CN101575010A - 战斗机导弹防御理论及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明通过分析飞机和导弹的飞行特性以及导弹攻击战斗机的方式，提出了一种新型的战斗机防御来袭导弹的方法。其特征是当战斗机导弹逼近告警系统侦知导弹来袭方向后迅速机动使导弹位于战机正后方，然后由战斗机向其正后方拖拽释放某些阻挡物或屏蔽物，用于摧毁或干扰从战机正后方来袭的导弹。同时提出了针对不同制导方式导弹所采取的几种摧毁或干扰的方案。

Description

战斗机导弹防御理论及其方法

本发明涉及一种新型的战斗机防御来袭导弹的方法，以及针对不同制导方式导弹所采取的几种摧毁或干扰的措施。

战斗机防御导弹大概有几种传统的方法：释放红外诱饵弹，释放干扰箔条，电子干扰以及通过机动在导弹攻击末端躲避导弹攻击。但是随着空空导弹发展到第四代，导弹的抗干扰能力已经大大的加强了。红外成像技术的应用使得导弹能够轻松排除红外诱饵弹的干扰，而在脉冲多普勒雷达面前干扰箔条由于释放后减速过快也很容易被识破，并且第四代导弹的抗电子干扰的能力和机动性也有很大提高。因此可以说战斗机在面对现代导弹的攻击时所能采取的有效措施越来越少，第四代空空导弹已经严重威胁到了战斗机的生存。

那么，如何来应对空空导弹带来的威胁呢？美国的做法便是隐形，因为美国在雷达技术上拥有优势，在对等的作战环境中美方战机会先锁定对手，同时由于美方战机采用隐形技术使得对手只能在较近的距离上才能发现他们。可以说导弹技术越先进美国的隐形战机越容易优先消灭对手越不容易被对手的导弹攻击到。可是如果我们也发展隐形战机，则不仅要在隐形技术上大量的投入，而且还必须把雷达技术和发动机技术也搞上去才行，但这样亦步亦趋地发展将导致我们长期在技术上扮演追赶者的角色。为了不让这种情况继续下去，本发明通过分析飞机和导弹的飞行特性以及导弹攻击战斗机的方式，提出了一种新的用释放物摧毁或干扰导弹的方法。这样的选择不仅可以在一定程度上解决导弹威胁同时还带来一些额外的好处：所有利用导弹攻击战机的武器平台的作战效率将大大降低，大型的水面战舰在战机面前将变得十分脆弱，同时隐形技术也将变得毫无意义，未来的空战有可能重回机炮对决的年代。

虽然用释放物摧毁或干扰来袭导弹的好处十分诱人，但是如何实现是个问题，以下我们便从理论上来分析其实现的可能性。首先要解决这个问题可以从分析导弹的攻击方式入手：导弹要攻击战机首先要用雷达或红外导引头来锁定战机，然后依靠火箭发动机将其战斗部推至战机附近爆炸来摧毁战机，也就是说导弹必须接近战机才能达成目的。我们要做的便是阻止导弹接近战机，最直接方法就是释放阻挡物。可是战机很难在其前方和侧面通过释放阻挡物来防御导弹，因为在这些方向战机只有通过发射导弹方式来释放阻挡物，而这样释放的阻挡物远了精度不能保证，近了又可能和战机相撞或由于相对运动过大而很难拦截成功。幸好我们看到在战机的后方释放阻挡物则是可行的，通过缆绳拖拽的方式即可实现，并且在阻挡物上安装飞行控制装置就能保证其位于战机的正后方。同时我们发现只要始终保持战机的机尾指向来袭导弹，那么导弹就只能从战机的正后方接近攻击，这样一来导弹必然在其接近战机的过程中首先和阻挡物相撞。当然同理可以推出，如果始终保持来袭导弹位于战机正后方，只要释放屏蔽物将战机的信号屏蔽掉，使来袭导弹探测不到战机，也可以达到防御导弹攻击的目的。

但是导弹并不总是从战机的后面飞来，它们往往是从战机的前侧方向接近战机，那么战机能否在发现来袭导弹后于有限的时间内完成转向并释放阻挡物或屏蔽物呢？我们都知道战斗机一般都装有导弹逼近告警系统，其告警的方式有光电侦测告警和雷达告警两种。光电侦测告警系统探测的是导弹的发动机尾烟和在空气中高速运动而摩擦生热的导弹弹头，其最新设备的探测范围一般在10～20km。一般来说光电侦测告警系统对近程空空导弹来说是绝对有效，因为近程空空导弹的射程一般就在10～20km内，所以它一发射就会被发现。但是如果是中远程空空导弹就不一定了，因为这些导弹在其飞行末期可能燃料消耗殆尽而依靠惯性继续飞行，也可能采用了冲压发动机以关机的方式接近战机，这样就没有高温辐射的尾烟，而且这些导弹如果能在将要接近战机时采用某种方式(例如剥落高温弹头外壳或液氮制冷)给其弹头迅速降温，那么光电侦测告警系统将很难发现它们。幸好中远程空空导弹大部分都安装的是雷达导引头，在距战机10～20km时要开启主动雷达搜索战机，可一旦其开机就立刻会被战机上的告警雷达所发现。到这里可以得出结论：战斗机的导弹逼近告警系统能够在来袭导弹距离战机10～20km时发现导弹。接下来我们算算留给战机的反应时间是多少。假设战机在被敌机锁定的情况下不采取任何机动动作，仍继续向敌机方向飞行，在战机发现导弹时导弹速度为2～3马赫，战机速度为接近1马赫，则两者的相对速度为3～4马赫，那么留给战机的反应时间大概就是10～15秒。第三代战斗机如苏-27、“阵风”等最大稳定盘旋角速度为22度/秒，也就是说他们完成180度转向只需花费8秒的时间，如果将来安装上推力矢量发动机则这个时间将更少，所以战斗机在发现导弹后有足够的时间来使得导弹位于战机的后方。并且在战机转向的同时就可以释放阻挡物或屏蔽物，这样一来不但节省了时间还能够避免释放物被发动机尾焰烧灼，因为战机在转向时由于惯性释放物被释放的方向会和发动机尾焰有一定夹角。以上论证充分说明了战机在发现导弹后能够及时释放阻挡物或屏蔽物进行拦截。

在阐述完基本原理后，接下来便来说明具体的实现方法。

1、首先能够想到的阻挡物是一张拦截网，这张网展开位置大概距战机100m(实际距离应该根据导弹失效后能否会威胁到战机来决定)，大小为20m×20m的正方形(具体大小应该由大部分空空导弹的杀伤半径来决定，因为导弹此时已经非常接近战机，如果碰不到网上，那它也不大可能在经过战机时给予战机有效杀伤)，网格密度为10cm×10cm且交点处缀有直径5mm的钢珠(保证导弹在经过时能和一颗刚珠相撞)。整张网的展开过程是：首先将存放拦截网的母弹(只是一个保护拦截网不被发动机尾焰烧灼的壳)由缆绳拖拽着释放到距机尾100m处，然后母弹外壳剥落释放出四个带有弹翼(类似空空导弹弹翼)的牵引子弹，子弹头部和缆绳通过类似于伞绳的绳索相连(绳索上还附有通讯线)，弹身重心处和网的四角相连，最后由电脑控制子弹弹翼牵着网的四角使网完全打开并调整位置到战机的正后方。整张网的重量我认为可以参考“神舟”飞船的降落伞来评定：“神舟”飞船降落伞面积1200平方米，重90多千克，但其采用的是高档布料缝合而成，而400平方米的阻拦网采用军用材料的网线的话，重量合理估计应该在20千克左右；交点处的钢珠有4万颗，每颗按1克来算总重40千克；其他的如四个牵引子弹和缆绳等按10千克来算。所以整个阻拦系统的重量在70千克左右，相对于来袭导弹重量要轻且造价低廉，技术上也容易实现。

2、本方案是在方案1的基础上加以改进的方法，其原理是在拖拽阻拦网的缆绳上安置一颗拥有20千克定向爆破战斗部的炸弹，并在网线上附着通电导线，利用导弹弹翼切割网线时产生的电讯号来引爆炸弹来摧毁导弹，其中炸弹的具体位置应该以收到讯号由延时引信引爆可最大限度攻击到来袭导弹为准。本方案较之方案1减轻了重量，去掉了大量的钢珠，且只需弹翼切割网线不必弹头和网线相撞，则网格密度可以降低为30cm×30cm，所增加的只是网线上附着的导线和20千克重的炸弹，整个系统的重量大概降为40千克左右。

3、上面两个方案的共同特点是技术上容易实现，成本低廉对来袭导弹阻挡成功率高。但也存在着固有的缺陷：空气阻力不小，对战机的机动有一定的影响；不能重复使用，一旦释放出去就不能收回，即使导弹没有击中拦截网，也只能切断缆绳丢弃；不能防御多个导弹，如果敌机发射一前一后两个导弹，拦截网很可能被第一发导弹爆炸所破坏，对紧随而至的第二发导弹就无能为力了。所以根据对前两个方案的分析，方案3摒弃了拦截网的使用，但保留了用炸弹摧毁来袭导弹的做法，在判定何时来袭导弹进入炸弹攻击范围方面使用了激光雷达或毫米波雷达。因为激光雷达或毫米波雷达对目标距离判定的精度很高，且数据刷新率快，对高速移动的目标能够精密地跟踪和瞄准。具体的拦截过程是：首先由导弹逼近告警系统锁定来袭导弹，现在常用的告警系统的角分辨率为1°，足够为激光雷达或毫米波雷达提供照射方向，激光雷达或毫米波雷达在锁定导弹后便可为系统提供来袭导弹的精确位置信息，由于没有拦截网的束缚可以直接在炸弹上安装弹翼，系统可控制炸弹移动到导弹来袭方向等待导弹进入其爆炸范围；如果发现多个导弹来袭，可以在锁定多个目标后于战机后方用多条缆绳拖拽多个炸弹并且可以在同一个缆绳上挂多个炸弹以达到摧毁多个导弹的目的；如果在敌导弹威胁消失后仍有炸弹剩余，则直接收回即可，不必为拦截网所困扰。本方案的优点就是前两个方案的不足之处，同时由于没了拦截网的束缚，防御系统只需控制炸弹弹翼就可以在机后较大范围内机动，防御面积扩大了许多。当然这一方案在精度控制上要求极高，但是如果证明是可行的那这一方案将是最优的拦截方案。

4、以下几个方案为如何干扰导弹的方案。首先如果来袭导弹是中远程导弹，那么其制导方式大部分采用雷达制导。前面曾说过可以用箔条来干扰敌机和来袭导弹上的雷达，使其发生误判，但由于箔条一旦发射就会急剧减速，从而来袭导弹可以很容易判断出哪个是真正的目标。本方案的做法便是使用方案2中的拦截网在其上缀挂箔条，如此即可保持箔条和战机拥有相同的速度，同时由于箔条位于战机正后方，其在敌雷达上的信号正好将战机的雷达信号屏蔽掉，这样一来导弹只能撞向箔条网，并在接近箔条网时启动近炸引信爆炸。本方案可能影响战机的速度，但如果箔条缀挂得当还是可以接受的。

5、如果来袭导弹是近程空空导弹，其制导方式是红外制导，那么我们的屏蔽物则可是一张屏蔽伞，此屏蔽伞在位于战机内时用冷却系统使其保持很低的温度。使用时由缆绳拖拽于战机后方100m处时展开，展开方式和一般降落伞或减速伞相似，待伞展开后即和缆绳脱离，伞的大小以能屏蔽战机后方信号为宜。屏蔽伞展开的同时战机再向四周发射几颗红外诱饵弹，因为低温的屏蔽伞将战机的热信号屏蔽掉了，即使是能够热成像的导引头也只能引导导弹攻击红外诱饵弹。一旦近程导弹被诱饵弹吸引，即使屏蔽伞飘开导弹重新发现战机，想要重新锁定并追踪战机将非常困难。

6、同样对付红外导引的近程空空导弹，还可以在机尾处向其后方和侧后方释放的红外/毫米波干扰烟幕，干扰烟幕释放范围和释放量以能够将战机正后方信号屏蔽掉为准，也可以达到屏蔽战机红外信号的目的，同时释放红外诱饵弹即可成功欺骗红外导弹。或者当红外导弹钻入烟幕后，战机作大角度机动也可摆脱导弹。这种方法比上一种方法具有反应速度快，释放方式简单，经济有效等特点。

综上所述，我们可以得出：如果能保证导弹从战机后方接近，根据具体情况采取正确的方法，想要阻止导弹的攻击使其命中率急剧下降不是不可能的。采用本方法后飞行员将不必在导弹攻击末期拼命地做机动以规避导弹，只需始终保持将机尾指向导弹即可，这对于飞行员来说要容易得多。相信不久的将来当大量拥有战机导弹防御系统的战斗机翱翔于天空时，不仅未来的空战模式将发生巨大的变化，空地对抗、空海对抗的模式也会随之发生深刻的变革。

Claims (10)

1，本发明涉及一种战斗机防御来袭导弹的方法，其特征是当战斗机导弹逼近告警系统侦知导弹来袭方向后迅速机动使导弹位于战机正后方，然后由战斗机向其正后方拖拽释放某些阻挡物或屏蔽物，用于摧毁或干扰从战机正后方来袭的导弹。

2，根据权力要求1所述的方法，其中的阻挡物可以是一张拦截网，这张拦截网由一根缆绳拖拽到距机尾100m处展开，拦截网大小为20m×20m的正方形(具体大小应该由空空导弹的杀伤半径来决定)，网格密度为10cm×10cm且交点处缀有直径5mm的钢珠。

3，根据权力要求2所述的拦截网，其展开过程是：首先将存放拦截网的母弹由缆绳拖拽着释放到距机尾100m处，然后母弹外壳剥落释放出四个带有弹翼(类似空空导弹弹翼)的子弹，子弹头部和缆绳通过绳索相连，绳索上还付有通讯线，弹身重心处和网的四角相连，最后由电脑控制子弹弹翼牵着拦截网的四角使拦截网完全打开并调整位置到战机的正后方。

4，根据权力要求1、2、3所述的方法，权力要求1中的阻挡物还可以是一张拦截网加一颗炸弹，拦截网展开位置、大小、展开过程如权力要求2、3所述，网格密度为30cm×30cm，网线上附着有通电导线，当导弹弹翼切割网线时可以传递电讯号给炸弹。

5，根据权力要求4所述的方法，其中的炸弹位于拖拽阻拦网的缆绳上，其具体位置应该以收到讯号由延时引信引爆可最大限度攻击到来袭导弹为准，炸弹内装20千克的定向爆破战斗部。

6，根据权力要求1所述的方法，其中的阻挡物可以是一颗由缆绳拖拽的炸弹，炸弹上安装有弹翼，可以在导弹逼近告警系统控制下移动到导弹来袭方向，炸弹内装有20千克的定向爆破战斗部，待导弹进入其爆炸范围时由导弹逼近告警系统引爆炸弹摧毁导弹。

7，根据权力要求6所述的方法，其中导弹逼近告警系统中安装有激光雷达或毫米波雷达，由激光雷达或毫米波雷达提供来袭导弹精确位置和速度信息给导弹逼近告警系统的计算机，计算机根据导弹的精确位置和速度信息控制炸弹移动和及时引爆炸弹。

8，根据权力要求1、2、3所述的方法，权力要求1中所述的屏蔽物可以是一张屏蔽网，屏蔽网展开位置、大小、展开过程如权力要求2、3所述，网格密度为30cm×30cm，且在网线上缀挂金属箔条，箔条数量以能够将战机正后方雷达信号屏蔽掉为准。

9，根据权力要求1所述的方法，其中的屏蔽物可以是一张屏蔽伞，此屏蔽伞在位于战机内时用冷却系统使其保持很低的温度，使用时由缆绳拖拽于战机后方100m处时展开以屏蔽战机的红外信号，伞的大小以能屏蔽战机后方信号为宜，展开方式和一般降落伞或减速伞相似，待伞展开后即和缆绳脱离。

10，根据权力要求1所述的方法，其中的屏蔽物可以是在机尾处向其后方和侧后方释放的红外/毫米波干扰烟幕，干扰烟幕释放范围和释放量以能够将战机正后方信号屏蔽掉为准。