军事新闻,小铁片有大秘密 浅析角反射器在海军装备中的运用

军事新闻 2020-03-26145未知admin

  毫无疑问的是,数年之前国产歼-20隐身战机的横空出世以及之后的持续,在给我们带来了无尽惊喜的同时,也帮助广大军迷朋友们恶补了诸多与隐身战机相关的知识。军事新闻而与隐身战机息息相关的龙博透镜,就是这当中最具代表性的一个例子。这个此前一直存在感极低的小玩意,如今却因为它在歼-20隐身战机试飞工作中所起到的特殊作用,而被我们所熟知。以至于现在只要人们一提起雷达反射器的概念,大多数人的脑海中都会第一时间浮现出龙博透镜的影子。

  龙博透镜作为隐身战斗机必不可少的一个配套部件近年来已经广大军迷所熟知

  而相比造价昂贵、工艺复杂的龙博透镜,同样作为雷达反射器的角反射器,就显得简单了许多。后者一般由三块平面相互垂直的金属板(网)拼接而成,因此我们不难看出,角反射器无论是在技术门槛、加工难度还是成本方面,都要远远低于高大上的龙博透镜。虽然严格意义上讲,龙博透镜和角反射器的具体原理有着较大的区别。但是由于同属雷达反射器范畴,两种设备的主要作用也都是将入射雷达波放大之后,使其沿着入射方向原反射回去,以此来达成一些特殊的目的和作用。因此无论是角反射器还是龙博透镜,它们在军用和民用各类领域都有着十分广泛的运用。

  典型的角反射器,可见其结构十分简单

  同属雷达反射器的角反射器(左)和龙博透镜(右)在原理上的区别

  也正是因为两者不同的原理所产生的差异,龙博透镜在付出了造价昂贵、工艺复杂等代价后,也获得了体积小、重量轻的优势。而相比之下,拥有着加工便捷、成本低廉等优势的角反射器,却存在着体积大、重量重的不足。因此,单就两者在军用领域的运用而言,龙博透镜多数运用于对重量、体积要求比较严苛的机载范畴,至于角反射器的适用范围则主要集中在对体积与重量均不太的陆用、海用领域。高大上的龙博透镜在军用飞机上的运用想必大家都有所了解,那么仅由几块“小铁片”简单组合而成的角反射器,又在海军装备中扮演何种角色呢?今天这篇文章就试着从靶船、电子战、航运安全乃至舰载机引导着舰等角度,为大家粗略的概括一下角反射器这些看似不起眼的“小铁片”中所蕴含的“大秘密”。

  角反射器在靶船上的应用

  首先,谈到角反射器与海军装备的关系,靶船一直是个绕不过去的话题。无论是各类反舰武器的测试,亦或者是实弹打靶的现场,都活跃着各型靶船的身影。除了大家熟知的,经由退役舰船发挥余热而来的大中靶船以外,排水量较小的海上固定靶标平台或自航式遥控靶船也是海军军辅船序列中极为重要的组成部分。而这些形形,扮演着“被害担当”角色的靶船想要更好的完成自己的,也都离不开简单而有效的角反射器。

  毕竟我们都知道,那些自航式遥控靶船的排水量一般而言都在百级以下,而过小的体积自然导致了她们在复杂的海杂波背景下,并不容易被搜索雷达或雷达导引头所发现。在这种情况下,用于放大雷达反射的角反射器就有了自己的用武之地。也正是得益于角反射器的存在,自航式遥控靶船才能仅靠那“小舢板”般的体积,模拟出数千乃至上万级排水量的水面舰艇的雷达反射特征。除此之外,那些由退役舰艇改装而来的靶船,有时候也会因为各类外露的舰载船电、武器设备被拆除而导致其雷达反射截的下降,这种时候同样需要以安装角反射器的方式,用于人为放大靶船的雷达反射特征。

  值得注意的是,这类自航式遥控靶船的使用方式与退役舰船改装的靶船存在着比较大的区别。相比大多数情况下固定,在一轮靶试后就变为人造珊瑚礁的改装靶船,可重复使用,且具备一定海上机动能力的自航式遥控靶船一般不用来进行全威力战斗部反舰武器的打靶测试。她们更多担负的还是测试各类雷达、雷达导引头对水面舰艇目标的搜索、能力。同时也可设立靶标或拖靶,用于检验不安装战斗部或使用惰性战斗部反舰导弹的实际命中精度。

  我国海军装备这类遥控靶船的时间,可以追溯到上个世纪七十年代。这款被命名为811型的遥控靶艇由当时的海军425厂负责建造,首艇于1973年4月30日下水,并于次年5月份正式完工交付海军使用。军事新闻811型遥控靶艇的艇身采用的是钢铝结构,相比当时的木壳艇更有利于部队的。该艇总长为25.5米,艇身宽6.06米,吃水1.18米,满载排水量为66。其动力系统采用的是四台单机功率为883千瓦的轻12-180型柴油机,得益于如此强劲的功率,使得811型遥控靶艇的最高航速在接近43节的同时,还具备了500海里的最大续航能力。

  作为一款遥控靶艇,811型最为核心的部位莫过于位于艇体的角反射器结构,这也是该艇外观上最容易被人识别出的特征。在这些角反射器以及无线电遥控设备的帮助下,排水量仅过半百的811型遥控靶艇,完全可以在各型雷达前模拟出正处于高速机动状态且排水量达数千级的水面舰艇目标。在执行靶试任务时,811型遥控靶艇一般先由相关人员直接驶至指定的靶试海域。待将各个操控系统调整到自动遥控状态后,全体人员随即撤离靶艇。这时,靶艇完全由海上指挥控制中心的人员所控制,操作人员可以通过无线电遥控设备对靶艇的航线、航向、速度进行规划和调整,并在此基础上做出大角度转向、蛇形机动等动作,以模拟出更加真实的水面舰艇目标。

  811型遥控靶艇艇体中部安装有巨大的角反射器结构

  811型遥控靶艇角反射器的设计显然深受苏联183Ц型靶艇的影响

  虽然在角反射器的作用下,实际体积远比雷达屏幕上目标要小的遥控靶船大多数情况下只是与进行靶试的反舰导弹擦肩而过。但极端情况下,靶船被反舰导弹“一箭穿心”的情况也有发生。因此,为了这类造价不菲的遥控靶船可以重复使用。我国海军的控靶兵在每次靶试之前,一般会在靶船内部舱室的空隙里填充塑料泡沫。有了这些泡沫材料,遥控靶船即使被使用惰性战斗部或无装药战斗部的反舰导弹直接击中也不会立即沉没,这能让控靶兵有充分的时间将受损靶船拖回,并在进行修理之后重新投入使用。

  角反射器在海军电子战领域的应用

  除了在靶船上的运用,角反射器在水面舰艇电子战领域同样有着举足轻重的地位。其具体的表现,就是已经在英美等国家海军均有广泛装备的水面充气漂浮式诱饵或空中飘落型诱饵,以上两种无源干扰手段均运用了角反射器的原理,因此也被称之为角反射器诱饵。和有源/无源干扰手段一样,角反射器诱饵主要以船/机/弹载搜索/火控雷达为作战对象。它们可以起到假目标干扰,让敌方搜索雷达提供错误的目标,增加敌反舰导弹的初始瞄准误差,甚至是敌方指挥控制系统的作用。除了单独使用外,角反射器诱饵也可以和各型有源/无源干扰弹配合使用,以提升干扰效率。角反射器诱饵和我们常见的箔条一样同属无源干扰体制,是对水面舰艇电子战体系的完善和补充。

  在装备更为广泛的水面充气漂浮式诱饵中,最具有代表性的型毫无疑问是由英国欧文研发的DLF系列漂浮式诱饵。这个系列除了已经在英国皇家海军的23、42、45型等多种水面舰艇上实现装备外,也是英国皇家海军26型、海军“亨特”级导弹护卫舰标配的无源干扰手段。就连美国海军也曾经在80年代中期引进过DLF-1“橡皮鸭”漂浮式诱饵,并将其正式命名为SLQ-49用于装备“斯普鲁恩斯”级导弹舰。而最新的DLF-3水面充气漂浮式诱饵,也于近年被美国海军一并引入,并逐渐成为了地中海第六舰队、太平洋第七舰队等热点地区舰队所辖“阿利·伯克”级导弹舰上的标配诱饵系统,从以上这个趋势我们也不难看出,极为重视电子战的美国海军对角反射器诱饵这类无源干扰手段同样持肯定态度。至于实际的干扰效果,根据相关资料显示,DLF-1/SLQ-49在针对9吉赫兹频率(X波段)的火控雷达时,可以形成约2300平方米雷达反射截的假目标,而最新的DLF-3/MK-59则通过继续优化角反射器的组成构造方式,将这个数据提升到了500000平方米。

  在具体使用方式上,我们以最新的DLF-3/MK-59为例。首先,当舰载雷达告警系统截获到来袭导弹导引头的雷达,或经由舰载雷达发现并确认来袭目标的性质之后。平时被折叠储存在MK-59 DLS“诱饵发射系统”管内的角反射器诱饵借由压缩空气被发射出去,诱饵能在海面上通过充气的方式在数秒内完全展开角反射器并形成一个巨大的反射源,以达到本舰雷达反射与/干扰敌方雷达的目的。即使在切断与发射管连接的缆线后,军事新闻角反射器诱饵也可持续漂浮工作数小时以上。

  安装在“伯克”级舰侧舷的MK-59漂浮式诱饵的发射状态(左)与展开状态(右)

  至于实际应用更少空中飘落型诱饵,则主要以以色列拉斐尔研发的“巫师”WIZARD无源干扰系统为代表。这类空中飘落型诱饵与水面充气漂浮式诱饵最大的区别在于,前者在展开方式上类似于著名的NULKA有源干扰诱饵,即通过固体火箭将诱饵发射到预定空域待展开后开始工作。“巫师”系统采用一部直径为115毫米的固体火箭发动机,可根据自身舰船的特征对诱饵发射角度、展开高度进行实时编程,以达到最优的假目标干扰效果。根据不同的展开高度,“巫师”系统可以维持40-200秒不等的滞空工作时间,并形成最大为4000平方米雷达反射截的假目标,就算角反射器诱饵最后飘落在海面上也依旧能保持工作。虽然因为体积,导致其能形成的雷达反射截不如传统的水面充气漂浮式诱饵。不过,“巫师”这类空中飘落型诱饵所具备的快速反应能力以及部署灵活性优势,还是使其在未来拥有着更为广阔的装备前景。

  由以色列拉斐尔研发的“巫师”无源干扰系统属于空中飘落型诱饵

  值得一提的是,我国海军在角反射器诱饵研究领域的起步也比较早。早在1979年,海军就开始对角反射器形式的无源雷达假目标进行方案论证,并将其研制任务交由723所负责,这就是后来947型舰拖雷达诱饵项目的起源。在经过三年多的技术攻关后,我国科研人员解决了研发角反射器诱饵中最为关键的海面上自动充气技术,并衍生了3.5、2.3与1.6米三种直径规格的角反射器诱饵。947型舰拖雷达诱饵使用的是由橡胶布制成的充气载体,在充气并完全展开后呈橡皮艇状,诱饵通过尼龙绳与舰船连接,其形成的雷达反射截为5000-20000平方米,干扰带宽可达40吉赫兹,对各种体制搜索/火控雷达均能实现比较良好的干扰/效果。947型舰拖雷达诱饵原定于列装052型导弹舰,成为其826型电子对抗系统的一部分。不过考虑到我国海军在这方面缺乏实际使用经验,因此该项目最终停止发展并转为技术储备。

  而在经过了近30余年的沉寂之后,国产水面舰艇在角反射器诱饵领域的应用才有了新的突破。藉由发布的相关照片,有些细心的朋友可能已经发现了,镜头中“银川”舰直升机库两侧的甲板上,出现了与美国海军MK-59 DLS“诱饵发射系统”大小和外形相似的管状设备。而它的真实身份,极有可能就是我国海军正式列装的首款角反射器诱饵。如果不出意外的话,这个现代化舰载电子战系统的重要组成部分,未来应该会在海军各型主战水面作战舰艇中得以广泛装备。并与兼容在726-4型多功能火箭发射器中的各类有源/无源干扰弹相配合,为海军水面舰艇撑起一道更加有效的舷外电磁屏障。彼时,海军在舷外无源/有源干扰诱饵技术领域的研发和应用,也将进一步向欧美等发达国家海军看齐。

  图为编入第三十四批护航编队的“银川”舰,及其两舷出现的角反射器诱饵发射器

  此外有关角反射器与水面舰艇电子战的话题,就不得不提一下有关马岛战争时期英国皇家海军的一些传闻。在相关传闻中,英国皇家海军通过在负责舰队防空警戒的山猫直升机挂架上安装自制角反射器的方式,用于干扰阿根廷空军机的机载雷达及其所携带的“飞鱼”反舰导弹雷达导引头,以此来达到舰队水面舰艇的目的。虽然很多渠道的资料里并没有足够的信息为这个说法提供“实锤”,且只保留了一张疑似PS的照片为证。但从原理上讲,这种看似十分荒诞的角反射器使用方式,又确实能起到一定的作用。如果考虑到上文所提到的国家海军中最具代表性的DLF系列角反射器诱饵,正是在马岛战争结束后才完成研发并迅速于英国皇家海军的各型水面舰艇上得以广泛装备的这个现实,那么以上看似荒诞的传闻就显得有了那么一丝合。

  一张疑似PS的“山猫”直升机照片,为我们展现了马岛战争时期有关角反射器的一段传闻

  角反射器与航海安全保障

  与空中平台的隐身化相对应,水面舰艇的隐身化设计也开始成为了新世纪以来海军装备设计中的一股潮流。正如隐身战机需要在平时加挂龙博透镜这种雷达反射器来飞行安全、空管引导以及自身真实的雷达反射特征一样。如今越来越多拥有隐身外表的水面舰艇,为了保障舰艇在繁忙水道航行时的安全也是下了一番功夫,除了必须的船舶自动识别系统(AIS)用于向船舶自己的身份、、航向、航速等信息以外,在船身外加装可以人为增大雷达反射的角反射器,自然而然成了这些采用隐身设计的舰船平日里必不可少的一项工作。

  毕竟挪军“英斯塔”护卫舰、美国海军“菲茨杰拉德”舰这两场的撞船事故警示我们,即便是安装有船舶自动识别系统和雷达的非隐身设计水面舰艇,在水道航行时也都容易发生严重的相撞事故。虽然在造成这些事故的一系列原因中,船员的性不足以及后续处置不当的因素更为突出。但依旧无法否认的是,如今的海上航行安全依旧需要以雷达提供的实时航道态势信息为基础。我们完全可以想象,当一艘如DDG-1000“朱姆沃尔特”级舰这般全面贯彻隐身设计的水面舰艇,在没有人为制造出足够强大的雷达反射的情况下就贸然驶入繁忙的水道航线当中,或许在白天视野条件良好的前提下可以通过目视观察并提前进行规避,那么一旦处于天气恶劣或夜晚能见度不足的情况时,其最终结局恐怕也只剩下“碰碰船”这一条可选。因此,诸如DDG-1000、“维斯比”级、22型导弹艇这类采用了隐身设计的水面舰艇,都无一例外的会在船身各处安装一些角反射器设备,主动自己的隐身效果。以求在了航行安全的同时,也能自身真实的雷达反射截与特征,也算是一举多得。

  从左到右分别为22型、“维斯比”级、“朱姆沃尔特”级上使用的角反射器

  除此之外,还有一些特殊的情况也会在航行安全领域使用到角反射器,典型的例子就是潜艇和一些小型军辅船只。众所周知,潜艇在入港的过程中都是以水面半潜状态航行。这种情况下,由于水面只露出指挥台围壳和少部分艇身,这直接导致了其过于微弱的雷达反射并不容易被各类水面舰船特别是民用船只的航海雷达所发现。因此一些潜艇在比较繁忙的水道以水面状态航行时,也会主动地在围壳上加装一些角反射器用于防止碰撞事故的发生,小型军辅船也是同理。

  “”级核潜艇(左)与马岛战争期间英国海军“麦克弗洛特”机动登陆浮箱(右)

  角反射器在舰载机上的使用

  最后要介绍的一个角反射器的使用领域颇有些特殊,估计很多人也没想到,即角反射器也曾经被运用在了美国海军一些早期的舰载机上。也许有人会产生疑问,这些并未采用隐身外形设计,且也与靶试、电子战无关的早期舰载机,为什么会使用到角反射器呢?关于这个问题的具体原因,我们还得从航母的自动引导着舰系统说起。

  在第二次世界大战结束后,美国海军为了克服恶劣天气或夜晚造成的能见度低下对舰载机着舰的影响,以及强化舰载机的全天候作战能力。因此打算在航母上运用一种基于雷达无线电技术的辅助降落手段,这也就后来的全天候自动着舰系统(ALCS)。该系统的主要原理是通过安装在航母上的精密进场雷达来对着舰过程中的舰载机进行精密测量,用于获取舰载机的航向道、下滑道以及速度等信息,并确定舰载机与母舰之间实时的相对和姿态,而这些信息通过计算机处理后,相关的修正信息会通过数据链传输到舰载机上,并最终通过自动驾驶仪完成对舰载机飞行姿态的修正,以帮助舰载机飞行员更好、更安全的完成的着舰流程。

  图为美国海军现役的SPN-46型精密进场雷达

  通过以上的原理介绍我们可以发现,全天候自动着舰系统的关键就在于用于测量着舰舰载机与航母之间各种实时信息的精密进场雷达。可以说,一次舰载机自动着舰引导是否合格,完全取决于精密进场雷达对舰载机的测量精度。而早期的精密进场雷达因性能所限,往往在这过程中会出现精度不高、作用距离不远的问题。为了解决这些麻烦,研究人员就采用了在舰载机上加装角反射器的方式,人为放大舰载机的雷达反射,以提升精密进场雷达对舰载机的发现距离及精度。之所以不使用更小巧的龙博透镜,很大程度上还是因为年代较早的缘故。虽然龙博透镜在二战结束前的1944年就已经被发明,但是对于上个世纪50、60年代,即使全球科技最为发达的美国而言,这类雷达角反射器的制造还是显得相对困难。因此,相关研究人员才最终选择在舰载机上安装体积虽显更大,但是胜在简单、廉价的角反射器。

  F-3D(左)和F-4(中)上安装角反射器的,以及以及角反射器的结构图(右)

  在最早的陆上和海上测试过程中,美国海军的F-3D、F-111B以及F-4等舰载机型都曾通过在起落架前加装角反射器的方式来更好的协助完成全天候自动着舰系统的雷达测量。不过由于此后新一代的全天候自动着舰系统采用了SPN-42和SPN-46等体制更为先进、性能更为强大的精密进场雷达型,克服了最早的SPN-10精密进场雷达能力不足的问题。因此与之后出现的F-14、F/A-18等舰载机型就省去了加装角反射器的麻烦。至于F-35C这类隐身舰载机,由于在进入自动引导着舰的流程时就已经提前开舱并放下了起落架,如此一来,了整体隐身效果的舰载机自然而然的就更容易被精密进场雷达捕获,所以也不需要特别安装角反射器或龙博透镜用于协助自动引导着舰流程。我们在F-35C隐身舰载机上所能见到的龙博透镜,更多起到的还是空管引导和自身雷达反射特征的作用。(作者署名:舰知)

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