歼20旋转释放干扰弹（F22击毁流浪气球）

前几日，身处舆论旋涡中的拜登当局最终下令，击落了因不可抗力误入美国领空的我国气象飞艇。这次攻击发生在18000米左右的高空，已经接近AIM-9X格斗空空导弹的包线边缘。另根据公开报道，在2019年7月，我空军航空兵某部的歼-10C战斗机，采取水平加速后大仰角拉起，以近乎垂直的角度，在动升限附近使用PL-10格斗空空导弹，击落了飞行高度超过20000米的高空侦察气球。

非常有趣的是，这两个战例有一个共同点，即我方与美方在打击低特征高空目标时，都选择了使用红外成像制导的格斗空空导弹。而这看似普通得事实背后，其实隐含着五代机超视距空战的重要参考。

众所周知，气象飞艇和高空侦察气球采用聚乙烯薄膜制造，一般是无动力或者只有电动机辅助动力，搭载的太阳能电池板和侦察设备上金属部不多。因此，该类目标的雷达反射截面积（RCS）很小，红外特征也不是很明显，与专门进行过隐身设计的第五代战斗机目标，有很大的相似性。

部分进行了隐身设计的战略轰炸机和第五代战斗机的出现，使得在第四代战斗机时代已经较为成熟的超视距空战的态势发生了巨大变化。在一定程度上，第五代战斗机之间的对决，很可能会从“隔空过招”回到“视距内狗斗”的状态。因为当前主流的中远程空空导弹制导系统，采用了大功率相控阵引雷达引导头，对于具有雷达隐身设计的目标，主要通过提高发射功率来获得更大的截获距离。但是，空空导弹受到平台尺寸的限制，自身的供电能力有限，而随着雷达隐身技术的发展，隐身飞机的雷达散射面积还在大幅度下降，未来继续挖潜的空间已经不多。

不过，任何温度在绝对零度（-273.15℃）以上的物体都会向外辐射红外能量，而不同的物体对外辐射的红外能量不同。因此可以通过接收目标物体释放的红外信号，经过处理生成图像信息，从而分辨目标景物和周围背景。最早实用化的红外制导装置，采用的是热点源制导，就是将目标视为是一个红外点光源，这种制导方式不需要复杂的图像处理，结构非常的简单，但是不具备识别干扰的能力，甚至在实战中出现过变身“逐日火箭”的情况。而随着技术的发展，现在的先进红外引导头，采用了的是红外成像制导，具备识别目标物体轮廓的能力，具有很强的抗干扰能力。

当然，对于红外成像制导并非没有对抗手段。诸如激光致盲、热烟幕屏蔽等手段，在实战中仍然展现出了不错的效果。但是，这类防御手段目前局限于地面和水面舰艇平台，空中平台暂时还无福消受。

根据目前的实践，红外隐身技术在第五代战斗机上产生的效果，远不如雷达隐身。在飞机上运用的红外隐身手段，主要有屏蔽热源、热抑制（如喷涂低发射率涂料）等，都有很大的局限性。比如屏蔽热源，主要是利用机身、机翼、尾翼和腹鳍等，在前向和侧向的有限角度范围内，遮挡动力系统产生的红外辐射。另外，作为第五代战机门槛标准之一的超声速巡航，会让蒙皮在气动加热下产生强烈的红外辐射，会极大的降低隐身效果。

第五代战斗机的红外辐射分布，与第四代战斗机相似，即前向的辐射小，侧向和后向的辐射特征明显。在亚声速飞行状态下，F-22A的前向红外辐射强度，大约是F-15C的30%左右。此时，红外导引系统的作用距离下降50%左右。而在雷达隐身方面，对于战斗机使用的X波段和Ku波段雷达，F-22A的前向雷达散射截面积（RCS）只有0.01平方米，而F-15C达到了约10平方米，二者相差了3个数量级。

以МИГ-29А型战斗机的Н-019雷达为例，其对雷达散射截面积3平方米的典型四代战机目标，有效截获距离大约40千米，对F-22A则仅有5千米。可见，进一步挖掘红外成像导引头的潜力，将大大有助于在对抗隐身飞机和弹药目标。

不过，目前红外制导的空空导弹多是近程格斗导弹，为数不多的几种红外中距空空导弹，综合性能与雷达制导型号相比，还存在不小的差距。比如大家熟悉的，随同СУ-27СК配套引进的Р-27Т和Р-27ЭТ空空导弹，就曾被戏谑是“烧火棍”，自服役以来从未在空战中取得击落战果。当然，最近几年倒是在也门胡赛武装的手中，被当做地空导弹使用时，击落了沙特皇家空军的F-15SA战斗机和Tornado“狂风”战斗轰炸机。

限制红外制导在中距空空导弹上运用的主要技术问题有以下三点：

第一，空空导弹红外成像制导系统通常采用球冠形整流罩，安放在弹头最前端。球冠形整流罩能够保证导引系统具有较大的跟踪场范围。而且在制导跟踪过程中，整个光学系统的像质不发生改变。但这种整流罩的气动阻力较大，影响导弹的飞行速度和射程。

第二，中距空空导弹为了获得更优的弹道条件，需要有比格斗空空导弹更高的最大飞行速度，导弹头部的气动加热问题更为严酷。激波和整流罩的红外辐射能通过光路进入红外探测器，造成背景噪声及干扰增加会严重影响红外导引头探测、截获和跟踪性能。

第三，红外导引头采用的被动工作方式不具备“距离门”搜索能力，复杂的强背景信号与目标自身的信号会混叠在一起被导引头接收，因此对自动目标识别能力提出了很高的要求。而在面对敌机大量施放红外诱饵时，红外导引头还必须解决在检测阶段抗红外诱饵干扰的问题。

上述气动阻力和气动加热的问题，相互之间存在高度的关联。目前，比较成熟的解决方案有3种，分别是采用保形整流罩、采用可抛弃是整流罩和采用大侧角平板侧窗整流罩。不过，上述技术手段还是存在未能突破的技术瓶颈，需要进行进一步的探索。

首先是保型光学整流罩，在2000年的时候已经被美国雷神公司（Raytheon）用于FIM-92“毒刺”便携式地空导弹的改进中。在换装长径比为1.5的保形整流罩应用于后，飞行中弹体受到的空气阻力减小了25%，最大射程从4800米提高到了8000米。后来，在美国的改进型AIM-9X和欧洲联合研制的“先进近程空空导弹”（ASRAAM Advanced Short Range Air-to-Air Missile）也有应用。

不过，现阶段保形光学技术依然存在一些问题。比如大范围校正像差的光学系统结构复杂，对于气动热抑制的效果不佳等。主要的原因是采用保形光学技术的导弹气动阻力低，最高速度相较传统钝头体的导弹更高，所以整流罩前端驻点处的激波温度更高，使得整流罩更易被依附其表面的高温激波层加热，导致整流罩产生的热辐射无法得到有效抑制。因此，保型光学整流罩目前还多用于射程较小的格斗空空导弹，在飞行时间较长的中距空空导弹上使用，还需要首先解决材料耐高温和抗畸变的问题。

最为直接的减阻方案是采用可抛弃式整流罩。即在导弹头部安装流线型整流罩，在发射和飞行的中段保持良好的超声速气动外形，当导弹进入末制导阶段后，在抛弃整流罩露出引导头捕捉目标。目前，可抛弃式整流罩已经运用在一些空空导弹改装的地空导弹上，比如德国的IRIS-T中近程防空系统和我国用于外贸出口的SD-30型（Sky Dragon-30）中程防空系统上。

不过，采用可抛弃式整流罩，意味着导弹无法进行“发射前截获”，只能在“发射后截获”，所以在初始和飞行中段必须进行航路修正，以确保在末段引导头能捕捉到目标。德国IRIS-T和我国的SD-30均采用初始惯性、中段数据链指令修正和末端红外成像的复合制导。

但是，修正指令的生成需要对导弹和目标位置进行测量，而在目前的技术水平下，机载光电瞄准系统（EOTS Electro-Optical Targeting System）和光电分布式孔径系统（EODAS Electro-Optical Distributed Aperture System）尚不足以提供足够精确的测量数据。因此，在作战中需要由其他平台提供目标指示，通过高速战术数据链发送给导弹。比如，将中段修正交由预警机进行，通过卫星战术数据链来传输修正指令。所以，可抛弃式整流罩的技术方案，在使用环境上有较大局限性。

既然需要采用复合制导，那么大倾角的平板侧窗整流罩就是一个不错的选择。由于布置在弹体侧面，避开了弹头的气动加热驻点。同时，让出来的弹头整流罩空间，又可以用来布置雷达引导头，正好实现了复合制导的目标。不过，平板侧窗结构也存在一些问题，比如引导头的视场受限，有效探测角度较小，弹体外形非对称，气动力控制难度大幅提升，在打击高机动目标的时，对弹体的姿态控制要求很高等。

虽然存在一些技术难点，好在目前也有比较成熟的解决方案。对于红外引导头视场受限、弹体结构非对称的问题，可以通过滚转弹体设计予以解决。而滚转弹体技术已经非常成熟，像美国的FIM-92“毒刺”系列便携式防空导弹、RIM-116近程舰空导弹、我国的“前卫”系列便携式防空导弹、HQ-10型舰空导弹等，都采用了滚转弹体的设计。

至于“发射后截获”需要的自动目标识别能力，目前也有成熟的应对方案。采用多色红外成像技术，可以同时在多个光谱波段上对同一对象（背景与目标）进行观测并获得相应波段的响应图像。它反映了观测对象在各个窄光谱波段上的响应特性，包含了观测对象的更多光谱能量和特征信息，可大大提高导弹的探测目标能力和抗干扰能力。

这方面目前已经有不少运用实例。比如，法国的MICA-IR“米卡红外型”和以色列的Python-5“怪蛇-5”格斗空空导弹，都采用了双波段红外成像导引头，具有较远的作用距离和较好的抗干扰能力。其中，MICA-IR采用的是机电扫描的双波段红外成像焦平面阵列探测器，而Python-5采用了更先进的双波段叠层凝视焦平面MCT探测器。

而中远程空空导弹的弹径，比格斗空空导弹更大，可以为红外成像导引系统提供更多的安装空间，便于采用大通光孔径的光学系统，可以有效提高红外成像导引系统的探测灵敏度，增加对目标的作用距离。

而第五代战斗机采用的红外隐身设计，主要是利用结构构件，在一定的角度范围内，遮挡动力系统的红外辐射，从而降低了目前主流的中波红外成像引导头，在迎头方向的截获距离。此时，目标在迎头方向上的主要红外辐射，来自机身的蒙皮，峰值波长处于长波段。因此，采用中/长波双色成像引导头，可以大幅度增强对隐身目标的全向探测能力，还可以极大的提高对干扰的分辨率。目前制约中/长波双色红外成像引导图的技术瓶颈，是整流罩材料的选取，而最佳解决办法是采用金刚石整流罩。

此次美国击落高空气象飞艇的案例和之前我军击落不明国籍高空侦察气球，都是空空导弹打击“低特征目标”的典型案例，对我军歼20与F22等五代战机之间的超视距空战有着重要启示。在中远程空空导弹上，结合先进红外成像引导头，将会极大的改变未来空战的态势。这是当前的重要国防技术攻关方向。

参考篇目：

《导弹飞行力学》 西安电子工程大学出版社 ISBN 978-7-5606-3543-9

《导弹制导与控制原理》 科学出版社 ISBN 978-7-03-049132-9

《航空兵器》2022年第2期 红外成像制导技术在反隐身空空导弹上的应用展望