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空中的幽灵——无源干扰

2018-07-10 16:03 来源:科普中国-军事科技前沿 

  出品:科普中国

  作者:太赫兹工作室

  监制:光明网科普事业部

  1943年7月24日深夜,英军开始了空袭德国汉堡的战斗。汉堡拥有强大的防空力量,城市周围有54个大口径高炮连,22个探照灯连,3个烟幕站。在港口附近有20个雷达地面引导站,还有6个可供夜间歼击机使用的机场。英国出动了791架的各类飞机,组成了长320千米、宽32千米的巨大飞机方阵,以每小时360千米的速度向汉堡飞来。当时,德军已经装备了“维尔茨堡”、“曼海姆”、“弗里亚”等雷达。这些雷达本已经发现了这批庞大的机群,但是雷达屏幕上这些飞机竟然在“繁殖”,目标回波开始增加,总数达到了上万架飞机,德军马上乱作一团,雷达无法提供正确的目标信息,德军的夜间战斗机只能在空中盘旋,等待地面的引导。雷达控制的探照灯漫无目的地在四处寻找目标,炮瞄雷达无法工作,高炮只能朝天空胡乱射击。这次大规模空袭中,英军飞机没有受到任何阻碍,仅用两个半小时,就将2300吨炸弹投落在汉堡港口和市中心,汉堡遭到了巨大的破坏。而英军飞机只损失了12架,占出动飞机总数的1.5%,低于以往的6%。

空中的幽灵——无源干扰

被干扰的雷达的显示屏(来源:维基百科)

  取得如此巨大成功的原因其实很简单,英国人动用了秘密武器——“窗口”。“窗口”其实就是我们经常听到的箔条。箔条是使用最早和最广泛的一种无源干扰技术,在二战前就有人提出了相关概念。1943年所罗门群岛战役后期,日本海军航空兵首次在实战中使用箔条,但由于投放的数量太少,效果不佳,在日后的战斗中极少使用。英国和德国都发现了箔条的强大能力,但考虑到使用箔条很容易被敌方模仿,并且自身没有反制手段,两国都将其视为最高机密,轻易不使用。

空中的幽灵——无源干扰

英国的“窗口”箔条(来源:维基百科)

  箔条通常由金属箔切成的条、镀金属的介质或直接由金属丝制成。箔条使用最多的是半波长的振子,也就是箔条长度为雷达波波长的一半(实际比一半略长),这种振子对电磁波的谐振、散射波最强,材料最省。箔条产生的回波类似噪声,能够掩盖目标的回波。为了能够干扰不同极化和波长的雷达,箔条也采用长达几十米甚至上百米干扰丝。

  半波长振子的缺点也很明显,其频带很窄,只有中心频率的15%~20%。为了增加频带的宽度,可以采用两种方法。一个是增大单根箔条的直径或宽度,但这样增加的带宽量有限且重量太大,容易影响相关性能。第二种方法是将不同长度的箔条混合包装。

空中的幽灵——无源干扰

两种不同长度的箔条(来源:维基百科)

  箔条使用方便、价格低廉的特点和优异的性能使它在战场上得到了日益广泛的应用。用于在主要攻击方向上形成干扰走廊,以掩护部队接近重要军事目标,或制造虚假的攻击东西。洲际弹道导弹在中段可以通过布撒箔条掩护弹头。飞机和舰船受到雷达制导的导弹攻击时,大量抛撒箔条,形成箔条云以掩护自身。

  除了箔条,反射器也是一种常用的无源干扰器材。一块理想的导电金属板,当其尺寸远大于波长时,可以对法线方向的入射波产生强烈的反射,其雷达反射截面积与金属板面积的平方成正比。因此,如果入射波方向偏离法线方向,有效反射面积就会显著减小。针对这些特性,科研人员研发了多种质量和尺寸较小并由较大有效发射面积的反射器,例如龙勃透镜反射器、角反射器、双锥反射器。

空中的幽灵——无源干扰

三角反射器(来源:维基百科)

  角反射器分为三角反射器、圆形反射器和方型反射器,虽然方型反射器的效果最好,但在实际使用中一般选择三角形反射器。角反射器的雷达截面积与雷达波束的波长成反比,因此针对波长普遍较小的火控雷达有很好的效果。龙勃透镜反射器是在龙博透镜的表面加上金属反射面构成的,根据所加金属面的不同有不同的波束宽度。龙勃透镜反射器的优点是重量轻、体积小,却有很高的有效面积,缺点是造价昂贵,适合对重量敏感的航空器。

空中的幽灵——无源干扰

挂载龙勃透镜反射器的歼-20战机(来源:维基百科)

  随着隐身技术的发展,出现了众多隐身战机和舰艇,在非任务时期,为了保证航行安全,它们通常都会搭载反射器,确保自身“可见”。反射器可以被用作假目标压制用于搜索和目标指示的电子设备。反射器也可以做诱饵,诱饵虽然原理与假目标类似,但其作用是破坏敌方导弹的瞄准,使其脱离目标,瞄准诱饵。

[责任编辑:赵清建]

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