红外隐身和红外预警

1.红外隐身

红外隐身是隐身技术的重要内容之一。随着红外探测技术，尤其是红外成像技术的飞速发展，各种具有高探测精度、高分辨率的红外探测和遥感设备不断涌现出来，常规的红外对抗措施越来越不能满足现代战争的需要，寻求发展新的先进有效的红外隐身技术已成为提高作战武器系统生存和突防能力的当务之急。

武器系统的红外特性信号主要是由发动机尾喷管、武器系统表面及其相关设备的红外辐射产生的。红外探测系统通过探测目标与其所处背景之间的温差而探测和跟踪目标，其中尤以探测、跟踪目标尾喷管的红外辐射为主，其次是武器系统表面由于气动加热、阳光辐射或地球辐射的反射作用引起的红外辐射。因此，红外隐身技术研究的重点是尾喷管的红外特证信号抑制，主要途色有非常规哪管外形技术、隔热与屏蔽技术、混合冷却技术和改变燃烧败果等。当前，以降低和弱敌方红外探测设备效能为目的的红外隐身技术受到了各国军方的广泛关注。

（1）美国将F-35战机用的隐身光电传感器嵌入“复仇者”无人机。美国洛克希德，马于公司与通用原子航空系统公司联合，在2010年下半年将F-35战机用的光电瞄准系统的改型一先进低观测性嵌入式侦察标准（ALERT）系统应用到“复仇者”无人机上。由于被安装在多面体营宝石玻璃窗口后方，该中波红外传感器与“捕食者”或“死神”无人机上用的传统的外置型光电/红外（EO/IR）转塔相比，能够有效降低采取后掠翼机型和喷气式推进方式的“复仇者”无人机的信号特征。

（2）以色列首次曝光采用红外隐身技术的坦克。以色列艾尔迪克斯（Eltics）公司于2010年5月9日首次曝光了其正在研发的“黑弧”系统，这一系统有望令坦克等军事装备在夜间“避开”红外夜视侦察系统的探测和热导导弹的攻击。“黑狐”系统的核心技术在于为组克等军事装备安装前视红外雷达摄像头，随时探测和拍摄周围环境；系统随后将根据摄像头探测结果分析周围环境的热量值，并操控军事装备的“铁甲”达到相同热量值，从而彻底消失在敌方红外夜视仪上。“黑狐”系统现阶段尚处于研发之中。

（3）开发激光隐身与红外隐身的兼容隐身材料。目前激光探测器工作波长绝大部分为1.06um和10.6um，正好处于红外波段。激光隐身要求材料要有尽可能低的反射率，而同时红外隐身则要求材料要有尽可能低的发射率，这样激光隐身和红外隐身就不可避免地成为了一对矛盾体，故二者的协调很重要。2010年激光隐身涂料的研究热点仍然是掺杂半导体材料，其可作为涂料体系中的非着色颜料，经过适当选配半导体载流子参数可使涂料的红外和激光隐身性能都达到令人满意的结果，同时也不会妨碍涂层满足可见光伪装的要求。掺杂半导体一般选用InO₃或者In₂O₃和SnO₂。通过掺杂使得等离子波长处于合适的范围，使材料在1.06um处具有强吸收率和低反射率，在热红外波段具有低吸收率和高反射率，从而达到二者隐身兼容。

（4）红外隐身与雷达隐身相结合的复合材料和纳米隐身材料成为隐身材料的发展方向。多功能隐身涂料是隐身涂料技术发展的必然趋势。以导电元素为基础的红外隐身材料在雷达频域内具有高反射性，将其与雷达隐身二者结合起来有一定的难度。而新一代的红外隐身涂料含有的活性介电元素不会干扰雷达吸波材料的特性，还可提供适宜的雷达屏蔽。2010年，多功能隐身涂料继续朝着实现多层法和均相法二者结合的方向研发。目前还正在积极探索纳米涂料，其隐身机理是：由于纳米粒子尺寸远小于红外及雷达波波长，因此纳米材料对这些范围的波的透过率比常规材料要强得多，这大大减少了波的反射率，使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱，从而达到隐身的效果。

2.红外反隐身技术

红外反隐身技术是随着红外隐身技术的发展而发展的。红外反隐身技术是指发现、识别、定位红外隐身目标而采用的技术。红外隐身技术的发展落后于电波隐身技术，而红外反隐身技术的发展又落后于红外隐身技术，基本上还处在概念研发阶段。目前，国外红外反隐身技术的研究重点主要有以下4个方面：

（1）研制各种具有高灵敏度、远探测距离的红外探测器探测红外隐身目标时，所能测到的目标辐射能量都很弱，且目标的有效辐射亮度与环境的辐射亮度相差无几，这时不宜采用通常的能量探测法。目前正在研究用对比度检测法对隐身目标进行探测。对比度检测的扫描系统可采用多元线阵或多元面阵器件，探测灵敏度高达10～13W/cm²，如用佛化钢探测器探测3～5um红外辐射波、用碎镉汞探测器探测8～14um红外辐射波。

（2）选择最易探测到目标的地方安置探测器。例如，把红外探测器装在卫星和飞机上，构成天基和空基红外探测系统是探测低空飞行的隐身飞行器的有效途径，对探测红外隐身目标是有利的。美军为加强低空监视，曾用气球把探测器升至4.5km高空进行试验，试验表明，监视半径可达300km，大大扩展了对入侵隐身目标的探测范围。

（3）提高对红外信号处理的能力。提高对红外信号的处理能力，主要是提高谱分辨能力，将目标热辐射与背景辐射区别开来，以便将目标从背景中分离开来。

（4）红外纹影提影技术用于红外反隐身初见端倪。纹影摄影技术的原理是利用气流对光波的扰动，将不可被肉眼看见的气流的变化，转化成可以看见的图像。这项技术最初被应用于风洞的气流研究，特别是对高速激波的研究。但这种技术稍加改变，就可以应用于反隐身飞机。虽然隐身飞机对自己的尾气进行了很多技术处理，通过降低红外信号特征，来实现难以被探测的目的。但是，它无法改变的是，尾流会加热周围的空气，使飞机飞过的地区温度明显高于天空背景的温度。因此，改进纹影摄像机，使其工作的波段处于中远红外的波段。这样，在红外纹影摄像机面前，夜空中隐身飞机扰动的气流轨迹，就像夜空中流星的轨迹一样明显，使隐身飞机显出原形。如果将红外纹影摄像机与被动光学测距技术相结合，就可以对隐身飞机进行有效的定位；多个纹影摄像机连接成监控网络，就能对隐身飞机进行持续的跟踪，并引导自己的飞机和防空导弹消灭隐身飞机。

3.红外预警

弹道导弹由于其射程远、精度高、载入速度快和突防能力强等特点，自问世以来即成为拥有者手中的“撤手铜”。为了有效防御弹道导弹的攻击，当今世界各军事强国都十分注重弹道导弹防御系统和相关技术的研究。其主要任务就是预警监视敏感热点地区，跟踪识别和拦截敌方来袭导弹，为己方和友邻提供全方位和多层次的导弹防御。在防御系统中能够全程担负起这些任务的是红外传感器，其采用的关键技术之一是运用各种星载、弹载红外传感器居高临下地在外大气层空间探测、跟踪、识别和拦截弹道导弹。

导弹预警卫星通过对弹道导弹尾焰红外辐射的探测，可实现主动地对弹道导弹的跟踪预警。无论采用何种燃料，二氧化碳和水汽总是几乎所有导弹推进剂燃烧后的主要产物。这两种气体的分子能级结构决定了CO₂在2.7um和4.3um、H₂O在2.7um和6.3um附近有较强的红外辐射，因此采用红外探测的预警卫星必须采用能够对2.7um、4.3 um和6.3um波段的红外辐射比较敏感的探测元件。资料显示，美国的预警卫星星载红外探测器采用硫化错和确锅汞作为基本探测元的焦平面阵列，其中硫化铅光敏探测器对1～3um波段比较敏感，能够探测到2.7um波段附近的红外辐射；对于确镉汞而言，通过改变确化镉和确化汞的组分比可以调整磷镉汞光敏探测器的光谱响应范围在3～5um之间，从而完成对4.3um波段附近红外辐射的探测。

另外，弹道导弹在大气中飞行必须考虑大气的吸收特性。由于大气分子对2.7um和4.3um波段附近红外辐射的强烈吸收，而导弹预警卫星的红外探测器采用的是对这两个波段比较敏感的探测单元进行探测，这样就使得弹道导弹在从发射架发射到十几千米高度的这10s左右的低层大气飞行段不能被卫星探测到。根据大气中水汽和二氧化碳的分布以及掌握的导弹预警卫星的资料，目前导弹尾焰的2.7um信号需要在10～15km以上才能被探测到，而4.3um附近的信号只能在30～40km以上才能被发现。

目前，美国服役的国防支援计划导弹预警卫星DSP，采用扫描型探测器，每10～12s对监视区域完成一次扫描探测，而准备服役的天基红外系统SBIRS，拟采用两套独立的探测器。一套扫描型探测器，用来搜索红外目标：一套凝视型探测器用来对扫描发现的目标进行凝视跟踪。观察探测器采用2.7um和4.3um这两个波段进行探测，可以使得地球背景的亮度最小化，降低虚警信号。无论是低高度上云层反射的太阳光辐射，还是地球表面上的红外光源，在经过大气分子在这两个波段上对红外辐射吸收以后，从预警卫星的扫描探测器上观察到的地球背景辐射是相当小的，可以把它看作黑背景图。在距离地面一定高度上，2.7um和4.3um附近的红外辐射的大气透过率是很低的，而这时候如果探测器上有亮点的话则可能是导弹发射、飞机飞行，或者是地球表面剧烈燃烧的大火；再根据探测器的连续扫描或凝视跟踪观察，就可以初步断定被探测目标是导弹、飞机或是地面大火；最后地面站根据预警卫星上传回来的辐射强度大小的资料，与先验的资料库做对比进行确定。如果是导弹的话可以迅速计算出导弹的方位、飞行时间、速度并进行落点预测，从而完成对弹道导弹的预警。

美国的天基红外预警系统是包括多个空间星座和SBIRS卫星地面站的综合系统，其卫星星座由天基红外系统的一颗高轨卫星（SBIRS-High）组成。SBIRS-High星座又分为大椭圆轨道（HEO）星座和同步静止轨道（GEO）星座两种。SBIRS-High包括5颗地球同步轨道卫星（其中一颗为备份）和2颗大椭圆轨道卫星。相比于DSP卫星，主要改进为：能对纬度超过82°度的地区进行探测，可以监视潜艇从两极地区发射的潜射导弹。其采用的识别技术手段为：每颗卫星上采用512×512双红外焦平面传感器，即包括高速扫描传感器和互补凝视传感器。前者先采用一种小型阵列快速扫描地球南北半球，并建立整个地区的红外图像；发现目标后将目标信息传给凝视型传感器。后者以一个矩形焦平面阵列连续观测一个特定区域或目标的工作方式，紧盯可疑目标，获取目标详细信息。这种双体制探测器工作时，扫描速度和灵敏度比DSP高10倍以上，主要探测弹道导弹的发射并进行助推段的跟踪，即使对较小的战术导弹，探测能力也比DSP强得多。在导弹一点火时就能探测到，并在发射后20s内将信息传递到地面指控中心。