着一个热点,后来发现老追着太阳跑,就改成四个热点,然后十六个…一直到16乘16,就变成热成像了,太阳是圆的,飞机不是圆的,就能不追太阳了!


红黑mg


早期的红外制导导弹(热寻的导弹)确实容易受到太阳的干扰,毕竟太阳本身就是一个巨大的辐射源,而且在最开始红外导弹中的传感器材质是硫化铅(Pbs),这玩意早在20世纪初就被发现了,因为其拥有在受到红外线照射时会释放出电子的能力,所以后面就慢慢被用到了军事领域,也就是红外夜视和红外制导,但是硫化铅的灵敏度不怎么样,只有在针对那些温度高、辐射能量强的目标时才有一定的效果,因为温度越高的物体,其辐射的能量就越强(也就是热辐射)、波长也就越短,所以早期那些使用硫化铅作为传感器材质的红外制导导弹通常都只能锁定战机尾气那波长为3~4.5微米之间的红外辐射。

▲环境红外辐射

这就是为什么初代的红外制导武器都是通过“咬尾”来打击目标的了,就是因为战机尾部的红外辐射最强,但是弊端也很明显,就是这种导弹很容易被太阳或者是其他强辐射物体所干扰,所以,到了后面,新型的红外制导导弹上就又出现了用灵敏度更高的锑化铟(InSb)和碲化汞镉(HgCdTe)这两种物质制成的传感器,这些传感器可以检测温度更低、红外辐射波长相对更短的物体,比如战机的机身,机身的温度相比于战机尾部更低,红外辐射波长一般在8~13微米之间,而这种可以检测机身辐射源的搜寻方式也被称为“全视角搜寻”,不过,为了保证这这种全视角搜寻方式的灵敏度,需要用额外的手段对它的传感器进行冷却,比如使用氩气压缩气体(氩气易于制得、成本低、整体性能稳定)。

▲战机红外辐射示意图(尾部最强)

还有就是,早期的红外制导导弹使用的是单个探测器,且视野角度很大,没有背景辐射区分能力,会接受其探测范围内的所有红外信号,所以,导弹就只能通过探测战机尾部这样的强辐射区域来对目标进行跟踪和锁定,但是一旦背景辐射中出现强红外信号的话,就会很容易受到干扰,比如太阳。而后面的红外导弹则是出现了双频制导,也就是使用两个导引头,它对战机红外辐射的灵敏度更高,可以同时检测不同波长的红外辐射,也就是说即使是在有其他强红外辐射物体干扰的情况下,这两个导引头也可以通过同时“看到”两个不同位置的飞机来对目标进行重新锁定,从而避免了目标朝着太阳的方向飞去时产生的强红外辐射干扰。

▲导弹对目标的红外成像图

最后,现在红外制导导弹就是直接使用红外成像了,它们的导引头拥有极窄的瞬时视场(IFOV),同时使用的传感器也是拥有焦平面阵列成像能力的IR / UV传感器,再结合先进的数字处理系统,可以直接对目标产生清晰的红外图像,比如上图所示,而现在大部分先进的空空导弹都拥有这种红外成像能力,比如AIM-9x、ASRAAM、Python-5和IRIS-T等,就比如ASRAAM先进短程空空导弹,在它的知道系统中就包括了红外制导、128×128元素焦平面阵列、发射后锁定(LOAL)以及捷联惯性制导,因此,现代红外制导导弹是根本就不可能被太阳干扰的。


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其实原理很简单、根据黑体辐射理论、太阳的特征辐射波长是其表面温度决定的、飞机发动机的特征辐射波长是飞机发动机的温度决定的,这两个频率肯定不一样,只要系统可以区分就行了,可以设想在传感器性能足够的情况下,只要在电路中设计合适的带通滤波器,将高于发动机辐射频率的辐射信号和低于的辐射信号过滤掉就可以了,当然现实当中工程上是不是这样做的就不清楚了,但从原理上来说不难,重点就是黑体辐射


靠良心挣钱


其实很简单。做一个形象的比喻,手机的第一代就是“大哥大”,看起来非常霸气,实则又笨重,性能也差,只具有打接电话的功能,声音失真那也是正常的事,如果电话另一头稍微伪装一下声音就分不清楚是谁了,甚至很容易就受到干扰听不清楚了;但是现在的智能手机早已经解决了视频通话问题,想假冒一个XXX就没有那么容易了吧!

空空导弹也是一样,刚刚出来参与战争的空空导弹都是寻热导弹,导弹笨重且性能低下,识别能力也不是很强,基本就是冲着空中最强的红外点飞去,天空中谁最亮谁就是目标。而且导弹发射前要导入目标数据,这时候雷达波会有一个短暂的停顿,这个BUG也被利用来开发出了第一代的战斗机雷达预警系统,只要捕捉到这个停顿基本就知道对方导弹发射了,飞行员除了做机动规避外面,一个不错的选择就是调转方向冲着太阳飞过去,这样有很大的概率让导弹锁定的目标变成太阳,同时战斗机丢出诱饵弹等,再一次降低被击中的概率。

因此空空导弹刚现世的空战中,其命中概率仅仅也就不到3成,号称世界最先进的F4鬼怪也因为太过于信任导弹而取消航炮,因此付出了血的代价!

但现在这个问题随着电子技术的发展根本边的不是问题了,甚至可以说10年前的导弹制导头放在今天就像小孩的玩具一样的简单,更何况越战之后又发展了五六十年,第一代的空空导弹的制导能力连现在的玩具都不如,现代技术下的一块小小的计算机芯片,放在当年会让世界所有的超级计算机同时运算都要强悍!

解决锁定太阳这个问题其实非常简单,当电子技术发展到一定程度,导弹引导头也就有了“凝视”功能,比如红外引导头就能直接具有红外成像功能,主动雷达引导头同样能够成像;以前一个简单的红外诱饵弹放出的强辐射会让前方变成白茫茫一片,让导弹失去目标

现在经过导弹前方的引导头滤光后看起来也就是一个点而已(就像人拿着医院那种X光片对着太阳看一个道理),导弹能够自动识别目标的形状并实施攻击,别说太阳了,就是红外诱饵弹作用都已经不太大了!


狼烟火燎


以前的红外制导导弹的导引头不是很先进,不能够分辨发动机的尾喷口的热源和其他热源的区别,战斗机一旦被锁定之后,可以利用其它的热源摆脱导弹的跟踪,比如向着太阳飞去。

一般的空对空导弹都是热寻的导弹,依靠追踪飞机发动机尾喷管巨大的热能来攻击目标。当飞机被此导弹锁定以后,只能释放高热的干扰弹,同时做大过载机动来逃避导弹的追踪。

有时干扰弹并不能诱骗到导弹,那就只能寻找天上最强的热源,只有太阳了,所以一旦飞机被导弹锁定,就会拼命向着太阳直飞,等导弹跟上以后,然后突然收油做大过载机动,导弹会寻找最强的辐射源太阳一直飞去,直到能源耗尽自毁。这样的躲避方式只适用于白天,阴雨天也可以,因为战斗机在做逃逸的时候都是开加力超音速了,几秒就能穿越云层,见到太阳。


记忆录


在空空导弹的家族中,格斗导弹作为近距离内空中短兵相接的主要杀伤武器,大多采用红外制导体制。而最早的空空导弹,也是以红外体制为主。主要优点是发射后不用管,制导方式简单有效。导弹发射后会对准敌方战斗机温度最高的尾喷管而区,接近到一定距离引爆近炸引信,用破片或连杆战斗部击毁对方。

雷达制导的半主动或全主动空空导弹,出现的比红外模式的导弹晚几年。现在最先进的格斗导弹,出现了复合制导的新方式,但大多数仍然以红外制导为主。

被红外导弹锁定的飞机,早年在了解了红外制导的原理后,可以采取向太阳方向飞,或者边飞边发射热焰干扰弹的方式来规避来袭导弹,因为这类导弹都是抓住红外特征最明显的目标来打击。太阳是一个很大的天然红外源头,而热焰弹在一定范围内,也可以掩盖战机本身喷口的红外特征,都可以迷惑来袭导弹。

不过这些规避方式,在当代的最先进技术面前,逐渐原形毕露了。目前仍然作为装备主流的红外引导头,以碲镉汞模式为主,需要用液氮自带制冷,使用和保养条件要求很高。现在已出现了更高超的引导头技术,这就是二类超晶格红外探测和引导模式,在常温下就可以正常工作,省却了复杂的制冷系统。

新技术的最大优点是带宽在中红外和近红外可调。也就是同通过成分变化和结构变化,可以探测一系列不同波段的红外线信号。技术进步可以使得新型超晶格探测器以面阵列成像探测为主,导弹引导头获得的是目标的图像,而不仅仅是一个红外发射点源。

一旦被这类导弹锁定,敌机即使对着太阳飞,一样可以击中,因为飞机的图像在那里,掩盖不了;太阳的图像和飞机完全不一样。红外干扰弹的效果也大打折扣,导引算法是计算飞机的图案移动,而不是一个光点的移动。还可以用两个以上的波段成像,相当于用红光拍一张,用绿光拍一张,然后合成最后的彩色图像,对假目标的识别能力大大提高。因为假目标通常只在某个波段上跟真目标相近,换个波段拍出来的照片,假目标就一目了然了。

当前国内主要军工单位已经开始研发二类超晶格引导技术,这是未来的方向。这类新技术目前的最大缺点是超晶格生长工艺非常难!产量少而且性能不稳定,不过只要技术方向正确,全面突破也是早晚的事情。





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