彈道導(dǎo)彈突防干擾裝置工程應(yīng)用技術(shù)

陳方予，薛曉強(qiáng)，郭冬子，馬 威，邵偉龍

(北京機(jī)電工程總體設(shè)計部，北京 100854)

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彈道導(dǎo)彈突防干擾裝置工程應(yīng)用技術(shù)

陳方予，薛曉強(qiáng)，郭冬子，馬 威，邵偉龍

(北京機(jī)電工程總體設(shè)計部，北京 100854)

介紹了沿慣性彈道飛行的彈道導(dǎo)彈突防常用的幾種彈載干擾裝置，簡述了這幾種干擾裝置的用途和特點，分析了使用時可能需要重點考慮的問題。根據(jù)每種干擾裝置的用途和特點，說明了彈載突防干擾裝置工作時與彈頭之間應(yīng)該具有合理的空間分布關(guān)系，并指出了一些干擾裝置應(yīng)用的局限性。

彈道導(dǎo)彈；突防干擾裝置；工程應(yīng)用技術(shù)

0 引言

彈道導(dǎo)彈突防使用多種手段，有整形隱身、調(diào)姿隱身、機(jī)動變軌飛行等，另外還使用自衛(wèi)式(簡稱彈載突防干擾裝置)進(jìn)行突防[1]。彈載突防干擾裝置的作用是干擾反導(dǎo)雷達(dá)和攔截彈導(dǎo)引頭對導(dǎo)彈的探測、識別和跟蹤，使反導(dǎo)武器難以攔截進(jìn)攻導(dǎo)彈。彈載突防干擾裝置有多種，從使用方式上分為內(nèi)置式和伴飛式，從干擾對象上分為雷達(dá)干擾裝置和紅外干擾裝置。不同使用方式、針對不同干擾對象的彈載突防干擾裝置各有特點，使用時為充分發(fā)揮各種干擾裝置的效能，需要根據(jù)各自特點，合理地設(shè)計使用條件。本文試論這些彈載突防干擾裝置的使用條件及相關(guān)技術(shù)。

1 彈道導(dǎo)彈突防干擾裝置應(yīng)用

彈道導(dǎo)彈突防常用的彈載干擾裝置有：內(nèi)置式雷達(dá)干擾機(jī)、伴飛式雷達(dá)干擾機(jī)、伴飛式紅外誘餌、伴飛式紅外雷達(dá)復(fù)合誘餌。

1.1 內(nèi)置式雷達(dá)干擾機(jī)應(yīng)用

彈道導(dǎo)彈突防使用的內(nèi)置式雷達(dá)干擾機(jī)在功能上與機(jī)載干擾吊艙類似，但兩者工作環(huán)境不同，導(dǎo)致使用中需要解決的工程問題也不同。機(jī)載干擾吊艙掛于飛機(jī)機(jī)翼下，飛機(jī)平飛時，機(jī)身對干擾信號幾乎沒有遮擋，另外飛機(jī)飛行速度Ma數(shù)一般不超過3，氣動壓和氣動加熱對吊艙前端整流罩的力熱影響不嚴(yán)重，整流罩可以做的較薄，薄的整流罩有較好的寬頻帶特性和透波特性。內(nèi)置式雷達(dá)干擾機(jī)安裝于彈頭內(nèi)，彈頭鼻錐向防熱抗壓材料結(jié)構(gòu)較厚，用于抗氣動熱燒蝕，透波性能相對較差，干擾機(jī)天線不宜安裝在彈頭鼻錐向位置，通常安裝在彈頭斜錐面上，導(dǎo)彈在作隱身調(diào)姿和再入零攻角飛行時，彈頭的斜錐面可能會遮擋前向輻射的干擾信號，可能需要多個天線才能覆蓋需要干擾的角域；同時彈道導(dǎo)彈飛行速度高，再入時氣動加熱現(xiàn)象嚴(yán)重，干擾機(jī)天線需要使用防熱透波罩，一般材料的防熱透波罩難以做薄(做成薄壁天線罩)，厚壁天線罩設(shè)計是基于天線罩兩個界面的反射波對消機(jī)理，透波性能與傳輸信號波長相關(guān)，具有窄帶、周期性特性[2]，如果彈頭內(nèi)安裝有雷達(dá)導(dǎo)引頭，彈頭天線罩設(shè)計時不但要考慮干擾機(jī)工作頻率，還要兼顧雷達(dá)導(dǎo)引頭的工作頻率。內(nèi)置式雷達(dá)干擾機(jī)天線罩設(shè)計時需要均衡多方面因素，綜合考慮。提高干擾機(jī)有效輻射功率(ERP)可以部分緩解天線罩干擾信號透波率低的影響。

1.2 伴飛式雷達(dá)干擾機(jī)應(yīng)用

伴飛式雷達(dá)干擾機(jī)使用時，由導(dǎo)彈在真空中釋放，被釋放的干擾機(jī)依靠慣性與導(dǎo)彈一同在空間伴飛[3]。導(dǎo)彈釋放干擾機(jī)的時機(jī)、角度和速度決定了二者后續(xù)在空間飛行時的相對位置關(guān)系，而這一位置關(guān)系將影響干擾機(jī)對導(dǎo)彈的掩護(hù)效果，下面分析使用伴飛式雷達(dá)干擾機(jī)時，選擇釋放時機(jī)、角度和速度需要考慮的因素。

1.2.1 釋放時機(jī)

伴飛式雷達(dá)干擾機(jī)釋放時機(jī)選擇在導(dǎo)彈進(jìn)入真空飛行后，盡可能早釋放，其原因一是釋放結(jié)束后，導(dǎo)彈可立即采取調(diào)姿隱身措施，有利于導(dǎo)彈隱身措施的發(fā)揮；二是釋放干擾機(jī)時導(dǎo)彈通常需要轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的導(dǎo)彈在反導(dǎo)雷達(dá)觀測方向上可能會出現(xiàn)較大的RCS值，易于被反導(dǎo)雷達(dá)截獲，同時如果反導(dǎo)雷達(dá)監(jiān)測到干擾機(jī)的釋放過程，則有可能削弱干擾機(jī)的使用效果；三是每個被釋放的干擾裝置本身就具有RCS特征，能夠起到類似雷達(dá)誘餌的作用，盡早釋放，可盡早發(fā)揮作用。

1.2.2 釋放角度和釋放速度

當(dāng)雷達(dá)干擾機(jī)釋放時機(jī)確定后，干擾機(jī)釋放角度、釋放速度需要聯(lián)合設(shè)計，以保證在導(dǎo)彈受反導(dǎo)雷達(dá)威脅時間段內(nèi)，干擾機(jī)與導(dǎo)彈有合理的空域分布關(guān)系。一個彈道導(dǎo)彈突防單部反導(dǎo)雷達(dá)時，典型的攻防武器位置幾何關(guān)系如圖1所示。

圖1 突破單部反導(dǎo)雷達(dá)時典型的攻防武器位置幾何關(guān)系

1)在反導(dǎo)雷達(dá)威脅區(qū)間內(nèi)[4]，即自反導(dǎo)雷達(dá)截獲彈頭開始(圖1中AD段)，至攔截交會角超過攔截彈允許最大交會角α止(圖1中DE段)，反導(dǎo)雷達(dá)觀測彈頭時，干擾機(jī)與彈頭應(yīng)同在一個雷達(dá)波束內(nèi)，使得反導(dǎo)雷達(dá)觀測彈頭時，干擾機(jī)能夠?qū)Ψ磳?dǎo)雷達(dá)實施主瓣干擾。如果干擾機(jī)不能與彈頭同在一個雷達(dá)波束內(nèi)，反導(dǎo)雷達(dá)觀測彈頭時，進(jìn)入雷達(dá)接收機(jī)的干擾信號在功率上將會損失一個雷達(dá)天線主瓣增益值，通常會達(dá)到20dB以上，導(dǎo)致干擾信號能量大量浪費，使得干擾效果降低。

2)在反導(dǎo)雷達(dá)威脅區(qū)間內(nèi)，干擾機(jī)應(yīng)具有合理的飛行姿態(tài)，使得干擾機(jī)天線主瓣寬度β能夠覆蓋地面反導(dǎo)雷達(dá)布設(shè)區(qū)域(圖1中DF段)。如果干擾機(jī)天線主瓣不能覆蓋地面反導(dǎo)雷達(dá)，同樣，到達(dá)反導(dǎo)雷達(dá)的干擾信號功率將損失一個干擾機(jī)天線增益的數(shù)值，通常能達(dá)到10dB以上。干擾機(jī)空間飛行姿態(tài)由釋放角決定，穩(wěn)定性通過自旋和干擾機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計來實現(xiàn)。干擾機(jī)在大氣層外飛行時，通過自旋將橫向擾動轉(zhuǎn)化為章動，保持干擾機(jī)天線指向的穩(wěn)定；在大氣層內(nèi)飛行時，通過干擾機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計，利用氣動力穩(wěn)定干擾機(jī)天線的指向，干擾機(jī)的靜穩(wěn)定度通常需要達(dá)到2%以上[5-6]。顯然自旋速度越大，靜穩(wěn)定度越高，干擾機(jī)姿態(tài)越穩(wěn)定，干擾機(jī)天線的擺角越小。考慮到干擾機(jī)需要長距離飛行，且干擾機(jī)一旦被釋放后在真空中沒有二次自定姿能力，進(jìn)入大氣層后，不能配平攻角，基本上采取零攻角飛行，同時注意到反導(dǎo)火力點布設(shè)范圍可能是一個較廣的區(qū)域，在目前干擾機(jī)難以使用窄波束瞄準(zhǔn)反導(dǎo)雷達(dá)的情況下，干擾機(jī)天線需要具有較寬的波束，通常不小于100°×100°。

3)在反導(dǎo)雷達(dá)威脅區(qū)間內(nèi)，反導(dǎo)雷達(dá)觀測導(dǎo)彈時，干擾機(jī)應(yīng)位于導(dǎo)彈前方，前置距離R應(yīng)能使電波在這一距離上往返傳輸時間Δt大于回答式干擾機(jī)的反應(yīng)時間τ，如圖2所示。其目的是使彈頭回波信號在到達(dá)反導(dǎo)雷達(dá)時間(TOA)上混夾在干擾信號中間，這一做法在干擾機(jī)采用窄帶瞄頻噪聲干擾信號模式時是十分必要的，如圖3所示。即使干擾機(jī)工作在多假目標(biāo)信號模式，這一做法也是十分有益的，因為混夾在假目標(biāo)中間的導(dǎo)彈(如圖4所示)要比前置在假目標(biāo)前面的導(dǎo)彈(如圖5所示)難以被反導(dǎo)雷達(dá)識別和跟蹤。而當(dāng)干擾機(jī)采用寬帶噪聲遮蓋干擾信號模式時，則這一前置距離是不必要的。

彈道導(dǎo)彈突防單部反導(dǎo)雷達(dá)時，滿足1)～3)條要求的釋放時機(jī)、釋放角度和釋放速度數(shù)值可能是一個區(qū)間。當(dāng)突防多部反導(dǎo)雷達(dá)，且多部反導(dǎo)雷達(dá)布設(shè)在不同位置時，滿足突防各單部反導(dǎo)雷達(dá)的釋放時機(jī)、釋放角度和釋放速度數(shù)值區(qū)間之間可能沒有交集，需要按突防反導(dǎo)雷達(dá)的威脅等級逐步進(jìn)行取舍或使用多個伴飛式雷達(dá)干擾機(jī)分別進(jìn)行突防。

圖2 干擾機(jī)前置導(dǎo)彈距離

圖3 噪聲信號淹沒導(dǎo)彈回波信號

圖4 導(dǎo)彈回波信號混夾在電子假目標(biāo)波信號中

圖5 導(dǎo)彈回波信號超前電子假目標(biāo)波信號

1.3 伴飛式紅外誘餌應(yīng)用

彈道導(dǎo)彈使用伴飛式紅外誘餌的思想與飛機(jī)使用機(jī)載紅外誘餌彈(曳光彈)類似，目的是誘騙攔截彈紅外導(dǎo)引頭，保護(hù)導(dǎo)彈。伴飛式紅外誘餌的釋放方式與伴飛式雷達(dá)干擾機(jī)相同，由導(dǎo)彈在真空中釋放，釋放后誘餌與導(dǎo)彈伴飛。同樣，紅外誘餌工作時也需要與導(dǎo)彈之間保持一定的合理位置關(guān)系，這一合理的位置關(guān)系同樣也與釋放時機(jī)、釋放角度和釋放速度有關(guān)。伴飛式紅外誘餌釋放時，確定釋放時機(jī)、釋放角度和釋放速度時需要考慮下面因素。

1.3.1 釋放時機(jī)

與伴飛式雷達(dá)干擾機(jī)一樣，為使導(dǎo)彈隱身措施充分發(fā)揮作用，釋放時機(jī)應(yīng)選擇在導(dǎo)彈進(jìn)入真空飛行段后，盡可能早釋放。需要注意的是，紅外誘餌屬于高耗能設(shè)備，釋放后如果立即展開成形工作(指實體紅外誘餌)，到進(jìn)入再入段時，可能會飛行很長一段時間，紅外誘餌需要大量能量維持這段時間的工作，難度可能比較大，一種較為合理的作法是在紅外誘餌中設(shè)置延時工作機(jī)構(gòu)，待誘餌飛至反導(dǎo)雷達(dá)威脅導(dǎo)彈時，再展開成形工作。誘餌工作延時時間由導(dǎo)彈任務(wù)規(guī)劃系統(tǒng)生成并加載至誘餌延時機(jī)構(gòu)中。

紅外誘餌彈道系數(shù)與彈頭相差較大，不能伴隨彈頭飛進(jìn)大氣層，通常只用于彈道導(dǎo)彈中段突防。

1.3.2 釋放角度和速度

紅外誘餌與機(jī)載曳光彈類似，用于誘騙攔截彈紅外導(dǎo)引頭。紅外誘餌距彈頭不宜過遠(yuǎn)，在攔截彈中末制導(dǎo)交班時，誘餌與彈頭應(yīng)同在一個攔截彈紅外導(dǎo)引頭視場角內(nèi)，且后續(xù)時間內(nèi)盡可能長時間的保持與彈頭同在一個攔截彈紅外導(dǎo)引頭視場角內(nèi)，提高誘餌的使用效能。

攔截彈道導(dǎo)彈的攔截彈在真空中采用直接碰撞式攔截，殺傷半徑小于大氣層內(nèi)的破片殺傷攔截器。紅外誘餌距彈頭的距離不必過遠(yuǎn)，理論上在攔截彈攔截區(qū)域內(nèi)，保持與彈頭的距離超過攔截彈的殺傷半徑即可，實際中，為可靠起見，需要在幾十米量級。

攔截彈攔截彈頭時，與彈頭的距離是一個由遠(yuǎn)而近的過程，攔截彈觀察目標(biāo)時，目標(biāo)是一個由小變大的過程，側(cè)前向的紅外誘餌對攔截彈除具有側(cè)向角度誘騙作用外，還具有前向“阻擋”作用，干擾效果要好于側(cè)后向的紅外誘餌。紅外誘餌的釋放易采用較低的釋放速度，將誘餌設(shè)置在攔截彈來襲方向的側(cè)前方，如圖6所示。

圖6 紅外誘餌位于彈頭側(cè)前方

1.4 伴飛式紅外雷達(dá)復(fù)合誘餌應(yīng)用

伴飛式紅外雷達(dá)復(fù)合誘餌同時兼有雷達(dá)特性和紅外特性，可作為獨立誘餌使用，即釋放后誘餌工作時可與導(dǎo)彈不在同一雷達(dá)波束內(nèi)，可在單獨方向上吸引反導(dǎo)武器去攔截，其雷達(dá)特性和紅外特性可一直支持反導(dǎo)武器對其進(jìn)行跟蹤，直到被攔截彈擊毀為止?？紤]到彈道導(dǎo)彈使用彈載突防裝置的根本目的是掩護(hù)導(dǎo)彈突防，消耗反導(dǎo)武器的攔截彈數(shù)量不是最終目的，彈載突防裝置的任務(wù)是在導(dǎo)彈受反導(dǎo)武器威脅時段內(nèi)保護(hù)導(dǎo)彈，為導(dǎo)彈突防贏得時間，因此伴飛式紅外雷達(dá)復(fù)合誘餌工作時與其他伴飛式干擾裝置一樣，與進(jìn)攻導(dǎo)彈之間也需要保持合理的位置關(guān)系，釋放時也要合理地選擇釋放時機(jī)、釋放角度和釋放速度，具體需要考慮的因素如下：

1)釋放時機(jī)的考慮與伴飛式雷達(dá)干擾機(jī)和伴飛式紅外誘餌相同，即導(dǎo)彈在進(jìn)入真空段后盡早釋放伴飛式紅外雷達(dá)復(fù)合誘餌。

2)伴飛式紅外雷達(dá)復(fù)合誘餌工作時應(yīng)與導(dǎo)彈同在一個雷達(dá)波束內(nèi)，干擾反導(dǎo)雷達(dá)對導(dǎo)彈識別。

3)在攔截彈中末制導(dǎo)交班時，伴飛式紅外雷達(dá)復(fù)合誘餌與導(dǎo)彈應(yīng)同在一個攔截彈紅外導(dǎo)引頭視場角內(nèi)，干擾攔截彈紅外導(dǎo)引頭對導(dǎo)彈識別。

4)伴飛式紅外雷達(dá)復(fù)合誘餌應(yīng)位于導(dǎo)彈側(cè)前方，“阻擋”攔截彈攻擊導(dǎo)彈。

5)伴飛式紅外雷達(dá)復(fù)合誘餌作為紅外誘餌，距導(dǎo)彈距離不必過遠(yuǎn)，幾十米距離即可。

6)伴飛式紅外雷達(dá)復(fù)合誘餌彈道系數(shù)與彈頭相差較大，同樣不能伴隨彈頭飛進(jìn)大氣層，通常也只用于彈道導(dǎo)彈中段突防。

2 結(jié)束語

本文討論了沿慣性彈道飛行的彈道導(dǎo)彈突防常用的幾種彈載干擾裝置工程的應(yīng)用問題。當(dāng)前彈道導(dǎo)彈攔截技術(shù)和突防技術(shù)發(fā)展迅速，后續(xù)彈道導(dǎo)彈可能采取滑翔變軌飛行方式[7]，滑翔變軌飛行的彈道導(dǎo)彈能否使用這些突防干擾裝置和怎樣使用這些突防干擾裝置，都需進(jìn)一步加以研究。■

[1] 田波,李洪兵,王春陽.彈道導(dǎo)彈突防中的對抗技術(shù)研究[J].飛航導(dǎo)彈, 2011(4)：51-54.

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[3] 劉石泉.彈道導(dǎo)彈突防技術(shù)導(dǎo)論[M].北京：中國宇航出版社,2002.

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[5] 唐勝景. 彈道靜穩(wěn)定度動態(tài)變化范圍研究[J].北京理工大學(xué)學(xué)報,1999,19(6)：678-681.

[6] 和爭春,汪清,何開鋒,等. 飛行器靜穩(wěn)定裕度定義方法研究[J].空氣動力學(xué)學(xué)報,2004,22(2)：245-248.

[7] 陳方予，等.高速滑翔導(dǎo)彈攻防對抗研究[J].固體導(dǎo)彈技術(shù),2013(4)：10-17.

Engineering application technology of ballistic missile penetration interference device

Chen Fangyu, Xue Xiaoqiang, Guo Dongzi, Ma Wei, Shao Weilong

(Beijing System Design Institute of Mechanical-Electrical Engineering, Beijing 100854, China)

Several kinds of missile-borne penetration interference device usually used by ballistic missile flying along inertial trajectory are introduced. The use and the character of these devices are narrated simply. Some important problems to be solved are indicated. According to the use and the character of every kind of these devices, it is explained that there should be reasonable space location relation between warhead and missile-borne penetration interference devices, and the restrictions of application of interfering devices are indicated.

ballistic missile;penetration interfering device;engineering application technology

2016-07-18；2016-08-29修回。

陳方予(1963-)，男，研究員，主要研究方向為導(dǎo)彈突防技術(shù)。

TN97

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