光電無源干擾技術

光電無源干擾技術是通過採用無源干擾材料或器材,改變目標的光波反射、輻射特性,降低保護目標的和背景的光波反射或輻射差異,破壞和削弱敵方光電偵測和光電精確制導武器系統正常工作的一種干擾技術。光電無源干擾技術以遮蔽技術、融合技術和示假技術為核心,以「隱真」、「示假」為目的。「隱真」即為隱蔽目標或降低目標的顯著特徵,以減少探測、識別和跟蹤系統接收的目標資訊;「示假」即為顯示假日標,迷惑、欺騙偵察、識別系統,降低其對真目標的探測識別概率,進而攻擊假目標。

光電無源干擾技術主要包括煙幕干擾技術、光電隱身技術和光電假目標技術。光電隱身技術就是減小被保護目標的某些光電特徵,使敵方光電探測設備難以發現目標或使其探測能力降低的一種光電對抗技術。光電假目標就是利用各種器材或材料仿製成假設施、假兵器和誘餌等,以迷惑、欺騙光電偵察、識別系統,降低其對真目標的探測識別概率。

(1)煙幕干擾技術

煙幕是一種古老的、原始的自衛手段,作為一種特殊的武器,在漫長的戰爭歲月中曾屢建奇功。煙幕可以在目標與背景之間構成一種渾濁的大氣,這種大氣就是氣溶膠微粒,可用於軍事遮蔽和偽裝。通過在空中施放大量氣溶膠微粒,改變電磁波介質傳輸特性,實施對光電探測、觀瞄、制導武器系統的干擾,是煙幕的主要功能。當導引頭跟蹤被「扭曲」的光電信號後,光電制導武器就會脫靶或因導引頭得不到足夠的能量而在目標前墜落。實踐證明,煙幕不僅能對抗電視制導和紅外製導,也可對抗雷射制導。煙霧對雷射具有強烈的干擾和衰減作用,一定濃度和厚度的煙霧可使雷射制導武器無法正常工作。

經過長期的研究與發展,俄羅斯已設計出了先進的對抗雷射制導武器的煙幕干擾裝備——「窗簾」干擾系統。該系統是一種用於干擾敵方半自動瞄準線指令反坦克飛彈、雷射測距機和目標指示器的光電干擾系統。目前已裝備到俄羅斯T—80坦克、T—90坦克和烏克蘭T—84坦克上。該系統在探測入射雷射的同時,向雷射入射方向發射紅外干擾煙幕彈,在3~5秒內形成一道煙幕牆,使「陶」式、「龍」式、「小牛」式和「霍特」飛彈及「銅斑蛇」制導飛彈的命中率降低75%~80%,使採用雷射測距機的火炮命中率降低66%。「窗簾」系統主要包括:4部雷射告警接收機,1部以微處理機為基礎的控制設備,2部紅外干擾發射機和一些煙幕彈發射器。其中4部雷射告警接收機分別安裝在炮塔頂部和前部,所形成的有效探測區為方位360°,高低—5°~+25°,在主炮兩側各+5°的角度範圍內,探測入射雷射的方位精度達1.7°~1.9°。該系統共配置了12具煙幕彈發射器,在車輛正面90°弧度範圍內每隔7.5°配置一具,牠們的仰角均為12°,能在探測到雷射照射後3秒內,在離坦克50~80米處形成持續20秒的煙幕,煙幕屏障能有效覆蓋0.4~14微米波段。系統的兩臺紅外干擾發射機形成的有效區域為主炮兩側各90°,高低4°的區域,在探測到目標2秒內,發射波長為0.7~2.5微米的干擾脈衝。

(2)光電隱身技術

光電隱身技術,又稱光電低可探測技術,是通過降低武器裝備的光電信號特徵,使其難以被敵方光電偵察和制導系統發現、識別、跟蹤和攻擊的技術。光電隱身包括可見光隱身、紅外隱身、雷射隱身和綜合隱身等。

①可見光隱身技術:可見光隱身,就是降低軍事裝備本身的目標特徵,使敵方的可見光相機、電視攝像機等光學探測、跟蹤、瞄準系統不易發現目標的可見光信號。採用可見光隱身技術的目的,是通過減少目標與背景之間的亮度、色度和運動的對比特徵,達到對目標視覺信號的控制,以降低可見光探測系統發現目標的概率。可見光隱身通常採用以下三種技術手段:

塗料迷彩:任何目標表面材料都是處在一定的背景上,目標與背景又總是存在一定的顏色差別,迷彩的作用就是要消除這種差別,使目標融于背景之中,從而降低目標的顯著性。按照迷彩圖案的特點,塗料迷彩可分為保護迷彩、仿造迷彩和變形迷彩三種。保護迷彩是近似背景基本顏色的一種單色迷彩,主要用於保護單色背景上的目標;仿造迷彩是在目標或遮障表面仿製周圍背景斑點圖案的多色迷彩,主要用於保護偽裝斑點背景上的固定目標,或停留時間較長的可活動目標,使目標的斑點圖案與背景的斑點圖案相似,從而達到迷彩表面融合於背景之中的目的。變形迷彩是有與背景顏色相似的不規則斑點組成的多色迷彩,在預定距離觀察能歪曲目標的外形,主要用於偽裝多色背景上的活動目標,能使活動目標在活動區域內的各背景上產生偽裝效果。試驗表明,涂敷迷彩具有相當好的隱身效果,如用微光夜視儀觀測1000米處的坦克的發現概率,無迷彩時為77%,有迷彩時只有33%。現代迷彩兼有吸波作用,不僅可降低坦克的可見光探測概率,還可減弱坦克的紅外輻射。

偽裝網(幕):這是一種通用性的偽裝器材,一般說來,除飛行中的飛機和炮彈外,所有的目標都可使用偽裝網。偽裝網主要用來偽裝常溫狀態的目標,使目標表面形成一定的輻射率分布,以模擬背景的光譜特性,使之融于背景之中,同時在偽裝網上採用防可見光的迷彩,可更有效地對抗可見光偵察、探測和識別。紅外偽裝網可以使目標和背景融為一體,使敵方紅外熱像儀難以發現。紅外偽裝網還具有變形的效果,如果在目標表面覆蓋上涂有不同紅外發射特性塗料的偽裝網後,那麼在熱像儀上螢幕上,目標就會變得面目全非。偽裝網最初使用天然纖維,後來改用尼龍或塑膠,因而更輕、體積更小。如美國的輕型偽裝網,分為林地型、荒漠型、雪地型三種,裝飾面為乙烯基尼龍布,網路繩為聚酯網格繩,重量為0.27千克/米(不帶網格繩)。其中II型偽裝網可有效對抗可見光、紅外和雷達的偵察。

偽裝遮障:遮障可模擬背景的電磁波輻射特性,使目標得以遮蔽並與背景相融合,是固定目標和運動目標停留時的最主要的手段,特別適合於有源或無源的高溫目標。偽裝遮障綜合使用了偽裝網、隔熱材料和迷彩塗料等技術手段,是目標可見光隱身、紅外隱身的集中體現。偽裝遮障主要由偽裝面和支撐骨架組成。支撐架具有特定的結構外形,通常採用重量輕的金屬或塑膠桿件做成,起到支撐、固定偽裝面的作用。偽裝效果取決於偽裝面對電磁波的反射和輻射特性與背景的接近程度,這與偽裝面的顏色、形狀、材料性質、表面狀態及空間位置有關。法國費拉里技術織物公司研製的一種快速偽裝遮障,主要用於偽裝裝甲輸送車。該遮障做得像裙子,使用時須套在目標上,其特點是重量輕、架設撤退非常方便,現已裝備法國的快速反應部隊。

②紅外隱身技術:為了對抗紅外成像系統的偵察,實現對紅外熱成像的隱身,需要儘可能地降低目標的熱輻射強度,改變目標的熱輻射特性,可以用塗料做成偽裝網或偽裝覆蓋于目標表面或架在目標周圍或上方,從而改變目標的熱特徵。還要減少目標與背景之間的熱輻射差別,調整熱輻射的傳輸過程,即根據背景條件進行紅外迷彩設計,使目標的熱圖像很好地融合於背景中,使紅外熱成像系統看不見或看不清目標。當艦船採用紅外隱身技術後,其紅外輻射的能量降低90%。紅外探測裝備發現目標艦船的有效距離可縮短60%。當飛機採用紅外隱身技術後,使輻射降低66%~75%。俄羅斯的蘇—39飛機,發動機噴口安裝了專門的換氣設備,可使噴氣最熾熱的部分冷卻,從而首次解決了強擊機在飛行過程中易被紅外製導飛彈發現和襲擊的難題。

③雷射隱身技術:雷射隱身的主要對象是受到雷射探測、跟蹤或測距的一些軍事裝備和設施,如飛機、艦艇、坦克、飛彈及地面的重點目標等。雷射隱身就是要降低目標的反射截面。其出發點是降低目標的雷射反射率和目標的表面積。目前常採用的是雷射隱身塗料技術。雷射隱身塗料可以降低目標表面的反射係數,減少目標的回波功率,是對抗雷射探測、制導的有效手段。它有三大優點:經濟、方便、應用廣泛。它可涂敷在靜態目標或動態目標上;可製成各種迷彩色,進行隱身;還可塗在織物上面,製成特殊的隱身服、隱身罩等等,是一種很有前途的自身防護手段。雷射隱身塗料的性能要求是:對常用的紅外雷射(1.06或10.6微米)具有高的吸收率;有較好的化學穩定性、熱穩定性和力學穩定性。實際使用中常選用某些金屬氧化物或有機高分子等材料,來製作雷射隱身塗料,有時在塗料中加人多種吸收劑,以提高吸收率。

④綜合隱身技術:由於偵察手段的日益多樣化,單一針對某種偵察手段的隱身已達不到戰術要求,因此必須綜合運用各種技術手段,研究和發展能夠同時對抗可見光、紅外、雷射、雷達偵察的綜合隱身技術。瑞典研究開發的「多波段超輕型偽裝網」(BMS—ULCAS)就具有防光學、防近紅外、防中遠外、防雷達偵察的綜合隱身性能。該偽裝網由高強度基網材料及多波段吸收材料製成,而且在設計思想上突破了以往各種偽裝網的理論依據,採用新型吸收原理和雙面單層結構設計,不但重量非常輕,而且架設方便,是目前世界上最具開拓性的先進偽裝網。該綜合隱身產品得到了多國軍隊的廣泛應用,可對停在地面的飛機、直升機和戰車及靠岸停泊的巡邏艇進行偽裝。該國的典型產品還包括「移動式偽裝系統」(MCS),這種綜合隱身系統作為套件用於特種車輛,可以改變車輛的目標特徵。與「移動式偽裝系統」集成使用的通常還有「熱傳導抑制」套件,它由一些隔熱板組成,白天可以減少陽光對車體的加溫,夜間可以防止車體輻射出熱信號,從而有效地抑制車輛的紅外輻射,達到隱身的目的。

⑤光電隱身技術的新發展:多波段隱身材料:各種軍事目標在戰場上可能同時面臨可見光、紅外、雷射和雷達等多波段偵察的觀瞄裝備的威脅,因此,研究能夠對抗多種偵察探測的多波段兼容的隱身材料,是今後光電隱身技術的發展方向。目前美、德等國正在積極研製多波段隱身材料,其研製水準已達到可見光、紅外、雷達和毫米波4波段兼容。德國的研究人員將半導體材料摻入熱紅外、微波、毫米波透明漆、塑膠、合成樹脂等粘合劑中,生產出一種塗料性的多波段隱身材料,其可見光顏色及亮度取決於半導體材料和表面粗糙度。恰當地選擇半導體材料的特性參數,可以使該塗料具有可見光及近紅外波段的低反射率、熱紅外波段低發射率、微波和毫米波高吸收率特性。因此,這種多頻譜隱身塗料能同時減小坦克等目標被可見光、近紅外、遠紅外和雷達探測器發現的距離和概率。美國在多波段隱身塗料技術研究領域取得了重大進展,其開發的隱身塗料是一種可吸收雷達、紅外、毫米波的複合塗料,其成分中含有帶金屬塗層的微球。微球吸收能量的頻率由其直徑及金屬膜的類型與厚度來確定。微球可以像色素一樣加進溶劑基或水基的樹脂系統中(如聚氨基甲酸乙酯及其混合物、環氧化物、丙烯酸化合物及硅化物),涂到被保護裝備上之後,最終形成的塗層僅使裝備的厚度增加幾個毫微米。這種微球塗料技術的另一大特點是適用於任何材料和任何結構。如美國已用尼龍手套、泡沫材料及膠片進行了試驗,取得了預期效果,現能夠提供採用不同配方的多種微球浸透塗料,而且能夠根據用戶的不同需求(如電磁干擾、雷達吸收、紅外吸收等)來製作所需的微球。

紅外隱身照明彈:能發出很強的肉眼看不見的紅外線,它可作為工作在近紅外波段光電器材的輔助光源,特別適用於隱身、偽裝等工作的夜戰場。它在擴展光電器材使用範圍、提高戰場夜視能力的同時,還具有很好的自隱身效果,從而使夜戰場變得對己方單向「透明」,使對敵偵察、監視、觀瞄、跟蹤與攻擊等作戰行動得以順利地實施。科學家們經過多次研究和試驗選擇了隱身指數(藥劑燃燒時發射的可見光與紅外光之比)較高的一些新材料來製作紅外隱身照明彈。這些新材料包括硝酸鉀、硝酸銫、六胺、硅、硼、氧化鐵和WITCO1780等,並確定出最佳藥劑配方。美國研製的M—257型紅外隱身照明彈由70毫米機載航空火箭發射。射程可達4200米下降速度4.26米/秒,燃燒時間達2分鐘。該彈由多種填料、氧化劑和粘合劑混合而成,其外形與M—257型白光照明彈相似,但其密度比白光照明彈大得多。該彈輸出的可見光只有0.3萬燭光,其可見光效應相當于懸掛在366米高空的一隻100瓦電燈泡,因而不易被發現。它輸出的紅外光集中於0.7~0.8微米近紅外波段。作為紅外輔助光源,可使直升機駕駛員用M912型第二代夜視鏡看見吉普車目標的距離由原來的161米增至644米,觀測距離提高4倍;識別吉普車目標的距離由32米增至483米,識別距離提高15倍。目前,美國西奧科爾公司正在繼續改善該型照明彈的配方與結構。現已可在不減少紅外光輸出的情況下,使可見光輸出再減少10%;改用M66發動機推進,其射程可達4200米;改進降落傘使其下降速度減為42.6米/秒;照明彈在空中可燃時間由2分鐘延長到3分鐘。

隱身士兵:目前,國外在研製一種新型的能變色隱身軍服。這種軍服採用一種「有源」系統,以近似迷彩圖案的金屬塗層置於織物表面,用電源來調節金屬塗層的溫度和熱輻射強度。士兵穿上這種軍服,在任何情況下都能根據環境溫差的變化及時調整自己軍服的顏色,向外發出紅外輻射,使自己的紅外特徵與周圍環境保持一致。這樣,不但肉眼難以發現,而且連熱成像儀也難以探測。21世紀的士兵將處在「密封」的軍服和配有傳感器、能控制所有武器的頭盔保護下。可以通過衛星通信系統彼此聯絡;通過頭盔前額部分的螢幕觀察到戰場的情況,這與為戰鬥直升機飛行員研製的最新裝備相似。他們的個人裝備中還包括能隨眼球轉動而改變方向的傳感器,士兵本人只要注視目標就足夠了,剩下的工作可由裝備來完成。大功率的微型便攜式電腦、防雷射眼睛和可製造小氣候的密封軍服將使新世紀的士兵成為「超級鬥士」。

(3)光電假目標

光電假目標就是利用各種器材仿製成假設施、假兵器。這些假目標在光電探測跟蹤、導引的電磁波段中與真目標具有相同特徵。光電假目標包括:可見光假目標、紅外假目標、雷射假目標、複合光電假目標。

①可見光假目標:這是在可視(即人眼可見)範圍內設置的各種假目標,可對人眼、可見光照相裝備、電視偵察裝備進行欺騙。特別是對衛星的可見光照相偵察,可見光假目標具有很大的欺騙性。在現代局部戰爭中,可見光假目標是使用最多的一種,是製作複合假目標的基礎。

②紅外假目標:不但在外形上要類似於真目標,而且內部要配置熱源,使假目標的外表與真目標具有類似的溫度特性,形成與被保護目標相似的空間熱圖像。紅外假目標不僅要「形」似,而且要「神」似。

③雷射無源假目標:有金屬箔條、角反射器等形式。金屬箔條干擾是利用金屬箔條對光波的反射作用進行欺騙干擾。金屬箔條可對付攻擊空中、海上目標的雷射制導武器。角反射器是一種用以欺騙敵方光電裝備的反射體,可引誘雷射制導武器誤炸。

④光電複合假目標:這是將目標的可見光特性、紅外特性、雷射反射特性等光電特性結合起來,進行綜合分析,設計、製作的一種與真目標的可見光、紅外、雷射等光電特性相近或相同的假目標。美國研製的紅外/射頻假目標,可模擬煙囪溫度,它選用的材料是適于高溫下使用、厚度為1/1000寸的黑色開普敦薄膜,具有高的溫度抑制特性;可在25節風速下進行布設和穩定的充氣膨脹;作戰壽命為4分鐘。

1999年的科索沃戰爭中,南聯盟面對以美國為首的北約軍隊的大範圍、高功率、高精度的偵察/測向/干擾一體化系統,其軍事裝備和對抗能力遠遠處於劣勢,這是又一場不對稱戰爭。但南聯盟軍方充分吸取了伊拉克的經驗和教訓,利用模擬器材、民用車輛、報廢的武器裝備、仿真模型等,「造」出地一空飛彈陣地、重兵集結地域,在高速公路兩旁每隔幾千米就擺放一些廢棄的或假的武器裝備,包括假飛彈發射設備、假坦克、假裝甲車甚至假公路等,並就地取材製作假目標,不斷變換位置和數量,以欺騙敵方,誘使北約把大量的彈藥投射到造價便宜的假目標上,有效地保護了自己的軍事裝備。南聯盟的大量坦克分散隱藏在樹林中,或用綠葉覆蓋,用以隔絕車體散發出的熱量,從而躲開北約紅外探測系統的追蹤。停戰協議簽署後,南聯盟軍隊從科索沃撤出時開出的完好無損的坦克等武器是北約估計的幾倍以上。北約曾報道摧毁南聯盟120輛坦克,220輛裝甲車,超過450門火炮和迫擊炮,戰後清點的實際數量卻是14輛坦克,18輛裝甲車,20門火炮。北約浪費了多少彈藥,心內自知。南聯盟利用假目標戲弄北約,創造了如何打不對稱戰爭、以弱抗強的範例。