為什麼中距空空導彈是雷達制導而近距是紅外製導?

天涯愛火


空–空導彈根據射程遠近分為:近距離格鬥彈和中距離攔截彈。通常情況下:500米~20公里是近距離空戰距離,20~100公里是中程攔截距離。

戰鬥機在彈使用紅外製導或者是雷達制導空–空導彈時,要根據目標機的光學特徵或者雷達信號特徵大小而定。

對於飛機來說它只要使用發動機就會有紅外線釋放出來,特別是發動機尾噴口,燃油經過空氣壓縮再燃燒之後,所產生的廢氣溫度非常高!所釋放出來的紅外特徵非常明顯,這在近距離空戰中,就給了敵方戰鬥機提供了非常好的目標跟蹤源頭。
F–16戰鬥機尾噴口的溫度至少在800度以上,紅外信號非常強烈,如果在“狗鬥”當中被敵機近距離“咬尾”根本逃脫不了。

由於發動機尾噴口的紅外線信號強烈而穩定,美軍在1950年代中期根據仿生學原理研製出來“響尾蛇”導彈,它就是使用對紅光敏感的材料製作成引導頭來跟蹤敵機尾部發出的紅外線...直至將敵機擊落。

“紅外製導”格鬥彈的最主要的部分都是彈頭處的紅外引導頭,它就相當於導彈的眼睛,早期的響尾蛇導彈或者蘇聯的AA–2“環礁”導彈,使用的是“硫化鉛”光敏材料製成,還要使用液氮冷卻,但“硫化鉛”光敏度不高、分辨層次率比較低,如果敵機迎著太陽飛或者發射紅外干擾彈,對它的干擾非常大...這也是早期紅外格鬥彈命中率低的主要原因!

隨著科技的進步,“銻化銦”光感材料替代了“硫化鉛”,並且採用基陣排列就像蜻蜓的複眼一樣,使得紅外引導頭敏感度更高,層次更加分明,基陣式紅外引導頭從最初的32×32位排列到現在的128×128排列,製造工藝逐步提高,性能也跟著大幅度提高。
但紅外引導頭也有
不可克服的缺點,就是它的跟蹤精確度會隨著距離遠近逐漸削薄,導彈飛行的越遠所遇到的氣象雜光也會越多,使紅外引導頭所受的干擾也越來越嚴重,加之液氮溫度的升高也使紅外引導頭冷卻效果變差,溫度升高後它自身就會產生紅外線,靈敏度進一步下降!所以,紅外引導頭只適合近距離格鬥彈的使用,超過25公里則是雷達制導中距離攔截導彈使用的範圍。



俄羅斯R–27雷達制導中距離攔截導彈所使用的雷達制導頭,左面是“半主動”雷達引導頭、右面是“主動”雷達引導頭。

雷達制導(引導)並不是說導彈離開發射架之後,就依靠自身雷達去跟蹤敵機,導彈上的雷達直徑很小隻有10多釐米,而且受導彈電池能量有限雷達功率也很低,如果導彈離開發射架就雷達開機自行制導,僅十幾秒鐘就會將電池電量使用完!那麼導彈也就成了無頭蒼蠅。所以,為了節省導彈的電池出現了“半主動雷達”,也就是導彈發射出去後,仍然由戰鬥機的主動雷達去跟蹤敵機,並且導彈也接收戰鬥機雷達回波,不斷修正自己的飛行軌跡...直到距離敵機10公里內(末端)才開啟自身雷達對敵機進行跟蹤和鎖定。


而全主動雷達制導導彈,指的是:慣性制導+複合脈衝多普勒雷達主動末端,通俗的解釋就是:導彈發射出去之後在火箭發動機的推進下慣性向前,到了距離目標20公里左右距離彈載雷達啟動工作,脈衝雷達波照射並引導導彈去攻擊目標,直至將目標機擊毀...這種所謂全制導方式具有一定的“發射不管能力”,目前大多數新一代中距離攔截導彈都採用這種方式去制導。
空–空導彈出現之後,完全改變了空戰的性質,高性能戰鬥機可以使用導彈同時與多架敵方戰機在距離幾十公里進行交戰,哪一方導彈的性能好,肯定會在空戰中獲勝!即便是進入到了近距離“狗鬥”也會是導彈性能好的一方佔優!所以,軍事強國目前在發展第五代隱身戰機的同時,還在大力發展更新一代飛行速度更快、制導性能更好的空–空導彈,以便在將來的空戰當中獲得更大的優勢。


皇家橡樹1972


從這張圖上我們可以看到,不同波段的無線電波在大氣中傳播時的透過率是不同的。近距空空導彈選擇的通常是紅外波段,常用的波段有兩個,3~4微米或者8~12微米。之所以用這兩個波段是因為在紅外波段中,只有這兩波段的透過率比較高。但是這兩個波段的透過率仍然不及雷達制導常用波段X、Ka、Ku波段的透過率高。當空氣中有霧霾或雨天時,紅外線的衰減比X、Ka、Ku波段衰減的更多。所以中距空空導彈通常選用雷達制導,因為其工作波段較長大氣透過率高,有利實現遠距離探測。而紅外波段衰減速度快不適合遠距離探測。

另外導引頭採用什麼波段跟導引頭的尺寸也有關,雷達波的天線要想達到比較高的收發效率其天線尺寸通常接近於雷達波長的一半。而雷達制導常用的X、Ka、Ku波段其波長是釐米級的,比紅外的微米級大了不少,這樣就導致X、Ka、Ku波段雷達引導頭的尺寸比紅外導引頭明顯要大,而近距制導空空導彈的彈徑受到限制不能太大,雷達天線太小對探測距離影響比較大,所以近距離制導不太適合採用雷達制導方式。

近距空空導彈通常的交戰距離比較近。在比較近的距離上,敵機的尾噴口噴射的火焰及機身與空氣摩擦產生的紅外線在乾淨的天空背景的襯托下是非常容易分辨的,而且紅外線波長短所以分辨率更高,引導頭尺寸也可以做的更小,並且可以採用成像制導方式提高抗干擾能力,所以近距離空空導彈採用紅外製導才是最佳選擇。


尖端防務


目前具有代表性的128x128凝視焦平面陣列紅外導引頭實際捕獲距離在5公里左右,所以中距彈一般使用主動雷達導引頭。

但也並不是所有中距彈都是主動雷達制導的,比如法國的米卡IR型就是紅外導引頭,是一款側重近距格鬥的中距彈。

法國的軍工能力不足以支撐這麼超前的設計理念(一彈雙模),所以製成兩種導引頭兩種彈,可以說是一款兩頭兼顧兩頭都沒顧上的中近距空空導彈,動力射程小,不可逃逸區被中美俄主流中距彈甩開好遠,屬實有點尷尬。


“上”“米卡”IR 被動紅外導引頭,

“下”“米卡”RF陶瓷雷達天線罩(慣性制導、中段載機指令制導、末端主動雷達)。

兩種型號採用相同的氣動佈局和動力模塊,3馬赫,噴口擾流板式矢量推進,最大過載40G左右,具備近距格鬥能力。


另外,需要明確的一點是,中美俄現役的主動雷達制導中距彈都是具備初級格鬥能力的,也就是說都具備高速大過載的機動能力,和近距捕獲目標的能力,是完全可以做到在近距發射中距彈的。

為了更好的兼具中近距格鬥能力,未來的空空導彈的開發方向是:具備被動紅外和主動雷達雙重製導模式的中距格鬥彈。

即:加強紅外探測能力並引導,整合內外作戰平臺的數據傳輸能力(A射B導模式“他機制導”),強化最大射程與最大過載(加強彈體結構,升級動力配方,矢量噴口),複合制導(雷達/紅外),將是必然趨勢。

AIM-9X


目前各國現役的中距彈,比如AIM-120D、流星等新一代導彈的動力射程已經跨過100公里,不可逃逸區幾乎比之前典型的中距彈擴大了一倍多,未來的中距彈在雙模製導體系下,會在遠離載機的空域與敵對機進行格鬥,而專用近距紅外格鬥彈將被邊緣化。


最焦點


因為紅外線的頻率很高,接近可見光,只能沿直線傳播,在大氣層中傳播衰減很快。距離遠了就很難發現,信號強度不足以變成電信號作為導彈的制導信號源。

雷達一般採用釐米波、毫米波。主要依據是無線電波在大氣層的衰減率。微波是電磁感應,敏感的雷達發射功率大,作用距離遠,通過信號調製提高靈敏度。

紅外線採用光電耦合,非調製信號,靈敏度低,作用距離近。適合作為近距離使用。


一葉楓流O靈似舞妖


因為紅外導彈一般要求先鎖定再發射。而中距導彈是先發射到20公里左右範圍內再鎖定。所以紅外只能用於近距離。現在也有進步紅外可以先發射了,但未見大規模應用,估計成熟還有一段時間。


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