轟炸機(jī)光電探測(cè)系統(tǒng)發(fā)展研究

黃辰旭 王少白

（中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司洛陽(yáng)電光設(shè)備研究所，河南 洛陽(yáng) 471000）

0 引言

轟炸機(jī)平臺(tái)作為“核常兼?zhèn)洹钡闹羞h(yuǎn)程打擊平臺(tái)，可對(duì)敵大縱深目標(biāo)實(shí)施精確打擊和火力覆蓋。轟炸機(jī)要具備生存能力高、作戰(zhàn)半徑大、遠(yuǎn)程精確打擊、網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同作戰(zhàn)和獨(dú)立作戰(zhàn)能力。光電探測(cè)系統(tǒng)具有被動(dòng)隱蔽成像的能力，為遠(yuǎn)距離目標(biāo)精確探測(cè)識(shí)別定位、大范圍態(tài)勢(shì)感知、夜視夜戰(zhàn)、反隱身探測(cè)、協(xié)同作戰(zhàn)和毀傷效果評(píng)估等提供有力支撐，通過(guò)激光測(cè)距和指示，可提供高精度目標(biāo)瞄準(zhǔn)、定位等功能，支持轟炸機(jī)的遠(yuǎn)距離高精確打擊，是名副其實(shí)的戰(zhàn)斗效能“倍增器”［1-2］。

1 光電探測(cè)系統(tǒng)基本原理

光電探測(cè)系統(tǒng)以可見(jiàn)光-近紅外光、短波-中波-長(zhǎng)波紅外光、紫外光等光波譜為信息載體，利用光輻射和物質(zhì)相互作用時(shí)產(chǎn)生的光電效應(yīng)和光熱效應(yīng)，對(duì)目標(biāo)形狀、位置、速度、光譜特性等參量進(jìn)行測(cè)量。

紅外光電系統(tǒng)主要感應(yīng)目標(biāo)的紅外輻射特性，與目標(biāo)的溫度及材料有關(guān)，對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)上典型軍事目標(biāo)，如飛機(jī)、艦船、裝甲車、導(dǎo)彈等高溫目標(biāo)及地下掩體等潛在目標(biāo)具備良好的探測(cè)和分辨能力［3］。相較于雷達(dá)系統(tǒng)，光電探測(cè)系統(tǒng)具有被動(dòng)探測(cè)能力，即在工作時(shí)易于隱蔽；具有強(qiáng)抗電磁干擾能力，可在復(fù)雜電磁干擾環(huán)境中正常工作；系統(tǒng)的角分辨率、探測(cè)精度均優(yōu)于雷達(dá)，實(shí)時(shí)性好；可獨(dú)立引導(dǎo)武器完成閉環(huán)打擊，是機(jī)載平臺(tái)傳感器系統(tǒng)的重要組成部分，與雷達(dá)系統(tǒng)形成并行的OODA環(huán)［4-5］。

2 國(guó)內(nèi)外典型轟炸機(jī)光電系統(tǒng)

轟炸機(jī)具備航程遠(yuǎn)、載彈量大、突防能力強(qiáng)等特點(diǎn)［6］。目前，美國(guó)B-52H、B-1B、B-2A 三型轟炸機(jī)并存，且不斷進(jìn)行升級(jí)改造。F-117 隱身轟炸機(jī)設(shè)計(jì)于20世紀(jì)70年代，于2008年退役。最新B-21隱身轟炸機(jī)已于2022 年12 月2 日亮相。俄羅斯圖-95、圖-22、圖-160 三型轟炸機(jī)并存，下一代轟炸機(jī)PAK-DA正在研制中。

光電探測(cè)系統(tǒng)作為轟炸機(jī)傳感器系統(tǒng)的重要組成部分，可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)探測(cè)、識(shí)別、跟蹤及武器引導(dǎo)等功能。隨著點(diǎn)穴式精確打擊任務(wù)的增多，光電探測(cè)系統(tǒng)正向探測(cè)距離更遠(yuǎn)、探測(cè)精度更高的方向發(fā)展。

2.1 F-117轟炸機(jī)IRADS光電系統(tǒng)

F-117 轟炸機(jī)是一款具備隱身能力的戰(zhàn)斗轟炸機(jī)，主要對(duì)地攻擊武器為激光制導(dǎo)炸彈、小?？諏?duì)地導(dǎo)彈和聯(lián)合直接攻擊彈藥。F-117 轟炸機(jī)未安裝雷達(dá)系統(tǒng)，僅裝備IRADS 作為主傳感器，包含F(xiàn)LIR、DLIR 這兩個(gè)組件，如圖1 所示。傳感器包括紅外熱像儀和激光照射器，可引導(dǎo)激光制導(dǎo)武器對(duì)目標(biāo)進(jìn)行精確攻擊，命中精度較高。紅外熱像儀采用中波焦平面陣列，基于隱身考慮，光學(xué)玻璃材料采用的是砷化鎵+鍍制金屬的網(wǎng)柵，如圖2所示。

圖1 F-117轟炸機(jī)IRADS光電系統(tǒng)

圖2 砷化鎵導(dǎo)電平面光窗+金屬絲網(wǎng)

2.2 B-1B轟炸機(jī)Sniper狙擊手光電瞄準(zhǔn)吊艙

B-1B 轟炸機(jī)主要執(zhí)行戰(zhàn)略突防轟炸、常規(guī)轟炸的海上巡邏等任務(wù)，對(duì)地武器包括小直徑炸彈（SDB）、聯(lián)合直接攻擊武器(JDAM)、激光制導(dǎo)炸彈、聯(lián)合防區(qū)外空地導(dǎo)彈、風(fēng)修正子母炸彈和巡航導(dǎo)彈。B-1B 轟炸機(jī)裝備的Sniper 光電瞄準(zhǔn)吊艙是由洛克希德?馬丁公司研制的，是美國(guó)空軍目前唯一裝備在對(duì)地攻擊戰(zhàn)斗機(jī)和轟炸機(jī)上的瞄準(zhǔn)吊艙，如圖3 所示，可裝備在B-52 轟炸機(jī)和F-15、F-16、F/A-18戰(zhàn)斗機(jī)等機(jī)型上［7-8］。

圖3 B-1B轟炸機(jī)與Sniper光電瞄準(zhǔn)吊艙

Sniper 光電瞄準(zhǔn)吊艙頭部采用4 塊藍(lán)寶石楔形拼接光窗設(shè)計(jì)，有利于前向隱身和氣動(dòng)整流，吊艙內(nèi)部采用多光路共孔徑設(shè)計(jì)，其集成了高分辨率中波紅外、電視、激光測(cè)/照器、激光光斑跟蹤器和激光指示器，口徑為127 mm，紅外工作波段為3～5 μm，使用640×512面陣探測(cè)器、寬視場(chǎng)為3.6°×3.6°，窄視場(chǎng)為1.0°×1.0°。

Sniper 光電瞄準(zhǔn)吊艙可全天候?qū)Φ孛婺繕?biāo)進(jìn)行精確探測(cè)、識(shí)別、定位，可引導(dǎo)激光制導(dǎo)炸彈對(duì)地面目標(biāo)實(shí)施精確打擊，具備獨(dú)立打擊地面移動(dòng)目標(biāo)的能力。

為進(jìn)一步提升探測(cè)及偵察能力，美國(guó)在2014年完成SniperATP-SE 吊艙的研制，如圖4 所示，設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表1。該吊艙是國(guó)外先進(jìn)瞄準(zhǔn)吊艙代表中重量和體積最小的一款多功能型吊艙，可實(shí)現(xiàn)對(duì)防區(qū)外目標(biāo)的精確打擊，增強(qiáng)型目標(biāo)識(shí)別、海上跟蹤及NTISR（非傳統(tǒng)情報(bào)、監(jiān)視和偵察）、近距空中支援等功能，并能提供雙向通信。

表1 SniperATP-SE吊艙設(shè)計(jì)參數(shù)

圖4 SniperATP-SE吊艙

2.3 B-52轟炸機(jī)Litening吊艙

B-52 轟炸機(jī)是美國(guó)目前轟炸機(jī)主力，主要執(zhí)行常規(guī)戰(zhàn)術(shù)轟炸和遠(yuǎn)程戰(zhàn)略轟炸任務(wù)。B-52 轟炸機(jī)掛載的Litening 吊艙是一個(gè)高精度紅外激光瞄準(zhǔn)和導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)把瞄準(zhǔn)和導(dǎo)航能力集成在一個(gè)吊艙里，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程探測(cè)、精確打擊、情報(bào)搜集、偵察監(jiān)視、毀傷效果評(píng)估、輔助導(dǎo)航、空地協(xié)同等功能，可在晝夜對(duì)目標(biāo)進(jìn)行精確打擊，如圖5、圖6 所示。

圖5 B-52轟炸機(jī)及Litening吊艙

圖6 Litening吊艙

Litening 吊艙集成3～5 μm FPA、電視及激光傳感器，具有激光制導(dǎo)炸彈引導(dǎo)能力，相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)見(jiàn)表2。紅外有3 個(gè)視場(chǎng)（FOV），寬視場(chǎng)（23°×23°）用于導(dǎo)航、中視場(chǎng)（3.8°×3.8°）用于遠(yuǎn)距目標(biāo)探測(cè)和跟蹤、窄視場(chǎng)（1.5°×1.5°）用于識(shí)別，電視主要用于照度良好時(shí)對(duì)目標(biāo)進(jìn)行高精度探測(cè)和識(shí)別。

表2 Litening吊艙設(shè)計(jì)參數(shù)

為持續(xù)提升作戰(zhàn)能力，Litening 吊艙的改進(jìn)型號(hào)有LiteningⅡ、Litening Ⅲ、Litening ER、Litening G4 和Litening 5。其中，Litening 5 瞄準(zhǔn)吊艙采用大口徑與高縮放比的新型光學(xué)系統(tǒng)，中波紅外探測(cè)器為1 280×1 024，增加1.5 μm 的短波紅外傳感器，具有0.3°的視場(chǎng)角，能實(shí)現(xiàn)高分辨率清晰成像，可探測(cè)和跟蹤60 km 外的車輛目標(biāo)。Litening 5 瞄準(zhǔn)吊艙具有激光光斑跟蹤、激光指示、動(dòng)態(tài)校靶、紅外大視場(chǎng)導(dǎo)航和時(shí)數(shù)據(jù)鏈傳輸功能，采用新型自動(dòng)移動(dòng)目標(biāo)識(shí)別算法，提升了目標(biāo)識(shí)別與跟蹤的能力。采用OpenPod（TM）開放式架構(gòu)設(shè)計(jì)，同時(shí)具備瞄準(zhǔn)吊艙和IRST 功能，能提供更高的探測(cè)精度和定位精度，可輔助飛行員識(shí)別目標(biāo)。

2.4 俄羅斯轟炸機(jī)光學(xué)投彈瞄準(zhǔn)具

圖-160 轟炸機(jī)是俄羅斯現(xiàn)役最先進(jìn)的戰(zhàn)略轟炸機(jī)，裝備的武器有近距攻擊導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈、自由落體炸彈［9］，如圖7所示。

圖7 圖-160轟炸機(jī)

圖-160 飛機(jī)裝備OPB-15T 光電投彈瞄準(zhǔn)器，如圖8 所示，采用前視可見(jiàn)光系統(tǒng)，可在光學(xué)能見(jiàn)度弱和霧霾條件下對(duì)靜止和移動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行水平轟炸、布雷和投擲魚類，輔助飛行員完成常規(guī)自由落體炸彈的瞄準(zhǔn)，提高投彈準(zhǔn)確性，具備與機(jī)載雷達(dá)交聯(lián)的能力，能半自動(dòng)跟蹤目標(biāo)。

圖8 OPB-15T光電投彈瞄準(zhǔn)器

圖-95轟炸機(jī)裝備光學(xué)瞄準(zhǔn)具OПБ-11P和“卡里”式電視偵察設(shè)備，與OPB-15T 光電投彈瞄準(zhǔn)器功能類似，可輔助完成投彈。圖-95 轟炸機(jī)如圖9所示。

圖9 圖-95轟炸機(jī)

2.5 轟-6K轟炸機(jī)光電轉(zhuǎn)塔

中國(guó)現(xiàn)役轟炸機(jī)為轟-6K，包含一系列改型，可執(zhí)行戰(zhàn)術(shù)戰(zhàn)略轟炸、偵察、反艦、巡邏監(jiān)視等任務(wù)，是中國(guó)戰(zhàn)略轟炸力量的核心。轟-6K 轟炸機(jī)在機(jī)頭下方安裝了光電轉(zhuǎn)塔，如圖10所示。

圖10 轟-6K掛載光電轉(zhuǎn)塔

該光電轉(zhuǎn)塔集成了紅外、可見(jiàn)光、激光測(cè)距/照射系統(tǒng)，具有在晝夜環(huán)境下對(duì)地/海面目標(biāo)持續(xù)探測(cè)、跟蹤、監(jiān)視的能力，可引導(dǎo)精確制導(dǎo)炸彈對(duì)目標(biāo)進(jìn)行高精度打擊，也可為普通炸彈投放，提供火控解算，同時(shí)輔助提供空中目標(biāo)態(tài)勢(shì)感知、輔助導(dǎo)航能力。

在空軍取得制空權(quán)的情況下，轟-6K 利用夜晚及惡劣氣候條件作為掩護(hù)進(jìn)入戰(zhàn)場(chǎng)，利用光電轉(zhuǎn)塔對(duì)地面目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，可以進(jìn)行地毯式轟炸，或利用精確制導(dǎo)炸彈對(duì)目標(biāo)進(jìn)行外科手術(shù)式打擊。

3 轟炸機(jī)光電探測(cè)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

3.1 國(guó)內(nèi)外轟炸機(jī)光電探測(cè)系統(tǒng)性能對(duì)比

通過(guò)對(duì)中美俄三國(guó)典型轟炸機(jī)的光電探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行分析，可以看出，美國(guó)轟炸機(jī)的光電系統(tǒng)發(fā)展較早，在轟炸機(jī)傳感器中的技術(shù)發(fā)展水平較高，綜合化程度和多波段融合探測(cè)能力較強(qiáng)。中國(guó)轟炸機(jī)光電探測(cè)系統(tǒng)采用轉(zhuǎn)塔構(gòu)型，也集成多波段傳感器，實(shí)現(xiàn)態(tài)勢(shì)感知和目標(biāo)引導(dǎo)攻擊能力，可全天時(shí)使用。俄羅斯轟炸機(jī)功能較為簡(jiǎn)單，主要用于自由落體武器的瞄準(zhǔn)，集成度較低，夜間無(wú)法使用。

作為轟炸機(jī)平臺(tái)的重要組成部分，光電探測(cè)系統(tǒng)在滿足目標(biāo)精確探測(cè)打擊、戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知、傳統(tǒng)/非傳統(tǒng)情報(bào)監(jiān)視偵察等方面將發(fā)揮著重要作用，是各國(guó)戰(zhàn)機(jī)技術(shù)發(fā)展的重要方向［10］。

3.2 轟炸機(jī)光電探測(cè)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

隨著各大國(guó)天基、空基、地基等多層次立體防空體系的完善，遠(yuǎn)程轟炸機(jī)面臨的威脅也越來(lái)越大。光電探測(cè)設(shè)備具有被動(dòng)探測(cè)隱蔽性好、抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，在高烈度的拒止環(huán)境中，光電探測(cè)系統(tǒng)對(duì)轟炸機(jī)的作戰(zhàn)效能提升的作用將越來(lái)越明顯。

根據(jù)國(guó)內(nèi)外轟炸機(jī)光電探測(cè)系統(tǒng)發(fā)展情況，其技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)如下。

3.2.1 高靈敏度、高動(dòng)態(tài)多傳感器融合探測(cè)。隨著紅外探測(cè)器件的發(fā)展，光電探測(cè)系統(tǒng)向更大面陣（1 000×1 000、2 000×2 000、4 000×4 000）、更小像元（8 μm、10 μm）、超高分辨率、更高靈敏度、雙/多色寬光譜方向發(fā)展，其智能化、集成度也越來(lái)越高。新一代轟炸機(jī)光電探測(cè)系統(tǒng)集成了紅外、短波、電視和激光等多波段傳感器，由于目標(biāo)在不同譜波段表現(xiàn)的反射或輻射特性信息有較大差異，多譜段成像系統(tǒng)可綜合利用不同譜段的圖像信息，發(fā)揮各譜段的探測(cè)優(yōu)勢(shì)，從而極大提升目標(biāo)的探測(cè)距離和識(shí)別概率，在強(qiáng)對(duì)抗或拒止空中作戰(zhàn)中能更好地打擊大量移動(dòng)和固定/深埋目標(biāo)。此外，與異源傳感器（如合成孔徑雷達(dá)）的綜合探測(cè)功能相結(jié)合，可充分發(fā)揮光電及合成孔徑雷達(dá)的成像優(yōu)勢(shì)，提升平臺(tái)在復(fù)雜環(huán)境中的作戰(zhàn)能力，克服傳統(tǒng)光電載荷在復(fù)雜氣象條件中使用受限的弊端，實(shí)現(xiàn)對(duì)地探測(cè)載荷從全天時(shí)到全天候的作戰(zhàn)能力提升。

3.2.2 開放式架構(gòu)、模塊化設(shè)計(jì)。采用開放性系統(tǒng)架構(gòu)，便于轟炸機(jī)光電探測(cè)系統(tǒng)支持多種作戰(zhàn)任務(wù)及升級(jí)和增加新的功能。同時(shí)，采用模塊化設(shè)計(jì)的光電探測(cè)系統(tǒng)具備優(yōu)越的可靠性、測(cè)試性、維修性，可保證在外場(chǎng)快速拆裝維修。

3.2.3 協(xié)同作戰(zhàn)能力。轟炸機(jī)光電探測(cè)系統(tǒng)具備多種傳感器，將光斑跟蹤器、激光指示器、圖傳數(shù)據(jù)鏈等功能進(jìn)行整合，使得光電探測(cè)系統(tǒng)空地協(xié)同能力得到顯著加強(qiáng)。同時(shí)，可在雙機(jī)/多機(jī)間，利用光電探測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同探測(cè)定位。光電探測(cè)系統(tǒng)也可和雷達(dá)協(xié)同工作，從而保證轟炸機(jī)突防和打擊性能，提升戰(zhàn)場(chǎng)決策效率。

3.2.4 大范圍態(tài)勢(shì)感知能力。利用光電探測(cè)設(shè)備具備被動(dòng)探測(cè)隱蔽性好、抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)及覆蓋范圍廣、探測(cè)距離遠(yuǎn)的特點(diǎn)，可增強(qiáng)大范圍態(tài)勢(shì)感知能力，實(shí)現(xiàn)先敵發(fā)現(xiàn)、先敵攻擊，保障在轟炸機(jī)的突防安全。

4 結(jié)語(yǔ)

轟炸機(jī)光電探測(cè)系統(tǒng)的集成度越來(lái)越高，正朝著多波段融合探測(cè)、大范圍態(tài)勢(shì)感知、開放式架構(gòu)和協(xié)同作戰(zhàn)方向發(fā)展，通過(guò)紅外/可見(jiàn)光等多波段成像探測(cè)，可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)目標(biāo)遠(yuǎn)距離探測(cè)、識(shí)別、大范圍態(tài)勢(shì)感知及協(xié)同作戰(zhàn)等功效，進(jìn)一步保證飛機(jī)在高烈度復(fù)雜戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中的作戰(zhàn)能力。光電探測(cè)設(shè)備可形成與射頻并行的OODA環(huán)，構(gòu)建探測(cè)、識(shí)別、打擊、評(píng)估全光作戰(zhàn)鏈路，大幅提升飛機(jī)平臺(tái)的綜合作戰(zhàn)效能，充當(dāng)隱蔽突防中的“盾”、精確打擊中的“矛”，對(duì)轟炸機(jī)實(shí)現(xiàn)隱蔽突防、精確打擊具有重要意義。