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中国电磁与红外隐身试飞研究:支持新武器研制FC-31战机中国电磁与红外隐身试飞研究:支持新武器研制直-10

1990年8月伊拉克入侵科威特,随后以美国为首的多国联盟在联合国安理会的授权下,为恢复科威特领土完整,对伊拉克发动了局部战争。1991年1月17日,巴格达时间2时40分左右,多国部队向伊拉克发起了代号为“沙漠风暴”的大规模空袭,“海湾战争”由此爆发。

在海湾战争中,美国动用了44架F-117A隐身飞机参加了对巴格达的空袭行动,总共出动1271架次,突破伊拉克防空网对雷达、通信设施、电台、指挥控制系统、发电厂等关键目标实施精确打击,取得了重创95%的重点目标而自身无一损伤的战果,出乎意料的战绩震惊了世界,从此隐身飞机名声大噪,“隐身”的概念也逐步为人所知,研究隐身问题的专业——“目标特性”也逐渐浮出水面被人们认识。

飞行试验中的目标特性

现代高科技战争,是在(陆、海、空、天、电子、信息)多维战场空间上的军事对抗,其实质是探测与反探测的大对抗,它涉及目标探测、侦察、搜索与跟踪、目标识别、精确制导、伪装、隐身、反隐身、光电对抗等众多军事领域,而所有这些技术的发展都离不开目标与环境特性技术的研究支撑。

目标与环境特性技术所涉猎的研究范围这么广泛,它究竟是一项什么样的技术呢?其实,目标与环境特性(以下简称“目标特性”)是指目标在使用环境下,可被探测和感知的固有属性,它是与目标本体、探测手段、所处环境、实时态势等紧密相关、相互作用、多维动态的属性。

以防空导弹体系为例,一个完整的作战任务从侦察、发现、跟踪、识别、拦截直到引爆杀伤目标等全过程,都需要根据来袭目标的特征来设计探测系统、跟踪制导系统和引信战斗部系统的参数。特别是当今,随着隐身技术和电子对抗技术的不断发展,来袭目标大多采用多目标、诱饵、隐身和低空飞行等先进的突防技术,所以防空导弹系统正面临着严峻的挑战。为了增强防空导弹系统的反隐身、抗干扰和识别真假目标的能力,必须要把来袭目标的目标特性搞清楚,因此目标特性技术是一项基础应用性的技术研究工作。

近几场世界现代战争都证明,要在信息化作战条件下实现有效探测、识别和打击敌方目标,最大限度地实现己方目标的隐身、伪装和突防,就必须充分掌握敌我双方各类目标及其环境特性。因此,目标特性技术是一项涉及光、电、声等诸多专业领域,以导弹、卫星、飞机、舰船、装甲车等目标以及地面、海面、水下和空中背景为研究对象的共性技术。该技术作为一项重要的关键技术,服务于国防科技以及武器装备研制和作战使用的全过程。

目标特性飞行试验的研究方向

目标与环境特性研究,作为跨军兵种的共性技术领域,是具有全局性、基础性和先行性的国防关键技术工作。目标特性专业主要有电磁目标特性和红外目标特性两个大方向。

雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)是表征目标隐身性能的重要指标,RCS大则雷达探测距离远,预警越早就越有时间准备反击,RCS小则雷达发现距离近,当飞机的RCS小于某个值的时候就称为低可探测目标,即隐身飞机。若遇到隐身飞机攻击时,距离远雷达发现不了,当距离近时,防空武器系统来不及反击就“牺牲”了,所以,RCS密切关系到飞机生存力的问题。

隐身技术即减小飞机目标等被探测的敏感性的技术,雷达隐身就是千方百计地减小武器装备的RCS,红外隐身是减小飞机的红外辐射强度,射频隐身是控制飞机的机载信息设备和传感器的射频辐射强度,它在提高军机突防能力、生存力与作战效能方面发挥了重要作用。此外,制导体制的重点发展方向是红外成像、激光、毫米波,其中光学占据了两大项,远程红外探测成为重要的反隐身手段。因此对飞机红外特性的理解与控制,成了影响未来战争任务效能的关键因素。

电磁目标特性飞行试验是依据雷达方程,利用测量雷达获取空中目标RCS的试验手段,它属于远距离非接触间接测量。单站测量时,雷达方程可表示为目标回波功率、目标RCS、发射系统、接收系统和传播路径等若干参数的方程。通过飞行试验可以获取飞机在真实环境下的雷达散射特性数据,对实测数据进行统计分析,可实现对飞机隐身性能的鉴定与评估,将测试数据进行分类、管理,可建立动态电磁散射特性测量数据库,为空中目标的电磁散射仿真建模、目标识别技术的发展奠定基础。

任何高于绝对零度的物体都时时刻刻向外辐射红外波段的能量,因此通过相应的探测器就可以对物体进行红外探测和测试。在红外领域中,通常把红外辐射波段按波长分为4个波段。每一个波段都包含至少一个大气窗口,在窗口里大气对红外辐射是透明的。飞机的红外辐射特性主要来源于被加热的金属尾喷管热辐射、发动机排出的高温尾焰辐射、飞机飞行时的气动加热会形成的蒙皮热辐射,以及对环境辐射的反射。

红外目标特性飞行试验是利用红外测量设备获取飞机的红外辐射特性,通过分析红外测试结果,验证红外隐身技术的有效性,促进红外隐身技术发展,为后期新型号飞机红外隐身设计提供技术储备,为制定新研飞机红外隐身指标提供技术支撑。

目标特性试飞技术的发展

在国内,20世纪70年代开始系统地从实验和理论方面对飞机和目标特性进行研究,将“目标特性和传输特性”列为国防科技应用基础研究重点项目,加强了目标特性的研究及组织机构建设。近年来,以中航工业试飞中心为代表的多家研究院所开展了飞机电磁散射特性和红外辐射特性的研究。

电磁目标特性发展历程

试飞中心在目标特性研究过程中,成功对二代机的动态RCS进行测量,首次完成了二代机雷达探测敏感性验证RCS动态对比测试,积累了大量的数据和经验。通过“全尺寸目标静态与动态电磁散射特性测量与统计建模”项目,研制成功多极化全相参目标特性测量雷达,研究人员进一步对动态测量技术进行研究,其研究成果成功运用在战斗机设计定型、雷达探测敏感性RCS动态测试试飞,并在战斗机测试验证数据的基础上,建立了全视向的RCS分布模型。

试飞中心多年来进行了飞机动态RCS测试和探测敏感性验证试飞,实现了飞机动态RCS测量技术在型号鉴定中的应用。利用多极化全相参测量雷达,试飞中心对飞机在多个频段的动态RCS进行了全视向测试,并对动态RCS测量试验方法和数据处理方法进一步优化和确认。测试研究的顺利进行,为后续型号雷达探测敏感性的评估奠定了基础。

随着时代的进步,试飞中心研制了多波段目标特性测量雷达系统,该雷达系统可同时进行多个波段的RCS测试。近年来,在动态RCS测量试飞中,试飞中心首次利用多波段目标特性测量雷达系统对飞机进行动态RCS及其散射矩阵测量等,技术实力在国内处于领先水平。面对新雷达的测量体制、新的数据格式,以及对数据准确性和一致性验证的挑战以及紧迫的任务,试飞中心RCS测量团队以扎实的研究工作基础从容应对,为后续型号生存力测评任务铺平了技术道路。

红外目标特性发展历程

从20世纪开始,国内系统地从实验和理论方面对飞机和导弹的红外特性进行研究,重点开展机载红外测量技术和方法的研究,着重发展机载红外测量系统的研制与建设工作。

试飞中心从事目标红外特性研究以来,曾组织国内多家单位对多种飞机、发动机等进行了地面静态联合红外特性测量试验;研制了地对空转台红外测量系统,用该系统对多种飞机及其红外干扰弹进行了地对空红外特性飞行测量试验。

同时,试飞中心启动了红外特性测量试验机项目,研制机载超声速红外测量吊舱,进行飞机动态红外辐射特性测量,实现动态红外辐射测量技术首次在型号鉴定中应用。目前,该吊舱已对多种运输机、战斗机进行了空对空红外测量飞行试验。同时开展了地球/大气背景红外光谱特性测量飞行,为型号任务最佳工作波段的选择提供了试飞依据;并在飞机动态红外测量数据的基础上,建立了红外数学模型,为目标红外低可探测性评估技术研究奠定了基础。

近年来,试飞中心完成飞机地面静态红外辐射特性测试,使用最新研制的红外测试系统,对典型发动机工作状态下的红外辐射特性进行测试。试飞中心开发了红外图像格式转换软件,解决了红外图像特殊格式的通用化转换功能,扩大了红外图像的应用范围,提高了红外图像的数据处理效率,节省了大量人力、物力,为战斗机的动态红外辐射特性测试奠定了基础、铺平了道路。

总的来说,我国目标特性技术经过几十年的发展,已形成了较为完备的研究体系,建立了以建模仿真、实验室、测试场等为主的研究试验平台,并为我国新型武器装备研制和试验提供了技术支撑。我们要继续加大研究力度,扩充测量手段,重视体系化的数据管理,提供更专业的数据分析能力和应用研究技术,更好地服务于整个武器装备的生命周期。(中航工业试飞中心)

来源:中国航空报

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