國外機(jī)載箔條干擾技術(shù)的發(fā)展

李本朋

（中國電子科技集團(tuán)公司光電研究院，天津　300300）

引言

雷達(dá)作為現(xiàn)代戰(zhàn)場上重要的探測器之一，具有全天候、全天氣、作用距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，被譽(yù)為現(xiàn)代戰(zhàn)爭中的“千里眼”和“順風(fēng)耳”，在現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用[1]。特別是近幾十年來，隨著雷達(dá)在導(dǎo)彈制導(dǎo)方面的應(yīng)用，使得雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈成為各國軍用飛機(jī)的主要威脅。因此，如何保護(hù)作戰(zhàn)飛機(jī)免受雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈的攻擊成為各國軍方面臨的一個重大課題。目前，利用箔條干擾來襲雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈，使其攻擊偏離飛機(jī)，仍然是現(xiàn)在應(yīng)用廣泛、性價比最高的對抗手段。

1　機(jī)載箔條干擾技術(shù)特點(diǎn)

1.1　機(jī)載箔條干擾技術(shù)工作原理

箔條就是具有一定長度（一般為半波長），長度比直徑大的多的金屬或介質(zhì)表面涂鍍金屬薄層的直條或纖維絲[2]，如鋁箔條、鍍鋁玻璃纖維等如圖1、圖2、圖3所示。箔條的外形尺寸一般在微米級，在一個很小的空間可裝填數(shù)百萬根箔條，投放到空氣中，可懸浮很長時間，當(dāng)數(shù)量很大時，可產(chǎn)生很強(qiáng)的雷達(dá)回波。

箔條干擾技術(shù)的實(shí)質(zhì)是，箔條在交變電磁場作用下感應(yīng)交變電流，根據(jù)電磁輻射理論，交變電流輻射電磁波，產(chǎn)生二次輻射，從而對雷達(dá)起到干擾效果。

圖1　鋁箔條

圖2　鍍鋁玻璃纖維

圖3　鍍鋁玻璃纖維電子顯微鏡照片

當(dāng)雷達(dá)波通過箔條云時，電磁波功率因箔條云的散射作用被衰減，從而減弱照射到目標(biāo)的電磁波功率。由于箔條云的衰減效應(yīng)，雷達(dá)波通過箔條云時，其輻射功率被衰減，經(jīng)目標(biāo)反射后，雷達(dá)波將再次通過箔條云，因此，雷達(dá)波功率被衰減了兩次[3]。

設(shè)入射波功率為P0，衰減兩次后雷達(dá)波功率：

式中：β為箔條云的電磁波衰減系數(shù)；x為箔條云厚度。箔條云的電磁波衰減系數(shù)β可由式（2）計算:

通過式（1）（2）不僅可用來估算箔條的干擾效果，還可根據(jù)雷達(dá)對抗要求計算箔條云密度。

1.2　機(jī)載箔條干擾技術(shù)工作方式

箔條干擾技術(shù)就是利用自身不產(chǎn)生電磁波輻射的箔條干擾材料，根據(jù)己方軍事目標(biāo)所處的戰(zhàn)場環(huán)境，將箔條干擾材料布設(shè)到敵方雷達(dá)波通過空間，對其產(chǎn)生散射和吸收，以改變目標(biāo)電磁散射特性、形成虛假目標(biāo)回波等，從而破壞或消弱敵方雷達(dá)探測目標(biāo)能力的軍事活動。

按照箔條干擾技術(shù)的使用目的，可將箔條干擾分為壓制式和欺騙式兩類干擾方式。壓制式干擾通常是在很寬的空域范圍內(nèi)投放大量箔條形成箔條干擾走廊，當(dāng)目標(biāo)在箔條干擾走廊范圍內(nèi)時，其回波被箔條干擾材料的強(qiáng)回波淹沒，使得雷達(dá)難以檢測到目標(biāo)。壓制式干擾一般是通過先頭飛機(jī)拋撒箔條布設(shè)箔條干擾走廊，用于掩護(hù)后面的作戰(zhàn)飛機(jī)突防[4]，如圖4所示。

圖4　箔條壓制式干擾

欺騙式干擾一般是作戰(zhàn)飛機(jī)向其周圍發(fā)射多發(fā)機(jī)載箔條干擾彈，通過箔條云可形成多個假目標(biāo)，影響雷達(dá)導(dǎo)引頭對目標(biāo)的正常搜索和跟蹤，對來襲雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈進(jìn)行干擾，從而達(dá)到保護(hù)作戰(zhàn)飛機(jī)的目的，如圖5所示。

圖5　箔條欺騙式干擾

2　機(jī)載箔條干擾技術(shù)發(fā)展趨勢

近年來，隨著雷達(dá)制導(dǎo)技術(shù)的不斷發(fā)展及各國作戰(zhàn)飛機(jī)的不斷升級換代，世界各國機(jī)載箔條干擾技術(shù)也一直在不斷地推陳出新，機(jī)載箔條干擾技術(shù)發(fā)展主要呈現(xiàn)以下趨勢：

2.1　毫米波箔條干擾技術(shù)

毫米波波長介于微波與紅外之間，底端與厘米波毗鄰，具有厘米波全天候的優(yōu)點(diǎn)，頂端與紅外波鄰接，具有紅外波高分辨力的優(yōu)點(diǎn)[5]。憑借其獨(dú)特優(yōu)勢，毫米波在精確制導(dǎo)武器方面有了驚人的發(fā)展，成為開發(fā)的熱點(diǎn)，使得毫米波制導(dǎo)武器成為現(xiàn)代作戰(zhàn)飛機(jī)的主要威脅。為了更好地保護(hù)作戰(zhàn)飛機(jī)的安全，各國先后提出了一系列毫米波干擾手段。

1）箔條和箔片混裝干擾技術(shù)。箔條是一種常用的無源干擾材料，通過理論分析和大量實(shí)踐證明，利用半波偶極子干擾雷達(dá)是最省料、散射最強(qiáng)的方法，單根箔條半波長偶極子諧振點(diǎn)靜態(tài)最大反射面積為σmax=0.86λ2。毫米波波長很短，因此，為了達(dá)到良好的干擾效果，需要大量的箔條，要求的制備工藝也很高。為此，在干擾毫米波雷達(dá)制導(dǎo)時可以使用箔片干擾材料，單片箔片的最大散射截面σmax為：

式中：A為箔片面積；λ為雷達(dá)波長。

由式（3）可知，箔片散射截面與雷達(dá)波長的平方成反比，干擾毫米波比箔條效果更好。由于箔條和箔片形狀的不同使得其空氣動力特性有明顯差異，如果將箔條、箔片混裝來干擾毫米波制導(dǎo)雷達(dá)，將會有利于干擾材料快速散開。并且混裝后的體積小、質(zhì)量輕、便于投放，對毫米波制導(dǎo)雷達(dá)可產(chǎn)生良好的干擾效果[6]。

2）氣懸體干擾技術(shù)。氣懸體是由懸浮在氣體介質(zhì)中的物質(zhì)微粒組成的干擾體系，主要用來反射、折射和吸收電磁波能量[7]。與傳統(tǒng)箔條相比，氣懸體散開速度快、干擾頻帶寬、留空時間長、極化特性好，能更好地干擾毫米波制導(dǎo)雷達(dá)。氣懸體可通過對碳纖維、竹纖空心微珠等輕質(zhì)非金屬材料進(jìn)行表面金屬化處理，使之成為新型毫米波雷達(dá)干擾材料。其中，竹纖維是一種天然纖維，密度為0.49～0.90 g·cm-3。有報道表明，對竹纖維進(jìn)行表面鍍銅處理后，電阻率由銅的16.7 nΩ·m變?yōu)殂~鍍層的19.2 nΩ·m，竹纖維鍍銅后有一定的電導(dǎo)率，具有散射和吸收雷達(dá)波效果。

3）等離子體干擾技術(shù)。利用爆炸、熱電離和放射性核素產(chǎn)生的等離子體，可通過對電磁波的吸收、反射、散射和非線性調(diào)制等方法對制導(dǎo)雷達(dá)實(shí)施干擾[7]。其中處于研究熱點(diǎn)的放射性核素涂層具有諸多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，己成為毫米波等離離子體發(fā)展的重點(diǎn)。

2.2　復(fù)合箔條干擾技術(shù)

隨著復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)在精確制導(dǎo)武器中的應(yīng)用[8]，采用單一箔條干擾材料進(jìn)行反導(dǎo)變得效果微弱，對現(xiàn)有箔條干擾技術(shù)提出了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，因此研究復(fù)合箔條干擾技術(shù)勢在必行。從發(fā)展趨勢上看，雷達(dá)/紅外復(fù)合箔條干擾技術(shù)將首先得到大力發(fā)展，主要包括以下幾種：

1）雷達(dá)、紅外干擾材料混合復(fù)合干擾技術(shù)。該方法就是是將雷達(dá)箔條干擾材料和紅外干擾材料按照一定比例混合使用，其中雷達(dá)干擾材料干擾雷達(dá)制導(dǎo)，紅外干擾材料干擾紅外制導(dǎo)，從而對雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)進(jìn)行干擾。該方法干擾原理簡單，原料容易獲取，但需考慮各材料混合使用的相容性及使用時各材料對各波段干擾的相互影響[9]。

2）雷達(dá)/紅外干擾一體化復(fù)合干擾技術(shù)。這種方法是通過采用雷達(dá)/紅外干擾一體化干擾材料來實(shí)現(xiàn)對抗雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)的目的。這種箔條材料既有雷達(dá)散射特性又有紅外輻射特性，產(chǎn)生雷達(dá)散射截面積可對雷達(dá)制導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)施干擾，產(chǎn)生紅外輻射能量可對紅外制導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)施干擾。

骨架金屬箔條就是一種典型的雷達(dá)/紅外干擾一體化干擾材料，自從美國科學(xué)家M.Raney利用堿處理Ni-Si合金制成骨架Ni，骨架金屬作為一種良好的催化劑在石油化工、醫(yī)藥等行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。骨架金屬具有多孔結(jié)構(gòu)，表面積非常大，如下頁圖6所示。

圖6　有骨架結(jié)構(gòu)的自發(fā)熱箔條顯微鏡照片

以骨架Ni為例，1g骨架Ni的表面積可達(dá)200m2。如此大的表面積可使骨架金屬對氣體有良好的吸附性和反應(yīng)活性，因此，骨架金屬特別容易跟空氣中的氧氣發(fā)生氧化反應(yīng)，釋放大量熱量甚至燃燒。如骨架鐵，遇到空氣時，發(fā)生氧化反應(yīng)釋放大量熱量，反應(yīng)方程式如下所示：

即每千克骨架鐵完全氧化，釋放的熱量為7358.9 kJ，有相當(dāng)一部分熱量以紅外輻射形式向外散發(fā)，從而使得骨架金屬成為良好的雷達(dá)/紅外一體化復(fù)合干擾材料[10]。

2.3　PD雷達(dá)箔條干擾技術(shù)

隨著雷達(dá)制導(dǎo)技術(shù)發(fā)展，特別是PD雷達(dá)制導(dǎo)技術(shù)出現(xiàn)后，使得現(xiàn)有的機(jī)載箔條干擾技術(shù)的干擾效能有所下降。這是因?yàn)镻D雷達(dá)具有速度識別功能，為了對其進(jìn)行有效干擾，要求箔條不僅要產(chǎn)生較大的RCS，還要具有與作戰(zhàn)飛機(jī)相近的運(yùn)動速度。而事實(shí)上，箔條發(fā)射到空中后運(yùn)動速度會快速降為自然風(fēng)速，其回波信號受到PD雷達(dá)的壓制或過濾，無法對PD雷達(dá)長時間進(jìn)行有效干擾。因此，干擾PD雷達(dá)需要突破速度瓶徑[11]，可采取的技術(shù)途徑主要有：伴飛誘餌技術(shù)、拖曳誘餌技術(shù)和快速散開技術(shù)。

2.4　機(jī)載箔條干擾技術(shù)的戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用研究日益重要

隨著雷達(dá)制導(dǎo)技術(shù)發(fā)展，特別是PD雷達(dá)制導(dǎo)技術(shù)出現(xiàn)后，使得機(jī)載箔條干擾技術(shù)的干擾效果有所下降。為了應(yīng)對新的雷達(dá)制導(dǎo)技術(shù)提出的挑戰(zhàn)，單純依靠提高機(jī)載箔條干擾技術(shù)的性能已無法滿足需要，必須與機(jī)載箔條干擾技術(shù)的戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用研究相結(jié)合才能達(dá)到更好的干擾效果。機(jī)載箔條干擾技術(shù)的戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用研究就是對機(jī)載箔條干擾彈的投放時間、投放方位、投放的彈間隔、組間隔及作戰(zhàn)飛機(jī)的戰(zhàn)術(shù)機(jī)動進(jìn)行研究。這就使得對機(jī)載箔條干擾技術(shù)的戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用研究顯得日益重要，將會成為機(jī)載箔條干擾技術(shù)的一項(xiàng)重要研究內(nèi)容。

3　結(jié)論

目前，其他任何機(jī)載雷達(dá)干擾技術(shù)都遠(yuǎn)不如機(jī)載箔條干擾技術(shù)費(fèi)用低、效果好[12]。先進(jìn)的雷達(dá)制導(dǎo)系統(tǒng)最終可能會將箔條和作戰(zhàn)飛機(jī)識別出來，但是，雷達(dá)制導(dǎo)系統(tǒng)的作戰(zhàn)效率仍將會由于箔條的干擾作用而降低。因此，機(jī)載箔條干擾技術(shù)將會繼續(xù)得到廣泛應(yīng)用，在干擾雷達(dá)制導(dǎo)系統(tǒng)及保護(hù)作戰(zhàn)飛機(jī)方面發(fā)揮其獨(dú)特的作用。

[1]李金梁.箔條干擾的特性與雷達(dá)抗箔條技術(shù)研究[D].長沙：國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)研究生院，2010.

[2]陳靜.雷達(dá)箔條干擾原理[M].北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[3]李敬.箔條彈干擾原理與形成機(jī)理[J].艦船電子對抗，2003，26（3）：15-19.

[4]孫偉通，姜峰.無源干擾走廊研究[J].光電技術(shù)應(yīng)用，2005，20（6）：28-31.

[5]祝彬.國外毫米波雷達(dá)制導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r[J].中國航天，2007（1）：40-43.

[6]李陽.毫米波雷達(dá)及無源干擾技術(shù)淺析[J].雷達(dá)與對抗，2008（3）：13-15；40.

[7]凌永順，同武勤，張鑫，等.毫米波對抗技術(shù)[J].光電工程，2004，31（7）：1-4；41.

[8]張純學(xué).復(fù)合制導(dǎo)技術(shù)的進(jìn)展[J].飛航導(dǎo)彈，2004（9）：50-53；59.

[9]豆正偉，李曉霞，樊祥.抗紅外/毫米波復(fù)合制導(dǎo)的無源干擾技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀[J].紅外技術(shù)，2009，31（3）：125-128；140.

[10]王敏毅，何國寶.骨架金屬箔條及其對抗紅外/雷達(dá)雙模復(fù)合制導(dǎo)反艦導(dǎo)彈干擾作戰(zhàn)方法[J].水雷戰(zhàn)和艦船防護(hù)，2008，16（3）：1-5.

[11]胡守軍.雷達(dá)無源干擾技術(shù)的發(fā)展趨勢[J].艦船電子對抗，2008（6）：121-123；153.

[12]馮云松，郭宇翔.雷達(dá)箔條的戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用及發(fā)展趨勢[J].飛航導(dǎo)彈，2012（12）：54-57；61.