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《红海行动》燃炸了!电影中的军舰拦截导弹,现实中能成功吗? 精选

已有 3889 次阅读 2018-3-7 16:09 |个人分类:科学书摘|系统分类:博客资讯| 导弹飞行仿真, 窦文辉, 廖守亿, 科学出版社, 红海行动

最近,热映大片《红海行动》让2018年的春节“很热血”,小编也赶在春节的尾巴去凑了个热闹。结果本来对军事题材电影完全不感冒的小编也看的热血沸腾,老泪纵横,满腔自豪,从此坚定地走上了半个军迷的道路!


其中在《红海行动》中054A型护卫舰作为指挥舰,在码头停靠指挥和等待营救人员的到来,不料被武装分子盯上,在山头布置多辆简易导弹发射车,并瞄准军舰随时准备开火。此时军舰上进入一级战斗状态,就在武装分子准备处决中方人质时,武装分子头目下达命令向军舰开火,但结果却令人意外!中方人质被成功解救,武装分子发射的6枚炮弹也被军舰全部成功拦截!


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小编看到此刻完全被震撼到了(原谅见识少)!这波操作简直是太666666了!但是现实中,究竟能否实现这种类似情况下拦截导弹的神操作呢?


答案是!!!


接下来,我们就来给各位军迷们详细道来。


地空导弹系统


地空导弹是指从地面发射攻击空中目标的导弹,又称防空导弹。它是组成地空导弹武器系统的核心。地空导弹是由地面发射,攻击敌来袭飞机、导弹等空中目标的一种导弹武器,是现代防空武器系统中的一个重要组成部分。与高炮相比,它射程远,射高大,单发命中率高;与截击机相比,它反应速度快,火力猛,威力大,不受目标速度和高度限制,可以在高、中、低空及远、中近程构成一道道严密的防空火力网。(内容来源:360百科)


地空导弹系统设计需要满足特定的作战要求。不同的需求造就了尺寸和性能各异的各型导弹。导弹系统中的众多差异性使得在跟踪和制导概念上也各有差异。地空导弹系统的目的就是摧毁具有威胁的空中目标。系统包括导弹和保障装备,如发射架、地面导弹和/或目标跟踪站及地面制导处理站。当目标接近导弹发射阵地时,跟踪系统测量目标相对导弹的运动,火控系统判断发射时间和方向,导弹由推进系统(通常是火箭发动机)推离发射架。由于跟踪系统不断测量导弹相对运动,制导站发出导弹机动指令控制导弹拦截目标。机动指令经自动驾驶仪转换成导弹控制面偏转指令,控制系统向舵机供电以使控制面偏转。由控制面偏转产生的作用在导弹上的气动升力使导弹相对于制导指令进行机动。战斗部在碰撞或接近目标时引爆。导弹飞行性能由各种导弹分系统和制导概念之间的变换与相互作用决定。

 

地空导弹系统是陆军防御飞机和战区弹道导弹(TBM)威胁的主要手段。其目的是使敌方飞机和战区弹道导弹无法靠近己方资源。陆军防空由数层防御组成,每层都有不同的导弹系统。远程高空系统要求对战场军队和军事基地全面覆盖。具有低空和中空能力的中程地空导弹系统用于覆盖前方部署的作战部队及后方区域的军队。具有摧毁低空威胁能力的近程系统用于保护机场、集结地、前线装甲车辆和行进梯队。能应对低空威胁的便携式系统用于点防御。

 

导弹弹体尺寸主要由导弹所要求的飞行距离(射程)和负载(战斗部)质量决定。负载质量依次由期望脱靶量和制导精度决定的脱靶量决定。不同的制导应用产生不同的精度,导弹尺寸和布局设计需要平衡这些因素。

 

目前,美国陆军地空导弹质量范围为8~900kg。最小的导弹是肩扛式导弹;发射后由弹上制导系统制导。最大的导弹飞行距离远、高度高,由地面雷达和制导计算机与弹上制导系统相互作用进行作战。

 

单个地空导弹系统称为一个火力单元。通常来说,一个火力单元由能完成转换发射阵地进行运输、搜索、识别、跟踪空中目标、发射和制导导弹、发射架装填这些功能的人员与装备组成。一个确定的火力单元只能打击导弹射程内的目标。如果导弹对目标的视轴转角超过导引头传感器识别范围的角位置或角速率,即使目标在射程内,导弹也不能成功命中。导弹系统动力学发射范围由射程内和跟踪限制内导弹发射时的目标可能位置轨迹确定。对于任何给定的导弹系统,其动力学发射边界由目标速度和飞行路径确定。由于跟踪传感器对目标辐射和光谱几何分配以及目标的密度特性(目标信号)敏感度不同而造成诸多附加限制,实际的发射边界通常要比动力学边界小。另外,目标所采取的有效对抗措施也会极大地减少发射边界的大小和形状。

 

火力单元要部署在射界能覆盖己方资源的阵地上。预警(对处于普通区域的潜在目标进行警戒)和指向(给出雷达瞄向)信息可以在火力单元之间及联合侦察系统中进行通信。一旦敌方飞机进入给定火力单元侦搜系统侦察范围,就将被探测到,侦搜系统在确定非己方身份后就使用跟踪传感器锁定目标。导弹发控系统监控目标位置,当目标进入发射边界时便给出确切发射时间。发控系统还将给出发射架指向所需的方位角和高低角。

 

导弹由该火力单元操作号手通过发射按键操作发射。导弹动力系统迅速产生推力将导弹沿发射架推出。在导弹飞行速度足以产生空气动力之前,导弹沿弹道飞行。跟踪系统继续跟踪目标,并提供目标相对于导弹的位置和运动信息。导弹制导系统接收该信息,并发出制导指令告诉导弹如何机动拦截目标。这些机动指令通过使用相对于导弹和目标运动的制导律来确定。弹体中的自动驾驶仪和控制系统将制导指令变换成气动控制面偏转,从而改变导弹飞行路径。这个过程从制导初始计算开始到拦截时刻截止。由于精确度、限制条件和时间延迟,导弹并不一定碰触目标,却会距离目标很近。制导和控制的目的就是使脱靶量尽可能小。

 

当导弹接近目标时,引信敏感到目标存在并起爆战斗部。如果脱靶量足够小,引信精准起爆,战斗部爆炸就能命中目标。一旦火力单元号手观察到导弹未命中目标,而其仍在射界之内,就进行补射。

 

所有的地空导弹都不尽相同。主要区别在于导弹制导方式不同。这些区别包括:目标跟踪形式不同,一部分跟踪传感器较大,位于地面,而另一部分较小的则随弹安装;不同的跟踪系统对不同的电磁频谱波段敏感;一些制导处理器使用地面计算机,而其他的较小和简易处理器则安装在弹上;某些制导律对于某种制导系统设置相对简单,而对于其他设置就较难实现。制导系统设计对于设计导弹弹体意义重大。


导弹导引头


导引头(seeker)是截获、跟踪辐射源的核心部件。导弹导引头包括一个能收集和探测目标能量的位标器、保持导引头视轴指向目标的跟踪部分、从探测跟踪电路提取有用信息的电路部分。

 

导引头通常安装在视线不受影响的导弹头部。导引头天线或光学系统通常安装在框架上,以使其中心视线(视轴)在方位角和俯仰角能相对于导弹中心线转动。角视场方向限制相对于导弹中心轴通常为+40°~+60°。如果导弹中心轴和目标视线夹角超过框架限制角,导引头在物理结构上就被框架限制,不再跟踪目标。

 

导引头位标器框架部分通常稳定指向一个固定方向,以免受到导弹弹体扰动角运动的影响。两个最常见保持稳定的方式包括陀螺随动框架式和动力随动陀螺式,前者是指在框架上有一个可以看作陀螺的转动部分,并通过安装在框架上的陀螺发出的控制信号来控制舵机,将导引头稳定在一个方向。后者是指从跟踪电路出来的信号按要求直接改变导引头方向。

 

两种常见的导引头类型是光学和雷达(无线电射频)导引头。由于用在光学和雷达导引头中的信号模式与设备不同,因此这两种导引头在应用上也大不相同。


1、光学导引头


敏感电磁光谱紫外、可见光和红外辐射的导引头称为光学导引头。目标辐射通过大气进行传播。由于存在衰减,并非所有的目标辐射都能直接抵达导引头。光学辐射衰减通常包括光源(与距离平方成反比)几何距离、大气吸收和散射,以及云、雾、雨、雪和其他烟尘类遮障。衰减程度受辐射波长影响。例如,在红外光谱衰减(图1)中,波长在1~3μm、3~5μm和8~12μm时才有大气传输窗口(相对较低衰减)。在这些窗口之外的红外线受到大气影响严重衰减,只有窗口内的红外线可用于传感器。1~3μm波长用在早期未经冷却的红外导引头上。3~5μm波长是目前应用在红外导引头中最多的。由于目标羽流中很少有8~12μm波长的辐射,这一波长在地空导弹中很少用到。可见光谱传输窗口是0.4~0.8μm,紫外线窗口是0.34~0.39μm。一些导引头在设计上使用不止一种光学波长,以辨别目标和诱饵。



图1 红外线光谱衰减图

 

能用在导引头上的光学辐射源包括发动机羽流、热金属和气动加热。在可见光部分,反射的太阳光也能用作光源。紫外线辐射从背景场中传输到导引头中。目标概略发出紫外线辐射图,并给出与背景的比较。激光导引头是使用激光辐射作为光源的导引头。典型目标红外辐射分布图见图2。当目标羽流用作导引头所敏感的主要辐射源时,有必要将导弹导引到羽流稍前位置起爆;否则,导弹将在目标后部尾流中穿过。


图2 典型目标红外辐射分布图

 

光学导引头包括一个凝视目标的镜头。瞬时视场(FOV)是圆锥形、锥轴与镜头光轴重合。镜头产生目标和背景的光学图像。

 

对目标精确跟踪要求导引头光轴不断指向目标。光轴和目标视线轴之间的夹角就是跟踪误差。由于指向目标的光轴随目标相对运动而改变,导引头指向也必须随之改变。确定跟踪误差大小和方向所必需的信息包含在图像中。目标误差提取已经发展出许多方式。所有都要用到称为检测器的光学装置,将包含在光学镜头图像中的信息变换成适合处理的电信号。

 

对于处理光学图像所需的不同技术,共发展出3种光学导引头类型,分别是十字线法、伪像法和成像法导引头。


2、雷达导引头


雷达导引头最重要的就是弹载雷达,其天线用于收集目标反射的雷达波。雷达波可以由目标机载系统、位于地面的目标指示器和弹上发射机发射。被动雷达导引头接收目标产生的辐射。半主动导引头接收由地面的照射器产生且被目标反射的回波信号。各种传输波形和处理方式用于获取精确信息。导引头雷达天线外形不尽相同,但最常见的是安装在框架上的抛物面天线或平面阵列天线。典型的框架式平面阵列雷达天线见图3


图3 典型雷达导引头

 

由大气效应引起的雷达波在辐射频率上双向衰减,见图4。在频率低于3GHz时,由雾、细雨、降雨引起的散射损失与标准大气相比并不明显,但在频率大于10GHz时,变化显著。


图4 雷达波在大气和降雨中的衰减

 

应用在新型飞机设计中的被动防御技术能减少雷达反射信号。机载复杂电子对抗(ECM)装备能在雷达导引头信号处理器中产生杂波或发出欺骗和迷惑信号。所产生的比真目标信号强度更大的雷达假目标能将使用雷达导引头的导弹引离目标。导引头反对抗(CCM)技术包括多普勒技术、距离跟踪技术和复杂信号处理技术。

 

应用在地空导弹的常见雷达类型有单脉冲雷达、连续波(CW)雷达和脉冲多普勒雷达。使用这些雷达的导引头可以是主动、半主动或被动导引头。



《导弹飞行仿真》

Jeffrey Strickland 著

窦文辉,廖守亿 等 译

责任编辑:魏英杰

北京:科学出版社,2018.1

ISBN:978-7-03-056333-0


《导弹飞行仿真》是关于导弹动力学与控制、仿真技术相结合的教科书,以面空导弹为研究对象,将导弹动力学、运动学模型和仿真技术及其应用有机结合起来,源于理论但紧贴实际,简单实用,易于理解消化,具有很强的操作性。本书详细介绍导弹飞行仿真所涉及的导弹动力学模型、空气动力学模型、推进模型、导弹和目标运动模型、制导控制模型、场景仿真、系统实现、模型校核与验证、仿真系统集成等。


(本期责编:小文)



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