舰载防空射频角反射器装备现状与趋势

阿隆过去 2024-02-26 16:44:40

吴林罡,胡生亮,刘忠,许江湖.舰载射频角反射器装备现状与发展趋势.现代防御技术.

0 引言

自以色列埃拉特号驱逐舰在塞得港港内被埃及科马尔级导弹艇发射的4枚“冥河”雷达制导导弹击沉至今,已经过去了半个多世纪。1967年10月21日埃拉特号的沉没标志着海战新时代的到来,雷达制导反舰导弹的巨大威胁迫使各国海军迅速开发新的方法和措施来保护水面舰艇。于是,一种最初用于迷惑防空系统的消耗性无源对抗手段——箔条,被立即用于反舰导弹防御(Anti-Ship Missile Defense,ASMD)。

50多年间,箔条逐渐成为世界范围内部署最广泛的针对射频威胁的软杀伤ASMD器材,并随之衍生出了三种主流的无源干扰作战样式:一是迷惑干扰,在远距离部署箔条云假目标,混淆对手的搜索和目标指示雷达;二是冲淡干扰,在来袭导弹导引头的搜索和捕获阶段部署多个箔条云假目标,降低真实目标被捕获的概率;三是质心干扰,当导引头锁定目标时,部署一个大箔条云诱饵使其与舰船处于同一分辨单元,当导弹瞄准复合目标能量质心时,船速与风速的差异将使诱饵与舰船分离,并将导弹从其预定目标拖引至能量更大的箔条云。

箔条ASMD器材的制备和应用技术已臻成熟,然而面对不断进化的反舰导弹威胁,其有效性一直受到质疑。新型的主动射频导引头日趋智能,表现在目标识别技术和电子抗干扰技术的迅速发展。此外,在常规射频段以外的部分电磁频谱中也出现了威胁,最受关注的当属毫米波雷达导引头反舰导弹。导引头制导技术的蓬勃发展使舰艇反导防御面临更加严峻的挑战,迫使从业者和开发人员研究应对这些高级威胁的新方法,这为新型消耗性无源对抗手段的诞生和推广提供了动力。

射频角反射器被视为箔条最可靠的替代品。其推崇者的出发点是,现代反舰导弹射频导引头的先进识别逻辑正日益削弱决策者对箔条干扰效能的信心,主动的舷外射频拖引诱饵相比于消耗性手段则显得过于昂贵,而角反射器在效费比上更有优势,它可以将优越的反射能力与相对较低的单位生产成本相匹配。此外,角反射器还提供了许多动态优势,包括:不需要事先了解来袭导弹制导体制;对导引头雷达的极化不敏感;产生与舰船相近的雷达截面积(Radar Cross Section,RCS),起伏特性也与舰船类似;覆盖频段扩展到毫米波频段;能对抗使用箔条鉴别器的现代射频导引头等。

在射频角反射器ASMD装备的研制方面,英、法、德、以、日等国走在了世界前列。各国承研公司秉持着略有差异的发展理念开展相关工作,并且随着反射材料和发射技术的不断升级,在国际海军装备市场上推出了多种类型的舰载射频角反射器系统。

1 漂浮式角反射器

角反射器诱饵这一概念并非凭空出现,自动装配三面角反射器的专利可以追溯到20世纪40年代,然而将这一技术直到80年代才被用于军事化的反应性对抗手段。1982年爆发的马岛战争中,英国遭受了重大损失,尤其是谢菲尔德号驱逐舰被飞鱼导弹击沉的惨痛代价,让皇家海军意识到当时舰载ASMD系统存在的缺陷。为临时提升反导能力,冲突过程中一种匆忙制作的三面方形角反射器被安装于山猫直升机,其目的是创建一个大型宽带雷达回波模拟高价值目标以迷惑阿根廷的搜索雷达。然而后期试验测量表明,该装置可以产生较大的RCS,但其有效性与孔径朝向有关,并且对信号的反射能力严格局限在角反射器的90°立体角内。

此后,一种更具工程设计性的解决方案诞生,即快速充气的漂浮式角反射器诱饵。漂浮式角反射器完全独立于其它系统,可以在没有电子对抗系统支持的情况下运行,并且不会干扰其它船舶系统。其诱饵载荷可视为一组角反射器阵列的组合,能够对抗360°立体角内来袭的威胁,使用时部署在舷外,以实现冲淡干扰及质心干扰作战样式。

1.1DLF-1

漂浮式角反射器第一个实例化产品由IrvinGQ空载系统集团开发,命名为DLF-1。该型装备在使用时首先需要在甲板上充气,再从侧舷投放到海面上。由于快速反应能力较差,DLF-1很快被后续改进型产品替代。

1.2DLF-2

第二代漂浮式角反射器名为“Replica复制者”,俗称“RubberDuck橡皮鸭”。复制者采用一对救生筏罐样式的水密容器外壳,每个罐子都装有一个充气结构,充气结构内部是镀银的网状角反射器单元。该装备平时安装在甲板边缘的托架上,激活后可利用罐体自重滑离托架,撞击海面时,载荷中的充气结构会自动竖立起来,以支撑内部的三面角反射器结构达到高机械和角度精度,在几秒钟内形成较大的RCS。展开后的复制者诱饵载荷具有正八面体外形,其内部包含8个三角形三面角反射器结构,一般成对使用。

1986年英国皇家海军订购了复制者系统部署在部分护卫舰、驱逐舰及反水雷艇上,并将其命名为DLF-2。出售给美国海军的该型装备被重新命名为AN/SLQ-49。1991年海湾战争时期,法国、意大利、荷兰等其他北约和盟国海军也采用了复制者系统。

1.3DLF-3

1992年,英国国防部提出了对DLF-2的升级需求,虽然延续了DLF-2的基本概念,但要求提高RCS性能、缩短响应时间以及更高的可靠性。IrvinGQ成功竞标,并开发了一种新的充气射频诱饵系统。该系统被命名为DLF-3,于1996年进入皇家海军装备序列。

上一代DLF-2使用简单的重力辅助释放机制进行诱饵部署,而DLF-3引入了固定发射管以使用压缩空气弹出诱饵载荷。载荷弹出后,使用挂绳激活内部充气系统并为悬挂角反射器阵列的诱饵框架充气。发射管弹射方式使得诱饵载荷可以在短时间内进行距离灵活的部署,大大缩短了实施冲淡、质心干扰作战样式的实际响应时间。其充气外形采用正二十面体样式,内部悬挂20个三角形三面角反射器结构,使雷达诱饵的RCS幅值和干扰全向性都得到了巨大提升。

1.4DLF-3b

2002年5月,IrvinGQ宣布已与英国国防部签订合同,将利用材料和制造技术的发展为DLF-3制定一项重要的增强计划。此次研发成果有效地将诱饵性能提高到DLF-3的两倍,据悉单个诱饵可产生超过500000m2的RCS,并且是在诱饵发射后的几秒钟内实现的。该系统于2006年进入皇家海军服役,命名为DLF-3b。DLF-3b诱饵沿用了DLF-3的结构设计以及发射方式,载荷展开后效果如图5所示,发射过程如图6所示。DLF-3b至今一直为皇家海军服务,主要安装在23型护卫舰和45型驱逐舰上。

为满足美国海军的ASMD快速反应能力,IrvinGQ于2012年完成了DLF-3b的第一次出口销售,并在美军装备序列中被重新命名为MK59Mod0诱饵发射系统(Decoy Launch System,DLS)。此次采购的契机是美国海军在2009年颁布的紧急作战需求声明(urgent operational needs statement,UONS),其中提到采取诱饵干扰手段,以对抗特定的反舰威胁。虽然没有披露该威胁的具体性质,但海军研究实验室(NavalResearchLaboratory,NRL)进行的调查和分析确定,英国的DLF-3b诱饵是唯一可以在要求的时间范围内提供所需保护的产品。根据NRL的调查结果,美国海军海上系统司令部于2012年7月签署了从IrvinGQ独家收购MK59Mod0DLS的协议,以满足UONS这一"快速落地到舰队"计划的需要。

IrvinGQ还提供DLF-3b的专有出口变体,命名为FDS-3。FDS-3被先后出售给新西兰、加拿大等国海军,目前该系统已安装于新西兰澳新军团级护卫舰和加拿大的哈利法克斯级护卫舰。

1.5 N-POD

2019年初,英国国防部披露了一项新的采购计划,名为海军无源舷外诱饵系统(Naval Passive Off-Board Decoy,N-POD),旨在为皇家海军舰艇提供更先进的软杀伤ASMD能力。在2019年2月18日发布的事先信息通知中,英国国防部国防装备和支持机构内的海上作战系统团队表示,正在“考虑用类似的漂浮式诱饵系统取代现役的DLF-3b”,并补充说N-POD指标要求已被归类为英国机密,研制成功后仅服务于英国,不会向欧盟推广。N-POD的目标投入使用日期预计为2023年,计划于2025年实现该装备的全面运作管理能力。

2 浮空式角反射器

在制式干扰弹的标准运载器中装载尺寸更小、下降速度较慢的浮空式角反射器也变得越来越普遍,该类装备一般集成于舰艇的电子对抗系统,与红外弹、箔条弹一样借助通用的火箭弹(或迫击炮)发射器部署,因此不用研发和装配独立的发射装置。浮空式角反射器技术的支持者认为,该器材部署后产生的回波起伏、载频变化、极化方式、功率谱密度波动等雷达目标特性更接近舰船的目标。 相比于漂浮式诱饵的一家独大,浮空式角反射器则有百家争鸣之势。位于英国、日本、以色列、德国、法国等地的多家公司都在自主研发不同型号的浮空式角反射器,并且各自都取得了一定的成果。

2.1 TORERO

总部位于英国的Chemring集团是向英国皇家海军和国际海军出售箔条诱饵弹的长期供应商,它于2000年代中期开始一项涉及工程原型设计和RCS测量任务的秘密资助计划,旨在为以色列Rafael先进防御系统公司评估快速展开角反射器载荷的性能优势。在这项工作中,Chemring设计了一种弹簧弹出的“伞”状角反射器装置,称为“效应器(Effector)”。尽管该企业在一段时间内对使用效应器载荷的PW216Mod3型130毫米干扰弹进行了宣传,但该产品并未经过全面开发和认证,该弹的前身PW216Mod2则是一种箔条/角反射器复合干扰弹,供应给丹麦的戴尔玛软杀伤武器系统使用。

2018年,Chemring集团透漏了一项新的计划,它已同日本IHI航天公司开始了新型130毫米射频质心诱饵弹的联合研发工作,其中诱饵载荷采用了IHI开发的空降充气角反射器。该弹型被命名为“斗牛士(TORERO)”,弹体采用与标准Mk36/Mk214箔条弹相同的外形尺寸,通过迫击炮方式发射,引信激活后在空中弹出一个宽带角反射器载荷。该载荷外部为充气结构,内部为精细的金属网角反射器结构,它可以迅速充气膨胀到全尺寸并在降落伞阻滞下缓慢下降。完全展开的诱饵载荷如图7所示,其RCS通常超过10000m2。

斗牛士所采用的伞降充气载荷的一个优点是具有持久的干扰效果。降落伞有助于延长浮空时间,而充气结构可以使诱饵降落到海面后仍能漂浮一段时间继续产生干扰作用。

2018年4月,在部分北约国家代表到场的情况下,该弹于英国国防部的彭代恩靶场进行了单发和双发的初次发射验证。Chemring集团表示,此次测验"使得角反射器载荷的预期RCS性能受到了充分的信任"。此后,TORERO载荷的开发工作一直在继续,重点侧重于优化设计,以保证在所有环境条件下的可靠性,以及在K波段的RCS性能。TORERO的研发团队还在考虑利用其它运载器使该诱饵进一步获取冲淡干扰能力,计划使用Mk216型火箭弹在更大距离范围内部署角反射器载荷。

2.2WIZARD

以色列Rafael公司自己进行的角反射器研究和开发工作最终催生了名为“巫师(WIZARD)”的宽带反雷达诱饵,该诱饵载荷设计为快速充气的角反射器结构,应用于质心和冲淡干扰作战样式的实施。其运载器采用自主飞行、尾翼固定、固态推进的115毫米火箭弹,载荷中配置一个或两个角反射器,使用可编程电子引信以在发射时获得最佳部署距离。

当“巫师”的载荷完全展开后,诱饵借助充气结构增加的空气阻力缓慢下降,并向来袭的雷达导引头提供宽带射频假目标。“巫师”诱饵有效持续时间为30到60秒。RCS范围为1500m2到4000m2,具体取决于角反射器载荷的数量。

Rafael公司认为,来自浮空式角反射器的反射信号具有与真实目标更接近的特征,并且它的一个重要优点是不会造成自我混乱和引来新的威胁,因为挥之不去的箔条云将对本方侦察系统造成一定困扰,并极可能成为新威胁的“灯塔”,而浮空式角反射器得益于其有限的降落时长则不会产生此类问题。

2005年底,以色列海军对“巫师”反雷达诱饵进行了海上试验并取得了圆满成功,随后陆续装备于以色列海军的水面舰艇。2007年6月,在挪威近海举行的北约海上力量电子战演习中,作为MCG/8电子战试验的一部分,以色列将巫师反雷达诱饵向部分北约国海军进行了展示。试验中在荷兰皇家海军“德鲁伊特尔”号护卫舰上发射单载荷配置的“巫师”诱饵弹,验证了该系统对射频雷达具有独特的干扰能力,受到参试国的一致好评,后出口多国。

2.3OCR

与此同时,德国的Rheinmetall公司也凭借其多弹药软杀伤系统(Multi-Ammunition Soft-kill System,MASS)推出额外的干扰载荷,以进一步扩展MASS装备的功能和市场吸引力。作为该产品开发战略的一部分,该公司与IrvinGQ集团合作开发了一种新的MASS舷外角反射器(Offboard Corner Reflector,OCR)辅助干扰器材,命名为ADS-103,旨在提供更逼真的射频频谱响应。这也是IrvinGQ首次承认其角反射器载荷技术在浮空式角反射器装备中的应用。

OCR诱饵载荷装载于MASS可训练发射器顶部的双管102毫米火箭弹内,发射后可以快速展开成八面体金属网状角反射器。其下降时悬挂在降落伞下方,可以实现超过一分钟的浮空时间。部署OCR诱饵所用的MASS发射器是一种可训练的高度自动化的装置,其理念是通过五个自由度(方位、距离、高度、诱饵数量和诱饵发射间隔),实现在正确的时间将正确的诱饵放在正确的位置。

Rheinmetall公司认为,OCR诱饵是箔条的一种辅助手段,而不是替代品。虽然认识到OCR提供了更强的防御能力和灵活性,但研发团队认为,只要在时间点和空间点上实现精确部署,箔条仍然是一种可行的干扰手段,并且稳定且可训练的MASS发射器有能力将堆叠的"超饱和"箔条云部署在较窄距离波门内,以对抗先进的跟踪器。

2014年,德国海军在马格德堡号K-130护卫舰上进行了OCR角反射器载荷的初步测量试验,标准ADS-103诱饵的生产资格认证于2020年上半年完成。据2020年的统计,Rheinmetall已在德国、芬兰、阿拉伯、韩国等十几个国家的至少28种船型上安装了超过212个MASS发射系统,根据各国不同船型的升级计划,ADS-103诱饵弹预计将广泛供应给多国海军。

2.4SEALEM

与德国公司不同,法国Lacroix防御公司采取了不同的发展思路。该公司计划在海军装备领域完全取消箔条干扰手段,其认为新的箔条鉴别器可以使箔条彻底无效化,未来应当全面采用角反射器作为电磁干扰手段。

Lacroix于20世纪90年代后期开始与法国总司令部合作开发新一代射频诱饵。随着角反射器结构的引入,这一项目取得了重要成果,作为该公司海上对策拉克鲁瓦高级诱饵(Seaborne Countermeasures Lacroix Advanced Decoys,SEACLAD)系列的一部分。图12为法国海军FREMMDA级导弹护卫舰综合使用箔条弹与浮空式角反射器的概念图。

Lacroix推出的第一代角反射器诱饵命名为特种高级拉克鲁瓦电磁射频诱饵(Special Advanced Lacroix Electro Magnetic,SEALEM)15-01型弹,诱饵载荷装载于150毫米火箭弹中,可配合SagaieNG和新一代达盖系统(New Generation Dagaie System,NGDS)的可训练诱饵发射器使用。SEALEM15-01干扰弹于2005年投入使用,可在舰艇一定范围内部署一组由四个角反射器组成的“串”。法国海军是该装备的早期采用者。

Lacroix随后推出了迫击炮发射的SEALEM08系列干扰弹,其载荷正是该公司的第二代角反射器诱饵。SEALEM08系列配备了一个指令激发的弹出式结构,该结构可瞬间实现机械式展开,以最大限度地减少发射命令与干扰效果形成之间的反应时间。据该公司称,使用弹出式机制而不是充气结构,可以创建具有精确几何形状的刚性稳定结构,从而建立更可靠的射频回波。每个SEALEM08系列的干扰弹都包含一个角反射器载荷,部署后悬挂在降落伞下缓慢下降。

该系列弹有两个版本:SEALEM08-01是直径为62毫米迫击炮弹,与DagaieNG(早期DagaieMk2的更新产品)和SylenaLW诱饵发射系统一起使用,但也适用于SylenaMk1/Mk2发射系统;SEALEM08-02是直径为80毫米迫击炮弹,搭载了更大的角反射器结构,由NGDS和SylenaMk1/Mk2系统发射使用。

Lacroix专有的Sylena发射系统被设计为一种结构紧凑、成本优化的舰载软杀伤诱饵系统,一般安装在甲板上,具有多管固定角度的迫击炮发射器,如图所示。虽然软杀伤ASMD业务的竞争对手认为,稳定可训练的发射器至关重要,并且诱饵的有效性越来越多地取决于时间和空间的精确布放,但Lacroix坚持自己的观点:角反射器诱饵以小尺寸提供了大RCS,这意味着无论威胁来袭的角度如何,都可以轻松将角反射器部署在窄距离门中,而不必像箔条云一样依赖于精确的空间定位。

Sylena发射系统已先后出售给埃及、马来西亚、阿曼等多个国家,据悉Lacroix已经交付了超过10000个SEACLAD诱饵,其中绝大多数是SEALEM干扰弹,用于布放浮空式角反射器载荷。

3 舰载角反射器发展趋势分析

纵观舰载射频角反射器近40年的发展历程,该类型装备的技术深度和应用广度始终处于上升趋势,并且未来随着箔条在面对新式射频威胁时可信度的不断下降,角反射器载荷在软杀伤ASMD器材中所占的比重必然持续增加。参考角反射器过去的研发脉络,对照其作战对象——反舰导弹导引头的研究热点,可以发现:舰载角反射器极有可能趋向于发射装置集成化、自动化以及诱饵载荷多功能化、可机动化的发展路线。

(1)发射集成化

舰载角反射器的发射装置趋向于与其它发射装置相集成,构建一体化的ASMD系统。独立于舰船整体电子干扰/电子抗干扰系统的发射装置,容易造成发射兼容性问题的困扰,同时也与现代舰艇发展的隐身化需求相悖。浮空式角反射器的应运而生已经说明了这一发展趋势的必然性,如今DLF系列漂浮式角反射器的大尺寸发射系统很难在新式隐身战舰上找到合适的安装位置,而浮空式角反射器则可以轻松集成于舰艇现有的软杀伤武器系统,正因如此各国的软武器供应商热衷于开发适合自己发射系统的浮空式角反射器载荷。

如今,浮空式角反射器已被集成于迫击炮式发射装置以满足质心干扰的作战应用需求,SEALEM08系列和TORERO型干扰弹正是此类产品。而浮空式角反射器与火箭弹式发射装置的集成则是为了拓展实施冲淡干扰作战样式,例如WIZARD型、OCR型和SEALEM15-01型干扰弹。未来的角反射器,尤其是漂浮式角反射器,将很可能集成于垂直发射系统,以实现更远距离的布放能力,达到迷惑式干扰的作战效果。

(2)发射自动化

多自由度、高精度、自动化的发射装置将是未来布放角反射器的首选。Lacroix公司宣称的“精确布放非必要”言论是在仅考虑质心干扰需求的条件下提出的,更多的应当视为他们的推销手段。随着海战非对称性的提升,舰艇不得不重视导弹的威胁,仅寄希望于在导弹最后的跟踪制导阶段实施质心干扰很难保证成功率,在导引头开机搜索阶段进行冲淡干扰是不能放弃的重要手段,而冲淡干扰实施的关键在于使导引头无法区分假目标与舰船。

为有效对抗现代导弹导引头的目标识别能力,必须实现多枚角反射器之间的相互配合,以阵列形态模拟高分辨率雷达视角下的舰艇目标特性,而这有赖于发射装置对角反射器的定时定点定量布放。德国海军是这一发展思路的忠实拥趸,其MASS发射系统正是秉承“在适当的时刻将适当的诱饵放到适当的位置”的设计理念,如今MASS系统拥有的大量市场份额也证明了该类产品得到多国海军的广泛认可。

(3)诱饵多功能

多功能角反射器诱饵可能成为对抗多模制导弹药的有效手段。戴尔玛公司在PW216Mod2型箔条/角反射器复合干扰弹上的尝试旨在同时发挥两类诱饵不同的优势,开启了角反射器复合弹药的先河,尽管所采用的都是射频无源干扰载荷,没有实现多用途的功能。Rheinmetall公司基于MASS系统提出了“Omni-Trap”概念的多功能弹药,实现了包含射频、红外、激光、电视和紫外线的多频谱干扰,但其针对射频部分的载荷采用了箔条而不是角反射器。

多模制导是当前反舰导弹的重要发展方向之一,例如主/被动雷达制导的“HAS-250”、主动雷达/红外制导的“雄风”、被动雷达/红外制导的“LRASM”等,为应对此类威胁,相信很快将出现角反射器与有源干扰机、发烟器、面源红外等干扰手段相复合的新型诱饵。

(4)诱饵可机动

为角反射器诱饵添加动能将在其技术升级工作中发挥重要作用。当前角反射器诱饵存在的一项技术短板正是无法模拟机动目标的多普勒特性,例如舰艇在布放角反射器诱饵后,常常需要根据指导配合角反射器进行减速机动和改变航向,这对于指挥员的战术选择将形成很大的限制。相比于漂浮式,浮空式角反射器在降落伞帮助下一般能更好地耦合环境风速,在高海况条件下具有较快地飞行速度,但其运动过程不可控也不易预测,这可能造成舰船作配合机动时的困难。

解决的途径是为角反射器诱饵添加机动能力,例如为漂浮式角反射器装配螺旋桨,亦或是利用多旋翼取代浮空式角反射器的降落伞。相似可参考的一类产品是舷外有源诱饵,从伞降式的“Siren”,到采用小型火箭发动机的“NULKA”,再到近年来以旋翼飞行器为载体的“NOMAD”,不断升级动力系统显然是舷外诱饵的发展潮流之一。相较而言,目前仍没有一型角反射器诱饵装备正在进行此类尝试,但在未来,升级动力这一发展路线可能会推动可回收角反射器诱饵的诞生,唯一需要顾虑的是控制成本的问题。

4 结束语

舰载角反射器诱饵在实战需求中应运而生,在试验验证中不断改进,其更新迭代之快和装配范围之广,印证了此类器材在现代世界海军装备发展中的重要地位。在ASMD领域,舰载角反射器取得成功的主要原因:一是相比于传统箔条干扰,其雷达目标特性更接近舰船;二是相比于舷外有源干扰,其效益成本比更高;三是目前对其目标特性的理论研究还不完善,导引头的目标识别技术和电子抗干扰技术还未覆盖对此类器材的高效鉴别。尽管如此,干扰与反干扰两个主题在发展进程中总是“此涨彼涨”、互为激励,随着舰载角反射器战术地位的不断提升,必会引起更高的重视和更多的研究,导弹制导技术必将随之进入一个新的阶段,这也意味着舰载角反射器装备仍有很长的路要走。

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  • 2024-02-27 17:24

    这个我们也有[墨镜]