靜電引信探測技術:導彈關鍵時刻的“火眼金睛”

王闖

2020年04月30日15:53  來源:人民網-科技頻道
 

導彈飛行過程中,主要依靠激光、無線電、紅外等探測方式對目標進行遠距離探測﹔引導導彈到達目標附近后,必須在引爆時刻前對目標進行准確識別,進行有效打擊,這就需要依靠導彈關鍵時刻的火眼金睛——靜電引信探測技術。

為什麼導彈需要火眼金睛

進入21世紀后,軍事斗爭已經進入一個嶄新的時代。在陸、海、空、天等多維作戰空間裡,各種高科技武器紛紛登上戰爭的舞台並大顯神通。隨著現代化戰爭作戰方式的改變,制空權已成為贏得戰爭的關鍵,高速飛行、低空作戰及反探測能力強的空中武器系統成為各國發展的重點。

敵軍使用隱身飛機技術為作戰飛機量身定做了隱身衣。隱身飛機利用幾何外形設計和吸波材料涂層等技術,削弱其聲、光、電、磁等各種物理特性,使其可探測性大大降低。例如美國的B-1B戰略轟炸機,由於吸波材料和外形結構設計等隱身技術的使用,其雷達反射截面僅相當於B-52的1%,F-22戰斗機的雷達反射截面積隻有F-15戰斗機的1/80。

典型的隱身飛機(圖片由作者提供)

復雜的聲、光、電、磁等戰場干擾環境就是敵軍使出的障眼法。高價值空中飛行器具有更強的防御能力,利用其自身的無線電、激光等干擾系統使得其戰場生存力得以保証。

紅外干擾彈和箔條干擾彈(圖片由作者提供)

敵軍的隱身飛機技術和各種干擾技術的大量使用,不僅會對導彈的遠距離探測產生影響,同時也對導彈引信的近距離探測提出了嚴峻的挑戰。因此,對於導彈的近距離探測而言,導彈引信僅具有耳聰目明的能力並不足以應對敵軍各種妖魔鬼怪法力的不斷提升,必須擁有火眼金睛才能夠在關鍵時刻識別出敵人的真面目並對其進行有效打擊。

什麼是導彈的火眼金睛

無論妖怪偽裝的多好,其自身攜帶的妖氣無法掩蓋,也就逃不過一雙火眼金睛。對於敵軍的飛機目標而言,其飛行過程中所攜帶的靜電荷產生的物理場就是它的妖氣,而能夠識別這些妖氣的靜電引信探測技術就是導彈的火眼金睛。

空中飛行的飛機會由於感應電荷充電、空氣粒子電荷轉移充電、沉積靜電充電以及噴流作用充電等方式積累大量電荷,為避免電荷的不斷積累對飛機安全造成影響,飛機會通過機翼等部位安裝的放電刷對電荷進行泄放。機身攜帶的靜電荷將在飛機周圍形成靜電感應場,飛機放電刷的放電過程將在周圍空間產生電磁輻射場。飛機周圍形成的靜電場和其放電刷的輻射電磁場均可作為探測信號對飛機進行探測。

靜電引信探測技術是利用目標自身荷電產生的物理場對目標進行探測的一種被動式探測體制,具有很好的反隱身和抗干擾能力。靜電引信探測技術是解決目前近炸引信遇到的隱身目標探測和人工干擾問題的一種有效解決途徑。

靜電引信探測技術就是導彈關鍵時刻的火眼金睛。

導彈的火眼金睛是如何工作的

導彈的火眼金睛——靜電引信探測技術包括兩隻眼睛:靜電感應場探測技術和放電輻射場探測技術。

靜電感應場探測技術利用靜電目標周圍的靜電感應場進行探測。由於帶電目標周圍存在靜電感應場,導彈的探測電極上會形成感應電荷,交會過程中,電場變化引起探測電極的感應電荷發生變化,電荷從取樣電阻流過形成感應電流,通過檢測感應電流即可獲得彈目交會過程中電場的變化信息,從而對目標進行識別。

交會過程中靜電探測器探測到的目標信號波形包含多個特征值。可以對這些特征值進行判斷,從而排除雲霧、雨雪、閃電等自然干擾信號。根據這些特征值還能夠判斷出最佳起爆時刻。

通過布設多個電極組成電極陣列,靜電感應場探測可以實現對目標較高精度的測向,從而為導彈提供目標方位信息,提高導彈的工作效能。研究表明,靜電探測的測向精度能夠達到±12°。

放電輻射場探測技術是利用放電刷放電電磁輻射場進行探測。飛機放電刷的放電電流呈現出規律的脈沖形式,快速變化的脈沖電流會在周圍空間產生電磁輻射,放電過程所產生的電磁輻射頻譜非常穩定。因此,飛機放電刷的輻射電磁場也可作為探測信號對飛機進行探測。

利用飛機放電刷的放電電磁輻射信號進行探測,具有探測距離較遠、反隱身、抗干擾能力強等優勢。飛機放電刷電磁輻射場探測器對空中放電目標的探測距離能夠達到50 m以上,響應時間小於0.1 ms。

擁有火眼金睛的導彈如何同時做到耳聰目明

導彈的火眼金睛——靜電引信探測技術具有很好的反隱身和抗干擾能力,同時具備對目標的精確測向能力,但目前還不具備精確測距能力。將靜電探測體制與其他探測體制復合,能夠綜合各自的優勢,保証導彈在擁有火眼金睛的同時還能夠做到耳聰目明。

以靜電-無線電復合探測體制為例,靜電探測與無線電探測復合使用時,靜電探測器首先處於工作模式,無線電探測器處於靜默狀態,不發射信號,當彈體進入目標電場的作用范圍時,靜電探測器識別確認為真實目標,啟動無線電探測器工作,提高引信的抗人工干擾性能。

在無線電探測器與靜電探測器同時處於工作狀態時,通過兩者信息相與的方式,利用無線電探測獲取與目標之間的距離、靜電探測器測量目標方位,當彈體處於最佳起爆位置時,給出起爆指令,從而實現目標的炸點精確控制,提高毀傷效能。研究表明,靜電探測電極和無線電收發天線電磁兼容特性良好。

總的來說,靜電引信探測技術包括靜電感應場探測技術和放電輻射場探測技術,靜電感應場探測能夠准確獲得目標方位信息,同時具有很好的反隱身及抗干擾性能。放電輻射場探測可以在較遠距離准確的探測到目標,並且具有很好的反隱身性能。靜電引信探測體制通常與其他探測體制復合使用。(作者系中國航天科工二院二部工程師)

(責編:趙竹青、呂騫)