防御第一线—形形色色的机载防御系统

源济

防御第一线—形形色色的机载防御系统 

2016-05-18 空军之翼

　　作者：Armstrong

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　　从沙漠干热和风沙，到热带高温和高湿，再到极地冰霜和风雪，军用固定翼飞机和旋翼机在设计上要满足最严苛的环境承受标准。不仅如此，它们还要在战斗中面对众多地面威胁——从高射炮到单兵便携防空系统(MANPADS)(如红外制导的FIM-92“毒刺”和SA-18“松鸡”)，再到雷达制导地空导弹。

　　躲避这些威胁的最好方法就是避免被发现，但如果已经被探测到，那么就要依靠机载防御系统来干扰和欺骗敌方电子传感器了，从而为自己赢得宝贵的逃脱机会。

　　如今的军用飞机已经安装了许多专用防御硬件，通过被动探测的方式发现并判断敌人是使用雷达、激光还是红外手段在探测、跟踪自己，或已经向自己发射了导弹。这些硬件设备的研制过程和飞机类似，也是先提出要求，然后开始设计并制造出原型机。原型机经过测试能满足要求后，这种防御硬件就开始投产，并最终安装在军用飞机上。

　　制造商们已经花费巨资来完善自己的防御硬件产品，其结果是机载防御系统正变得越来越可靠、越来越轻便，而且也更易集成在飞机的航电托架上。

　　红外辐射

　　飞机在飞行中总是会发出红外辐射，其中发动机尾喷管是特别强烈的红外辐射源，能被导弹红外引导头这类的小型传感器死死锁定。红外制导导弹的优势在于一旦引导头锁定某个灼热目标后，只要发射出去就不用做后续动作了，这就是术语“发射后不管”的由来。在过去，正遭受红外导弹攻击的飞机在规避时可以诱骗导弹锁定一个更热的热源，如发射镁粉热焰弹或对着太阳爬升。

　　飞机在飞行中产生红外辐射的部位

　　F-22战斗机的红外图像

　　但随着技术的进步，导弹引导头已经可以探测飞机表面与气流摩擦产生的热量。这种引导头被冷却到非常低的温度，对热源非常敏感，而且通过对软件优化已经能分辨出目标与太阳和热焰弹的区别。

　　休斯飞机公司在20世纪70年代进行了一项绝密试验，结果发现飞机表面的油漆也会影响红外辐射，光泽表面、颜色丰富的机身装饰彩条和垂尾尾号能反射足以被引导头锁定的红外辐射。所以，今天大多数军用飞机都采用无光泽涂装，机身和垂尾号码也被涂成低视色，尽量降低不必要的红外反射。

　　AIM-9X引导头生成的红外图像

　　尾喷管设计

　　除涂装外，军用飞机在设计中也很注重先进排气系统的设计，目标是显著降低排气温度，使某些类型的红外导弹无法维持锁定。但不管怎样设计，先进排气系统的基本原理都是通过加强灼热喷气气流与外部冷空气的掺混来降低排气温度，进而降低飞机的整体红外辐射。

　　A-10“雷电II”攻击机虽然没有采用先进排气设计，但两台发动机尾喷管上偏一定角度，给导弹引导头直视发动机涡轮造成一点难度，而且喷管排出的热气还能被双垂尾屏蔽。先进排气系统对军用直升机来说更加重要，不仅能在飞行和悬停中加速冷空气与热废气的混合以降低红外辐射，还能完全阻止红外引导头直视涡轮叶片。例如UH-60“黑鹰”直升机的HIRSS(悬停红外抑制系统)喷管，以及AH-64“阿帕奇”的“黑洞”喷管。

　　F-117“夜鹰”的尾喷管被称作“排气扩散器”，热废气通过一个扁平狭长的槽排出，大大增加冷热空气的掺混面积。而在AC-130U“幽灵”炮艇机上，每台发动机的排气管都被罩起来以加强掺混，降低红外辐射，这些罩子在非威胁区域可以拆除以减少重量和损耗。

　　A-10“雷电II”攻击机虽然没有采用先进排气设计，但两台发动机尾喷管上偏一定角度，给导弹引导头直视发动机涡轮造成一点难度

　　UH-60“黑鹰”直升机的HIRSS(悬停红外抑制系统)喷管

　　AH-64“阿帕奇”的“黑洞”喷管

　　F-117“夜鹰”的尾喷管被称作“排气扩散器”，热废气通过一个扁平狭长的槽排出，大大增加冷热空气的掺混面积

　　在AC-130U“幽灵”炮艇机上，每台发动机的排气管都被罩起来以加强掺混

　　箔条弹和热焰弹

　　在复杂的红外对抗系统问世前，军用飞机多年来一直使用箔条弹和热焰弹干扰和诱骗来袭导弹。箔条弹中的金属箔片散布在空中形成一个虚假的雷达目标;热焰弹则发射高强度红外信号来诱骗早期红外制导导弹。箔条弹和热焰弹需要用特殊发射器发射，如M-130、ALE-40、ALE-47等，可手动发射也可以自动发射。

　　C-17发射热焰弹

　　箔条弹的干扰原理

　　干扰发射器已成为军用运输机、直升机和战斗机的标准配备。美国海军陆战队的AV-8B“鹞II”在垂尾根部的后机身上方安装了4个ALE-47发射器，共可装120枚干扰弹。美国空军的A-10在翼尖安装了8个ALE-40发射器模块，每个可装30枚干扰弹，此外还在两个主起落架整流罩内安装了8个模块，共可装480枚干扰弹。对于执行近距对地支援任务的A-10来说，干扰弹数量永远不会嫌多。

　　为P-3C的ALE-47发射器填装弹药

　　A-10翼尖下方的AN/ALE-40(V)10/X发射器

　　红外对抗系统

　　导弹使用快速燃烧的固体燃料发动机来实现极高的加速性能并缩短留给目标的反应时间，但同样会发出热辐射，所以能探测到这种热辐射的机载传感器就应运而生了。

　　安装位置合理的导弹逼近传感器能实现全向覆盖，当传感器探测到较冷大气背景中的导弹热喷流后就向机组发出警告。当然，传感器也能与机载防御系统的其他组件相连，如热焰弹和箔条弹发射器，实现自动发射干扰弹，使机组在第一时间实施规避机动的同时对导弹进行干扰。而这种搭配就形成了最基本的红外对抗系统。

　　箔条弹中的干扰丝

　　最早的红外对抗系统体积庞大，只能装在吊舱中。今天的红外对抗系统已经发展成又小又轻的模块化组件，甚至还能发射红外能量脉冲来混淆和淹没导弹引导头，使导弹脱锁偏离目标。

　　用于特种作战的运输机和直升机由于要低空抵近作战，完全暴露在敌军面前，特别容易受到红外制导导弹的攻击，而且给机组留出的反应时间也很短。上世纪70年代中后期，美军为了满足特战需求，开始推动红外对抗系统的小形化高效化和轻量化，早期产品就是安装在美国空军MC-130E“战斗爪”上的AAQ-8红外对抗吊舱。

　　AAQ-8红外对抗吊舱

　　AAR-47被动导弹预警系统

　　AAR-47是一种被广泛使用的被动导弹预警系统，一架飞机通常安装4个装传感器以实现全方位覆盖，每个传感器负责监视一个扇区，探测导弹尾焰这样的热源。

　　安装在C-130J上的AAR-47系统

　　安装在机身表面的传感器只是AAR-47系统的一个组成部分，此外还有安装在机身内部的计算机处理单元和向机组显示威胁的显示单元。

　　目前众多防空武器都使用激光测距仪获得目标距离参数，所以AAR-47系统经过不断改进后，AAR-47(V)2的光学传感器转换器(OSC)已经具备了探测激光照射的能力。

　　AAR-47(V)2的光学传感器转换器(OSC)已经具备了探测激光照射的能力

　　定向红外对抗系统

　　ALQ-157和ALQ-144这样的红外对抗设备通过向一个很宽的弧面(ALQ-144是向360度)发射红外能量脉冲来干扰导弹引导头，虽然能进行大面积覆盖，但缺乏集中和强烈的能量输出。随着技术的进步，现在这种主动红外对抗手段已经进化成了定向红外对抗(DIRCM)。

　　英国空军C-130机身两侧安装的AN/ALQ-157红外干扰器

　　ALQ-157全家福

　　ALQ-144在直升机上更常见到

　　导弹逼近传感器探测并跟踪到导弹威胁后，定向红外对抗系统的转塔会指向导弹来袭方向，对导弹引导头发射出强烈而集中的脉冲能量，这种能量可以来自高功率氙灯或激光。定向发射脉冲能量的好处是能把所有能量击中于一点，对导弹引导头实施干扰、致眩甚至毁伤。一旦这枚导弹已经失去威胁，系统可以在极短时间转向另一枚导弹。

　　定向发射脉冲能量的好处是能把所有能量击中于一点，对导弹引导头实施干扰、致眩甚至毁伤

　　导弹引导头被激光照射时无法锁定目标

　　目前美军的标准定向红外对抗系统是AAR-54 PMAWS(无源导弹逼近告警系统)传感器阵列和AAQ-24“复仇者”DIRCM。这套系统是美英联合研制的，在测试中相当成功。以AC-130U“幽灵”为例，该机的尾锥上安装有3个AAR-54传感器，两个对着两侧覆盖机尾象限，一个直视下方探测从航线下方射来的导弹。AC-130U的后机身两侧还各有一个整流罩鼓包，上面各装一个AAQ-24 DIRCM转塔，不使用时球形转塔转向保护位置以避免光学窗口遭受外来物损伤(FOD)。

　　目前美军的标准定向红外对抗系统是AAR-54 PMAWS(无源导弹逼近告警系统)传感器阵列和AAQ-24“复仇者”DIRCM(紧凑型)

　　以AC-130U“幽灵”为例，该机的尾锥上安装有3个AAR-54传感器，两个对着两侧覆盖机尾象限，一个直视下方探测从航线下方射来的导弹

　　AC-130U的后机身两侧还各有一个整流罩鼓包，上面各装一个AAQ-24 DIRCM转塔

　　AAQ-24还有一种适合安装在小型飞机和直升机上的紧凑型，并已经装在了美国空军CV-22B“鱼鹰”和丹麦皇家空军的AW101上。在AW101直升机上，这两个系统安装在机身两侧的整流罩上，可提供全向覆盖。

　　CV-22在尾舱门两侧安装了AAQ-24

　　在AW101直升机上，这两个系统安装在机身两侧的整流罩上，可提供全向覆盖

　　激光告警系统

　　现代防空系统越来越多使用激光测距仪进行目标测距和测高，这些数据对发射导弹或高炮射击来说至关重要。单兵激光制导防空导弹更是需要操作员持续照射目标。所以军用机需要在机身表面安装激光告警传感器来探测这种照射，机组在受到警报后必须实施规避机动，可以飞入云层或利用地形进行掩护，让激光测距仪无法获得火控参数。AVR-2是一种被广泛使用的激光告警传感器，一般一架飞机需要装4个以提供360度覆盖。

　　AH-64A“阿帕奇”直升机尾梁上的AVR-2激光告警传感器

　　随着技术的进步，军用飞机在不久的将来可能会装备致眩或暂时致盲激光制导防空导弹操作员的主动干扰设备。这种设备能向正照射自己的敌导弹操作员射出压制激光，只要持续几秒就能使飞行中的激光制导导弹偏离目标。该系统的工作原理和定向红外对抗系统类似，传感器在探测到激光照射后，指挥转塔向激光来源方位发射强烈的多光谱激光束，敌方人员即使佩戴防护眼镜也无济于事，导致眩晕甚至暂时失明，进而使导弹偏离目标。

　　随着技术的进步，军用飞机在不久的将来可能会装备致眩或暂时致盲激光制导防空导弹操作员的主动干扰设备

　　雷达告警传感器

　　探测雷达辐射的机载传感器已经发展了几十年，这种调谐到已知敌方雷达频率的被动天线在探测到雷达波后会向机组发出音频和视觉警报，指示雷达波的方位、强度以及雷达的类型。大多数雷达制导高炮和地空导弹系统都使用预警/搜索雷达发现目标，然后使用指示/跟踪雷达对目标进行持续照射进行制导。被指示/跟踪雷达锁定后，飞机可以采取回避行动，或对雷达进行干扰和欺骗，让导弹去攻击一个假目标。雷达告警接收机最初也是以吊舱形式挂在机翼下方的，后来随着技术的发展，小型化到能安装在机身表面。

　　APR-39/ALR-69

　　APR-39雷达告警接收机(RWR)是美军广泛使用的硬件，结构紧凑，性能可靠，并已在世界各地的作战行动中经过了验证。该雷达告警接收机包括有5个天线(四个螺旋天线/一个刀片天线，安装在机身上提供全向覆盖)，一个指示显示器，一个控制面板和电子设备“黑盒子”。该系统能够探测到E、F、G、H、I和J波段的雷达信号。

　　APR-39雷达告警接收机全家福

　　更新型的ALR-69雷达告警接收机也有四个螺旋天线和一个刀片天线，能探测到面空导弹制导信号。一旦系统分析并确定威胁后，就在显示器上向机组显示出威胁信息，自动或手动启动相应的对抗措施。使用该系统的飞机有C-130、A-10和F-16。

　　A-10机尾的两个ALR-69传感器

　　C-130H机腹的ALR-69传感器阵列

　　隐身

　　上世纪70年代末，第一种实用化的隐身飞机F-117“夜鹰”问世，该机改用独特的多面体外形，进气口安装了屏蔽格栅，扁平的尾喷管能大大降低红外辐射。虽然F-117的隐身设计在1991年的“沙漠风暴”行动中经历实战考验，但仍存在有不少缺陷，如低效的气动设计、没有雷达和自卫导弹、也没有为升级留下空间。

　　像F-22“猛禽”和F-35“闪电II”这样的新一代隐身飞机采用了最新的隐形技术、复杂的机身外形、先进涂层和雷达吸波结构，大大降低了雷达截面积(RCS)。更重要的是这两种战斗机在出厂时就安装了完善的防御系统，而且还能在外场进行修改或升级。

　　虽然F-117的隐身设计在1991年的“沙漠风暴”行动中经历实战考验，但仍存在有不少缺陷

　　电子战

　　不具备内置电子战设备或需要额外防护的军用飞机可以挂载外部电子战吊舱，这种吊舱可对一系列辐射威胁进行探测、分析，并实施针对性干扰。美国空军使用的ALQ-184和ALQ-131干扰吊舱就是其中的典型代表。

　　ALQ-184可以干扰地空导弹和高炮的火控雷达以及战斗机的机载雷达，已经出现了11种型号，并发展出了能容纳4个拖曳诱饵的版本。ALQ-131可以自动干扰大多数武器的火控雷达。这两种吊舱都是可编程的，其中ALQ-131的平均故障间隔时间(MTBF)超过200小时。

　　ALQ-184干扰吊舱

　　集成拖曳诱饵的ALQ-184(V)11

　　ALQ-131干扰吊舱

　　诱饵

　　B-1B“枪骑兵”、F-16“战隼”和F/A-18“大黄蜂”装备了拖曳诱饵，用一根长长的导线在身后拖曳一个雷达诱饵。诱饵发射出模仿载机的电子和雷达信号，诱骗雷达制导导弹把自己当成真目标进行攻击，牺牲自己保全飞机。

　　ALE-50拖曳诱饵

　　ALE-55拖曳诱饵

　　ALE-55的光纤拖曳诱饵

　　结语

　　和现代战争的许多其他方面一样，在机载防御领域，天平既不偏向攻击者也不偏向防御者，出现锋利长矛后，必将会有对应的坚固盾牌。今后，为了应对不断发展的威胁，机载防御系统也必将越来越独特、复杂、昂贵。