戰鬥機飛行員是怎麼知道自己被導彈鎖定的?
現代戰機都有一套完整的自衛感應系統,這個感應系統可以探測包括雷達波、紅外、紫外、激光等在內的各種探測跟蹤信號,然後通過音視頻的方式將這些信號傳遞給飛行員,協助飛行員在第一時間內做出決策擺脫來襲導彈。
圖為殲-10B戰鬥機垂尾根部的導彈逼近告警裝置光電探測窗口,當戰機停放在地面時光電窗口會用封蓋蓋住,起飛前會取下,以避免灰塵、霧霾、雨水等異物附著在上面。
剛剛切斷減速傘傘繩的殲-11戰鬥機在滑跑中,減速傘艙兩側各有一個導彈逼近告警裝置的探測窗口,殲-15艦載機的導彈逼近光電探測窗口位置和殲-11一致。
早期型號的蘇-27SK/殲-11進氣道兩側有雷達告警裝置天線,當飛機遭到對方火控雷達照射時,雷達天線會將接收到的信號傳遞給機載雷達告警系統的報警器,飛行員會看到座艙中的紅色警告燈閃爍,同時耳機里會傳來滴滴滴的危險警報信號,提醒飛行員進行擺離線動或者釋放鋁箔片進行干擾。機載計算機則會對來襲導彈的方向、距離等參數做出判斷,給出紅外/鋁箔片的釋放時機。
俄羅斯空軍蘇-35戰鬥機的垂尾上設置有雷達告警系統的接收天線(白色凸起物),上方為導航天線。蘇-35戰鬥機的雷達告警系統接收天線除了兩側垂尾各有一部外,還在左右前緣襟翼分別布置有一部,一共為4部,其中襟翼前緣的2部負責飛機前半球的雷達告警,垂尾後緣的2部則負責飛機後半球的雷達告警。
發射空空導彈的戰機
戰鬥機在空中作戰時,飛行員在鎖定對方的同時,也會有概率被敵方其它戰機咬尾鎖定,這裡機載自衛系統的報警裝置會自動發出報警,它會根據不同的狀態發出不同的音響信號,同時會有告警燈響起。戰機發展到現在,已經有五代之分,從三代機開始,機載自衛系統的功能越來越趨於完善,功能上更加只智能。
現代戰機都具備全向告警裝置
如今的機載自衛系統,可在非戰鬥前,就將大多數戰機所掛導彈的型號類別進行歸類載入,戰鬥機的信息同樣如此,這在戰時,不但可輕鬆對敵空中戰機態勢一目了然,也可在被鎖定時,座艙內的飛行員馬上就能在屏幕上獲取鎖定其戰機的導彈具體類別,當然如此具體化的信息,地面要做大量的工作。
戰機發射干擾彈
機載電子自衛系統,不但可以在給戰機飛行員預警的同時,它也可以根據戰時的具體狀況,比如被敵方雷達鎖定時,可能是只告警,而若是敵方已發射空空導彈對己方戰機進行攔截打擊時,在導彈迫近過程中,在向飛行員發出語音及燈光告警時,同時會發射干擾彈進行干擾,這就包括了常見的紅外彈型和輻射彈型的干擾措施,還可根據提前設置好方案內的數量發射紅外箔條彈。當然現今的空空導彈或者地空導彈反干擾的能力也大大加強,這就需要飛行員極高的駕駛技巧和能力,畢竟人的因素是第一的。
在回答這個問題之前,我們首先要糾正一個概念,戰鬥機被導彈鎖定的說法其實是不太嚴謹的。嚴格意義上的戰鬥機被鎖定並非指被導彈鎖定,而是被敵方戰機的火控雷達鎖定。當然,對於主動雷達制導的導彈,導彈引導雷達從掃描模式,切換到單目標跟蹤模式,也可以認為是飛機被導彈鎖定。
接下來,我們再先了解一下到底什麼是鎖定?雷達鎖定目標就是指在一段持續時間、準確地得到目標的方位、距離、速度。以F-16戰鬥機的AN/APG-66V3A雷達為例,在鎖定時發射的雷達信號與搜索模式有顯著區別。
我們常在電影中看到戰鬥機被對方雷達鎖定後,會有明顯的顯示。其實在真實情況中,我軍也有電子戰部隊(從總部到下屬的基層部隊分隊),用於偵查和截獲敵軍電磁信號,包括雷達、通信、數據鏈、網路。在長期的積累中,可以分析出敵軍雷達各種工作模式的信號模式及特徵,乃至能精確到雷達個體。
電子戰部隊根據獲取並整理出的數據,會裝定進戰鬥機的電子戰吊艙或機載設備(ECM)。因為在實戰乃至平時訓練中,電磁空間有N多種電磁信號,多到一架戰鬥機不可能實時準確分析。所以戰鬥機的ECM只對檢測到的信號中篩選裡面存在有威脅的信號響應。一旦ECM發現高威脅級別的敵方雷達信號(比如戰鬥機火控雷達鎖定),就會立即向飛行員告警。
或許就有人會問了,如果被沒有見過的雷達鎖定怎麼辦?其實現在能上檯面的機載自衛電子戰裝備,都有內置演算法,可以根據雷達信號的模式(比如載頻,PRI,PW,掃描周期)判斷威脅度。如果符合一定條件,也會向飛行員告警有不明信號。
看過《壯志凌雲》或者現代空戰題材的電影的軍迷都會知道,當戰機被敵方雷達鎖定後,戰機座艙內就會響起警告聲,界面也會變紅,一閃一閃的,這時飛行員就知道被鎖定了。
空戰遊戲《皇牌空戰》中鎖定畫面
現代戰機都裝備有雷達警告系統,可以感應到敵方各種雷達波、紅外、激光等在內的電磁波信號。
那問題來了,上述這些信號本質上都是電磁波信號,而在大氣層內,電磁波信號多如牛毛,有各個電台的發射信號,機場雷達信號,通信系統的信號,民用無線廣播信號等等,你咋知道哪一個信號是鎖定你的?
其中的高大上技術大家都可以百度,其實這樣形容比較好理解。
把人比作戰鬥機,你現在站在一個廣場的高處上,現在廣場上很多人,這些人各式各樣,但是這些人中,有一個人想害你,他一直盯著你。而你在觀察者人群,可能掃第一遍不會發現,但是只要他一直看著你,你就一定會發現他。
戰鬥機也是相似的原理,當接受到雷達信號連續照射時,他就會判斷被鎖定,並且計算雷達信號源的位置。
雷達鎖定目標,指的是在一段時間連續、正確地得到目標的方位、距離、和速度。
戰鬥機一般裝備飛機自衛電子對抗設備,通常由告警設備和電子干擾設備組成。告警設備分雷達、紅外和激光告警設備。雷達告警設備可對各種雷達信號進行接收、分析、識別和告警。採用信號處理機時,能以字元形式顯示出威脅源的類型、方位、距離和工作狀態。紅外告警設備可利用紅外探測器檢測來襲導彈發動機噴焰的紅外輻射,發出「已被導彈追擊」的警告,但易受其他熱源的影響而發出虛警。由紅外探測器和多普勒雷達組成的雙模警戒接收機,只有當兩者一致表明飛機面臨導彈攻擊的威脅時,才發出告警信號,因而可避免或減少虛警的出現。激光告警設備,靠截獲敵方激光制導系統的激光束進行告警。
那麼我軍戰鬥機飛行員怎麼知道自己被雷達鎖定?
在平時,我軍有電子戰部隊(從總部到下屬的基層部隊分隊),偵查和截獲敵軍電磁信號,包括雷達、通信、數據鏈、網路。經過長期的積累,可以分析出敵軍雷達各種工作模式的信號模式和特徵,乃至能精確到雷達個體。
從捕獲的雷達信號中獲取並整理出的數據,會裝定進戰鬥機的電子戰吊艙或機載設備(ECM)。因為在實戰乃至平時,電磁空間有N多的電磁信號,多到一架戰鬥機不可能實時分析。所以戰鬥機的ECM只對從(1)里存在的有威脅的信號響應。一旦ECM發現高威脅級別的敵方雷達信號(比如戰鬥機火控雷達鎖定),就會立即向飛行員告警。現在能上檯面的機載自衛電子戰裝備,都有內置演算法,可以根據雷達信號的模式(比如載頻,PRI,PW,掃描周期)判斷威脅度。如果符合一定條件,也會向飛行員告警有不明信號。
當然,現在的雷達設計的越來越高級,出現了LPI雷達(低截獲概率),用各種手段讓被鎖定的戰鬥機不知道。
圖註:法國「陣風」戰鬥機機身遍布的各種雷達或光電告警系統天線位置示意圖
戰鬥機飛行中,飛行員有一個親密「戰友」,它就是雷達告警系統,這位「只聞其聲,不見其人」的「語音夥伴」會及時告訴飛行員,戰機是否已被導彈鎖定。
雷達告警系統發揮這個重要作用,是由兩個要素作為基礎的。
首先,雷達告警裝置有一個資料庫,存儲各種重要電子信號,尤其是潛在敵手國家雷達和導彈的電子信號。收集這些七七八八的各種信號,不是一日之功能完成的事情,平時需要出動包括電子戰飛機、情報偵察船之類的平台,長年累月奔波在空中和海上,一點一滴地收集,通過長期的偵收積累從而發現它們的很多細微特徵,包括它們輻射出的信號在發射頻率、脈衝寬度、調製方式等方面的特點,然後條分縷析地辨認、識別和歸類,最終將每一種信號與特定的雷達或導彈型號建立一一對應的關係。
其次,雷達告警裝置在戰機飛行期間始終偵測周圍電子信號,並將它們與預存的電子信號資料庫進比對,即時將比對結果處理出來,從中篩選出「危險情況」報告給飛行員。
舉個例子,如果通過長期偵察,知道了F-16戰鬥機上的火控雷達——AN/APG-66的信號特徵,而在某一次戰役中,偵察設備臨時截獲了一個信號,經與資料庫比對,發現此時的截獲信號與AN/APG-66雷達的信號特徵相符,而這種雷達一般是裝在F-16戰鬥機上,所以就可以判定這架飛機是F-16。
至於F-16是不是已經作出導彈攻擊的準備,雷達告警裝置當然可以進行準確的判斷,因為戰鬥機雷達當前是處於發射導彈前的制導狀態,還是搜索或跟蹤狀態,不同狀態下雷達信號特徵是不一樣的,這些細微的區別都逃不脫雷達告警裝置偵察系統的「火眼金睛」,因此,戰鬥機飛行員當然可以知道自己是不是已被導彈鎖定。
因為在現代軍用飛機上,有一個不可或缺的軍用電子系統,這就是雷達預警接收器。它也是現代軍機上面最基本的電子作戰裝備。雷達預警接收器對特定的無線電訊號持續監聽,當具有威脅的訊號出現時,雷達預警接收器會警告使用者並且顯示相關的資料。雷達預警接收器是協助飛行員在現代精密防空系統威脅下生存不可缺少的幫手。
靠近F-16戰機機頭的鼓包內就是雷達預警接收器的天線
雷達預警接收器需要接收來自各個方向的訊號,因此很難以小型單一天線達到全空域的涵蓋目的。最常見的安裝位置包括機頭附近,機翼翼端或者是翼根兩側,機尾附近以及垂直安定面的上方。許多飛機在機身兩側有深色鼓起的流線形狀的突起物,或者是在機翼翼端等等,都可能包含雷達警告接收器的天線。
在飛機座艙內部,飛行員的前方會有小型的專用顯示幕,這個顯示幕與雷達顯示幕式分開設置的,當具有威脅性的訊號出現時,顯示幕上會根據訊號的特性和方位,以不同的數字與符號加以標示,提醒飛行員注意。
雷達預警接收器座艙內的顯示屏
現役的雷達預警接收器多半有一個中央控制電腦,電腦除了處理接收到的訊號之外,還會根據訊號使用頻率和特性,與電腦內部的資料庫相比較,如果有找到符合的系統資料,顯示幕上就能夠更精確的提供威脅的資訊,同時控制電腦能夠更精確的判斷訊號的位置與距離。然而,電腦的記憶容量有限,當新系統不斷出現的時候,在更換硬體前,只好先將比較舊或者是被判定在任務執行地區不會出現的雷達系統資料刪除。這種做法曾經發生過問題,導致一架美國空軍的F-16上的接受器無法判斷訊號而被擊落。
新發展的趨勢包括與低可偵測性飛機外型上的配合,與雷達和其他顯示器整合資訊與顯示。具有更高的偵測以及方位標示能力。根據目前公開的資料顯示,F-22上的雷達警告接收器在某些場合下,能夠提供敵機的資料以供直接發射AIM-120空對空導彈,而無需使用機上的雷達。
另外就是,飛行員在知道自己被鎖定的時候,是被敵方戰機雷達鎖定,而非敵方導彈。
戰鬥機是集各種高科技於一身的先進技術的合體,包括最新的材料、雷達、電子、輻射和反輻射、通信、動力、光學、制導等上千種技術。
可以說戰鬥機的先進技術就是一個國家科技實力的象徵和縮影。它不是一個領域的領先和主導,而是所有領域共同努力下的科技成果。就像我們已經宣布服役的殲-20,那可是整個中國科技實力的濃縮精華,是一個國家整體實力的象徵。
戰鬥機的起飛、作戰是由地面機場指揮通信系統依據衛星、目前我們已開始使用北斗網路全覆蓋引導進行。
伴隨著我國預警作戰平台的不斷更新,空中作戰指揮平台將逐漸取代地面指揮控制系統對起飛後的戰機進行引導、指揮、防禦和攻擊,並實時通過北斗衛星系統先敵發現和對敵攻擊,這其中也包括超遠距離發現敵機導彈發射。
戰鬥機自身安裝有日益先進的雷達感知系統,主要部分安裝在機頭內,我國在雷達領域可以說是獨樹一幟,除不斷完善的相控陣雷達小型化可供戰鬥機使用外,還在此基礎上開發更為先進的雷達預警系統。
導彈的作戰模式主要是紅外發現和跟蹤、目標鎖定後的自主引導以及發射後通過導彈頭部的監控攝像頭進行二次人工引導等模式。這些模式必須依靠打擊目標所發射出的熱能、輻射等進行跟蹤,這是導彈對敵進行打擊的方式。
所以為了應對來犯的導彈,做到早知道、早預防、早規避和早反擊,各國均不斷完善戰鬥機的早期雷達預警系統,我國也在新式戰鬥力上大量安裝早期預警雷達,通過雷達預警系統極早發現來襲導彈。
說白了有點像車上裝的電子狗,不過戰鬥機上的那個早期預警雷達所富含的技術的一星半點就足以應對地面上的測速了。
現在的戰鬥機被鎖定的導彈無非是地空導彈、艦空導彈和空空導彈這三種,他們的制導方式也不外乎雷達指導和紅外(紫外)指導兩種。所以戰鬥機知道被雷達鎖定,這個雷達可以是敵機,也可以是導彈。對於主動雷達制導的導彈,導彈引導雷達從掃描模式,切換到單目標跟蹤模式,對於戰鬥機來說確實是被導彈鎖定。戰鬥機通過一些感測器(紅外,紫外)可以知道有尾焰快速接近。但有沒有被鎖定不知道。大多數現代戰機都會裝備雷達告警系統(RWS)來探測敵方雷達的照射。雖然各大公司和設計局都有各自獨特的方法去設計這類系統,但是所有雷達告警系統(RWS)都有著共同的工作原理的。雷達告警系統是一個被動系統,也就是說,它不會向環境中輻射能量。它探測雷達輻射並根據資料庫中已知的雷達類型進行對輻射來源進行分類。雷達告警系統也能確定輻射源方向以及輻射源的運作模式。但是雷達告警系統無法確定輻射源的距離。為了獲得更好的態勢感知能力。一般任務總會使用雷達告警系統的模式選擇功能。模式選擇功能可以讓雷達告警系統只識別工作在目標跟蹤模式的雷達,或者正在發射導引指令信號以便半主動雷達制導導彈,或者主動雷達制導導彈的導引頭追蹤的雷達。需要注意的是雷達告警系統本身不具有敵我識別(IFF)的能力。雷達告警系統可以依照下列順序按照優先邏輯確定主要威脅與次要威脅「
1. 主動雷達制導導彈或者被探測到正在發射導彈指令導引信號(發射導彈)的目標
2. 雷達正處在單目標跟蹤(STT)模式(或者任何鎖定模式)的目標
3. 可以歸類到」普通類型「的目標,下面就是屬於「普通類型」的目標列表:
機載雷達
遠程雷達
中程雷達
近程雷達
早期預警系統
機載預警和控制系統(AWACS)
4. 信號強度最大的目標
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