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殲20的紅外探測系統簡析

紅外探測器在三代機時代在雷達這個大哥面前只不過是個不起眼的小角色,但在四代機出現後它身價大增,因為以前的大哥雷達被算計了,在四代機面前,它兩眼一抹黑,以前的「小弟」紅外探測系統露臉的時候到了。

殲20在雷達下方的紅外系統

殲20的紅外探測器從殲11、殲10的機頭上方挪到了下方,因為在上方易與座艙形成互反射效應,加大雷達信號特徵,下挪也改善了飛行員的視野,同時增加了對地探測能力,當然在殲20身上它的主要還是用於對空探測。

殲10B機頭上方的光電系統,看來對視線有很大影響

因為火控雷達已經佔據了機頭的黃金位置,海扁三代機時還得用它,留給光電探感測器的空間很小,紅外焦平面陣列象人眼一樣不能斜著眼觀察目標,傾斜程度越大,探測距離和精度越不理想,所以必須用一種類似外掛的方式——探出頭來。驗證機階段殲20的光電是用圓形整流罩,同其弧形邊條一樣,會有不定向的散射現象,會暴露本機的行跡,因此在原型機階段的2011號上就成了寶石形整流罩,寶石的稜角同雷達艙與座艙間的鋸齒相似,看來是針對同一波段進行了優化設計。

紅外探測器元件至今已經發展了三代,分別覆蓋紅外線的三個大氣窗口,因為物體輻射的紅外線頻譜中只有三個狹窄波段被大氣層吸收得比較少,有作為探測手段的價值,被稱為紅外大氣窗口,這三個窗口分別是1-3微米的短波紅外線,第一代的硫化鉛元件就是用於探測這個波段,物體溫度越高,輻射的紅外線波長越短,毫無疑問發動機尾噴口輻射的短波紅外線信號最強,所以早期的紅外製導導彈只能尾追攻擊,射程大打折扣。因為尾噴口的溫度是從中心向四周均勻分布的,硫化鉛紅外探測器件只能感應一個點狀輻射源,只能反映目標紅外輻射的能力,不能顯示其形狀及細節,非常容易受到熱焰彈及太陽(不能區分哪個是尾噴口,哪個是太陽)的干擾,蘇27的光電雷達OEPS27就是這種了。

蘇27的光電全套裝

還有就是3-5微米的中紅外波段,依據前文的結論,這個波段是比尾噴口溫度更高的部位所輻射的,這個部位毫無疑問就是發動機艙附近了,第二代的銻化銦元件被用於探測這個波段,有了中紅外探測能力,就可鎖定敵機側面,攻擊範圍顯著擴大,而且中紅外探測還有一個特點,就是信號特徵不再只是一個點,而是好幾個點,因為發動機側面是有一定長度的,輻射強度還有區別,因而一兩枚干擾彈起的作用就大打折扣了。

狂甩干擾彈

最後一個就是8-12微米的長波紅外線了,通過這個波段可以探測到飛機氣動加熱的紅外輻射,不必再依賴發動機這個熱源了。殲6在以其最高速一點三馬赫飛行時,機首與氣流的磨擦加熱可達72攝氏度,以兩馬赫飛行的殲7,這一溫度上升至107攝氏度,可見氣動加熱的信號強度還是很可觀的。以碲鎘汞為元件的第三代紅外探測器能感應這個波段,因為它戰機不但有了迎頭探測能力,還將被賦予全向紅外感知的成像能力, 即紅外熱成像,其反映的是物體及其背景因溫差的存在而顯現的紅外輻射分布圖像,早期一二代採用光機掃瞄,類似雷達的機械掃瞄,到了第三代採用了紅外凝視焦平面陣列成像,且這個波段穿透力更強,雲層的遮擋對其沒有影響。毫無疑用殲20就是用了第三代碲鎘汞焦平面紅外成像,因為這個技術PL10格鬥導彈已經率先應用,據稱前些年殲10的紅外探測系統就達到了90公里的迎頭探測距離,殲20的紅外系統至少這個水平。

戰機的紅外熱成像圖片

以殲20比例看上去這個罩不小

因為要探測遠距離目標微弱(熱靈敏度小於0.1攝氏度)的熱信號,還要克服自身氣動加熱的干擾,故需要致冷,一般用液氮作為工質,儘管也出現了非致冷型器件,但製冷型相對於非製冷型幀頻更高,更適合戰鬥機使用。冷卻系統非常複雜,如果不是一開始就針對性的設計,想要後期加裝非常困難,這也是F22至今仍無機頭紅外探測器的原因。

但紅外探測器達不到火控級別,因為被動測距精度太低,只有距離的7%,在快節奏的空戰中不靠譜。因此需要集成激光測距儀,激光測距的精度通常在正負5米左右,但激光在大氣層內也存在信號衰減,其作用距離有限,遠遠達不到紅外探測器的跟蹤距離,因此要最大限度發揮出紅外探測的性能,還是需要用雷達的猝發測距模式,殲20的紅外探測系統很可能做到了紅外/激光共孔徑的水平。

紅外探測系統一般有寬窄兩個視場,寬視場用於搜索,窄視場用於跟蹤,這個視場可不小,蘇35的OLS觀測方位角達165度,雖然有這麼大的探測範圍,但一般只適合單目標的探測和跟蹤,因為無法測距,多目標威脅排序很難搞定,因此有強大紅外系統的殲20完全可以不開雷達即可在未來的空戰中如魚得水、遊刃有餘。

蘇35座艙右側有球形整流罩的光電轉塔

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