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国外机载吊舱装备发展研究综述

军鹰动态  · 公众号  ·  · 2020-12-28 20:20

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国外机载吊舱装备发展研究综述

作者:军鹰智库   来源:军鹰资讯


一、概述

     

机载吊舱是指在飞机机体外部安装的,能够承载相关设备或武器的机身或机翼下的流线型舱段。加装吊舱使得飞机在不增加自身机身配置的情况下,获取新的功能。由于机载吊舱具有使用灵活、可重新配置、适应飞机气动飞行性能、可面向多种作战任务等优势,目前正成为国外先进军用飞机的重要配置。目前,随着航空技术的不断发展,吊舱在各类飞机上的应用日益广泛。通常来说,机载吊舱一般分为:侦察瞄准吊舱、电子战吊舱、加油及辅助吊舱等门类。


二、侦察/瞄准吊舱

     

机载侦察/瞄准吊舱一般采用舱段包覆安装光电、红外、激光、合成孔径雷达(SAR)等装备,帮助飞机实现对地目标跟踪监视、地形测绘成像、重点区域巡逻监视、飞机导航和地形规避、打击效果评估等功能。当前,随着航空精确制导武器的不断发展,机载侦察/瞄准吊舱已成为现代战机实施精确打击的重要组成部分。


1)法国达摩克利斯" 瞄准吊舱

    

"达摩克利斯"(Damocles)吊舱是有法国泰勒斯(THALES)旗下的光电公司研制生产的机载目标瞄准吊舱。达摩克利斯瞄准吊舱采用第三代中波前视红外(MWIR)热成像器进行瞄准,有4°×4°和1°×0.75°两个宽窄不同的视场;采用1.06μm和1.5μm双波段激光测距器,THALES公司宣称它有足够的功率从13700m(45000ft)高度在45km的距离使用;此外,该吊舱还可以选配激光跟踪器、电荷耦合器件(CCD)可见光摄像机供。导航前视红外也工作在中波红外波段,视场为24°×18°,可安装在吊舱内,或者综合进整个飞机的外挂管理系统。吊舱所获取的图像可以透射到飞机座舱内的平视显示器,瞄准信息显示在座舱内的一个多功能显示器(MFD)上,使得飞行员能够同时从两个显示器上看到相关的侦察目标图像,便于飞行员做出正确的攻击决策。目前,该吊舱已经被阿联酋和法国海军已经订购,其中阿联酋将其命名为 "沙哈布"(Shahab)


(2)AN/ASQ-228先进瞄准前视红外(ATFLIR)吊舱


AN/ASQ-228先进瞄准前视红外(ATFLIR)吊舱是美国雷声公司最新研制的一种光电瞄准吊舱。改吊舱可为战斗机空地和空空攻击行动提供目标捕获能力。根据目前资料显示,该吊舱能够执行包括激光制导炸弹、GPS制导武器和自由投放炸弹的精确打击战、前向空中控制(机载)、近距空中支援、低空夜间导航和作战损伤评估等多种类型的任务。

     

ATFLIR在设计上采用一个完整吊舱段综合了单独的导航前视红外和瞄准吊舱,因此具有体积相对较小的优势,在实际安装过程中一般能够多空出一个武器位置。ATFLIR还包括一个可见光摄像机(光电传感器),摄像机提供了ATFLIR的远距离目标识别和武器投放能力。从2007年起,雷声公司陆续向为F/A-18 A-D“黄蜂”和F/A-18E/F“超黄蜂”战机交付ATFLIR吊舱。ATFLIR的安装,使得原来在F/A-18上的3个分立吊舱--TFLIR瞄准FLIR吊舱、导航FLIR吊舱和激光照射跟踪器得以替换,提升了该飞机武器系统的集成度。

     

此外,该吊舱具备一定的数据链通信能力,能够实现侦察瞄准图像的共享。雷声公司从2005年起开始吊舱引入了最先进的高速数据链。该数据链采用Ku波段,能够支持作战图像的快速收发,增强了目标精确瞄准能力,还可更快速地与地面设备共享实时视频图像,使得F/A-18飞机的ATFLIR瞄准吊舱成为空中执行网络中心战任务的一个核心节点。

   

(3)蓝盾吊舱

      

 “蓝盾”(LANTIRN)吊舱是一种安装在战斗机上,用于夜间作战的低空导航和捕获目标、跟踪目标的综合系统。它集激光、红外、雷达等多种先进技术和设备于一身。

     

“蓝盾”(LANTIRN)吊舱长2.22米,半径为0.41米,由两个吊舱组成,其中一个是由宽视场前视红外探测器和地形跟踪雷达组成的夜间低空吊舱;另一个是由窄视场前视红外探测器和自动目标跟踪器、激光目标指示器、激光目标测距器和自动目标跟踪器、激光目标指示器、激光目标测距器组成的目标捕获吊舱。这两个吊舱可以分别使用,互不干扰。

     

该吊舱装备由于其良好的应用性能,其发展始终在不断的改型中。诺斯罗普•格鲁门公司于2001年12月和2002年分别开始向海军陆战队和空军国民警卫队提供“蓝盾”(LANTIRN)增程型瞄准吊舱,“蓝盾”(LANTIRN)增程型瞄准吊舱的主要改进有:前视红外传感器从“蓝盾”(LANTIRN)-II的256×256像素升级为第三代640×512像素中波凝视阵列,大幅度提高了图像分辨率,并使目标识别和跟踪距离提高25%;CCD电视摄像机和前视线外传感器的图像可以融合;激光器改用成熟的二极管泵浦型,有1.06微米和1.57微米两种人眼安全波长工作模式,可分别用于作战和训练;新的激光器提高了发射能量、减小了光束发散,具有更远的作用距离和精度。最新型的“蓝盾”(LANTIRN)先进瞄准吊舱通过采用更为先进的图像处理电路和软件进一步提高了目标误别和跟踪距离,这种吊舱还进一步降低了目标跟踪误差,可以为“联合系列”弹药提供目标的精确方位。


(4)共享侦察吊舱


AN/ASD-12(V)共享侦察吊舱由雷声公司研制和生产。该吊舱系统是世界上现役海军战斗机挂载的众多侦察吊舱中最先进的一种。该系统主要用于取代美军现役的全数字图像型(CDI)战术机载侦察吊舱系统(TARPS)。现役的这种战术机载侦察吊舱系统最初是美国海军F-14战斗机为了提高中低空战术侦察所获取图像的分辨率而配备的。共享侦察吊舱重约960千克,其主要设备包括:一个CA-279/M中空照相机;一个CA-279/H高空照相机,这两种照相机可以覆盖从650米到16550米的范围,倾斜范围可达50海里。CA-279使用的光学芯片采用了前向移动补偿技术技术,可消除航空器移动时所产生的图像模糊,该型芯片能够产生模拟的可见和红外图像,并具有一定的多频谱识别能力。该系统能够用于不同航空器平台,目前主要用于F/A-18和P-3,未来将用于F-35联合攻击战斗机,安装在炸弹架而非机身或导弹架上,因此不会影响到航空器的作战性能。共享侦察吊舱在2001年进行了实时性能演示试验。在2003年伊拉克战争期间,在“尼米兹”级航空母舰(CVN-68)搭载的第11航空母舰舰载机中队的舰载机上面就完成了首次实战检验,共享侦察吊舱系统现在已经装备了F/A-18E/F舰载机。在最新的配置中,共享侦察吊舱系统中具有交互能力的传感器能够在超过80公里的距离上探测、识别和定位单独的目标,并通过数据链将立体或平面图像传送至地面站。


(5)以色列CONDOR 2吊舱


CONDOR吊舱由以色列埃尔比特系统公司研制。该型吊舱重达700千克,这种远程倾斜照相侦察吊舱是一种光电/红外系统,能在高度50000英尺(约17000米)、速度1.4马赫的载机上远距离、大范围、快速拍摄高分辨率侦察图像,并将拍摄图像通过数据链实时传送到地面站。该吊舱主要包括:全时远距离倾斜照相系统、双镜面/多频谱望远镜、电荷耦合器件(CCD)型探测单元的线列阵、红外探测器焦平面阵列、内嵌在照相系统中的惯性导航系统(INS)/全球卫星定位系统(GPS)装置、外挂管理单元(SMU);视频处理单元(VPU)。CONDOR2吊舱现在已经准备好安装在F-16战斗机上面。当进行从中空到高空的侦察时,在飞行中采集的图像能够随时记录在吊舱中或者实时传输到地面图像采集站以供分析和分发。机动地面站的设备包括跟踪天线、数据链传输设备、图像情报接收器、图像增强设备、存档以及硬拷贝(打印)和软拷贝(显示)设备。


(6)敏捷神鹰吊舱


敏捷神鹰吊舱是美国SRC公司根据美国空军研究实验室(AFRL)的需求研制的,其核心目标是采用基于人工智能的瞄准用机载计算机,并且具有硬件上的可扩展,低成本、小尺寸、重量轻和功率低等多方面优点。今年9月,通用原子公司(GS-ASI)在月初表示,MQ-9“捕食者”无人机已经开始了搭载该吊舱的飞行测试。

鉴于目前各类机载传感器能够获得海量侦察数据,但海量数据使得机载设备的信息存储、传输、处理和判断方面的压力日益增大。为此,敏捷神鹰吊舱给出的解决方案就是借助基于人工智能研制的机载任务处理计算机来对无人机所获取的海量信息进行前置处理:自动检测、筛选分类、标记出高价值、高威胁的战场区域和目标,并针对性地自主选择机载传感器来对这些优先级区域和目标做全面的重点的跟踪监视。与此同时,这部分关键信息数据会优先传回地面的控制站,并提醒地面人员做重点关注,而一些无价值的战场影像和其他数据等或是直接清除或暂存在机载设备中。通过该吊舱,机载通信系统的带宽得到了释放,避免了无人机与地面控制站间数据传输上的拥堵和延迟,更是会减轻地面操控人员处理战场信息的压力,缩短了无人机信息获取与地面人员的最后决策之间的时间差,地面人员可以有的放矢地做重点研判,信息研判决策的速度和效率上都得到了提高。另外,通过该吊舱,可以实时的对战场高威胁目进行的判定,如该功能与无人机的导航、飞控系统相结合,在发生无人机与地面控制“失联”的状况下,无人机依旧能自动规避战场上的高威胁区域、降低风险。

据SRC公司公开的信息,敏捷神鹰吊舱由吊舱外壳和内部机箱组合,使用空气冷却方式对电子设备进行冷却降温。而内部的机箱采用开放式架构,大量硬件设备采用成熟的商用货架产品。该敏捷神鹰采用吊舱的开放式、可拓展架构,不仅利于后续的快速升级迭代,而且也利于适配除MQ-9无人机外的其它的有人机和无人机平台。2020年9月3日,通用原子公司宣布,他们已经在MQ-9“死神”(无人机上成功集成该吊舱并进行了飞行测试,该飞行测试是为美国空军进行技术演示的其中一部分。

 


     (7)无人机多频谱瞄准系统(MTS)


     MTS系统是雷神公司为捕食者无人机系列研制的光电瞄准设备。它由转台单元(内部安装了惯性测量单元(IMU)和电子处理单元组成。转台单元内部装有红外/可见光电视、激光测距机、激光指示器和激光照射器,其内部还可提供多波长传感器,近红外和彩色可见光摄像机、照射器、人眼安全激光测距机、光斑跟踪器等一系列安装选项。

MTS吊舱系统采用雷神研制的局域图像处理技术(自动的图像优化技术),融合输出的图像信息量明显优于单一波段的图像,另外,它可以最大限度地显示图像信息,提高态势感知和远距离监视能力。吊舱内部的图像跟踪器具有重心、区域和特征跟踪模式。

MTS吊舱系统采用了先进的数字架构,提供了远距离监视、目标获取、跟踪、测距和激光指示功能,可用于AGM-114地狱火导弹、北约激光制导武器的制导目前主要装备美国空军的“捕食者”B(Predator B)无人机和其它多种飞机,它具备远程监视、目标捕获、跟踪和为“海尔法”空地导弹提供激光指示等多种功能。截止目前,雷神公司先后为“捕食者”和“收割者”无人机提供了一系列多光谱传感器。最新的是下一代雷神多光谱瞄准系统(MTS)AN / DAS-4。与其前身的多光谱瞄准系统AN / AAS-52,AAS-53,ASQ-228,DAS-1和DAS-2相比,DAS-4为精确坐标提供了更大的火控和目标定位精度技术,雷声公司在2016年4月赢得了AN / DAS-4的9000万美元的第一批生产合同。


三、电子战吊舱





     电子战吊舱主要用于协助载机完成所需的电子情报侦察、ESM、压制或自卫干扰等任务。于飞机本身的机载电子战系统相比,电子战吊舱具有现场可配置能力强,胜任多任务等显著优势,是目前国外大量主流军用飞机的标准配置。


     (1)AN/ALQ-99战术干扰吊舱


     AN/ALQ-99(V)战术干扰吊舱是美国海军和海军陆战队EA-6B “徘徊者”电子战飞机的主战装备,用来对作战目标进行电子攻击。该系统于1965 年年底开始研制。在其64MHz~40GHz 的干扰频率范围内,有针对性地完成特定的作战任务,对预警雷达、地面引导截击雷达以及地空导弹的探测雷达等实施有效干扰。该吊舱具有全自动、半自动和手动三种工作模式。在全自动模式,系统计算机对接收到的信号进行分选,选择合适的干扰响应,并启动干扰。在半自动模式,由计算机识别威胁,给出威胁的优先等级,由系统操作员选择特定威胁并启用相应的干扰。在手动模式,每一名操作员监控各自的频段,对威胁进行识别,并采取对应的干扰措施。AN/ALQ-99 电子对抗吊舱采用了宽频谱、多信道的数字化接收机和信号分集处理等技术,可以同时实现多路信号的精确定位和监视,根据信号分析对方雷达的类型和威胁程度,并采取多种最优手段对目标进行覆盖压制或欺骗干扰。

     自从20世纪70年代初以来,ALQ-99一直在役,在越南战争期间发挥了作用,已服役接近50年,也进行过改进和升级,但是即将被下一代干扰机(NGJ)所替代。


(2)AN/ALQ-184电子干扰吊舱



     AN/ALQ-184是一种可装载在F-16、A-10、F-111、F-15、A-7、C-130等多种平台上的自卫式电子对抗吊舱。这一系统采用罗特曼透镜多波束天线、信道化接收机、最新优化可编程技术及数字式微处理机、功率管理等先进技术,具有应答、转发式和噪声等干扰模式。功率大、反应快,可对付多个辐射源,能对导弹制导雷达、高炮瞄准雷达和机械扫描雷达实施有效干扰。对抗地空导弹、雷达瞄准火炮系统和机载拦截导弹。其最新升级增大了有效发射功率,缩短了干扰响应时间,提高了可靠性。相比于原西屋公司的AN/ALQ-131干扰吊舱,其具备更加强大的电子战能力。如多目标干扰能力更强,测向频率范围更广,具备更快的干扰切换速度等。在实际作战时,在对接收到的敌目标信号与干扰吊舱内数据库的信号数据进行比较后,一旦确认来袭目标为威胁目标,ALQ-184将根据预编程序自动而正确地做出反应,并实时地启动发射机,对威胁目标辐射源进行有效干扰;若同时出现两个以上目标威胁的辐射源,则启动吊舱内前后两端的相同发射机进行前向和后向千扰覆盖。


(3)AN/ALQ-249“下一代干扰机”


AN/ALQ-249“下一代干扰机”是美军目前着力打造的主流机载电子战吊舱产品。其核心是下一代干扰机(NGJ)研究项目。主要包括为EA-18G等电子战飞机研制配备的高、中、低三种频段的电子战吊舱。在原先选定的雷神公司的基础上,2018年10月,美国海军分别向L3公司和诺斯罗普·格鲁曼公司授予了价值3500万美元的合同,要求两家公司为EA-18G电子战飞机开发“下一代干扰机”低波段干扰吊舱(NGJ-LB)的原型样机。NGJ-LB干扰系统很可能使用有源电扫阵列(AESA)技术而非以前的定向天线,这将为EA-18G提供更大的灵活性和能力,可以在更远的距离上、更精确地同时干扰多个辐射源。雷声公司正在研制的NGJ-MB 吊舱同样也是基于AESA的系统。AESA所提供的高精度意味着干扰机不太可能误伤目标区域附近的己方辐射源。由于EA-18G是非隐身平台,要有效地支持其他空战飞机,深入敌方空域将越来越危险,所以作用距离也是非常重要的因素

在中频干扰机的研制上,去年9月3日,美海军航空系统司令部发布了首个工程与制造发展(EMD)型“下一代干扰机-中波段”(NGJ-MB)干扰吊舱配装EA-18G电子战飞机进行检查和试验的照片。9月6日,美国雷神公司也发布了类似照片。该吊舱于7月下旬交付到美海军航空系统司令部位于新泽西州莱克赫斯特的美海军航空场站。NGJ-MB是配装EA-18G电子战飞机的高容量、高功率机载电子攻击武器系统,增加了干扰能力,使EA-18G可在更理想的位置作战,为打击飞机和武器提供支持。该吊舱的架构和设计使之可在非常远的距离上操作,同时攻击多个目标,具有高级干扰技术。该吊舱的技术还可扩展到其他任务和平台。此前,雷神公司先后开展了大量的NGJ-MB的研制试验工作,2019年第三季度,该公司利用一架商用的“湾流”飞机挂装一个“主电源发电能力”吊舱,开展发电飞行测试工作。按照工程研制计划,雷神公司将一共交付15个工程研制型NGJ-MB吊舱,用于任务系统测试和鉴定;另外还将交付14个空气动力学吊舱,用于飞行性能认证。


(4)EL/L-8212和8222自卫干扰吊舱


以色列IAI和ELTA公司研制的EL/L-8212/8222是一种先进的自卫干扰吊舱。该吊舱采用的是宽频段覆盖范围、宽频带高功率输出以及可以选择的电子干扰的技术类型。因此,该对抗吊舱采用了以下多种可以供选用的配置方法,其中包括:特定的频段范围,高效的增强型接收机/处理机组件以及与特定的飞机航空电子设备相匹配的接口等。此外,还具备了飞行中对威胁参数和任务数据重新编程的能力以及平均故障间隔时间长、可靠性高等特点。目前已经在A-4、F-5、F-16、F-111、美洲虎、幼狮、Mig-21等战斗机上平台上进行了安装。

 

此外,以色列还研制了EL/L-8251随队干扰吊舱,该吊舱主要配合载机开展突防行动,它可对敌防空预警和火控雷达进行进行压制,能够覆盖1GHz~18GHz的频率范围,在密集的雷达辐射环境中能够有效地进行信号分选和目标识别。由于该吊舱采用了自带的冲压空气涡轮机提供所需功率,所以具有使用简单,对载机平台要求低的特点。