光电对抗中的烟幕技术

光电对抗中的烟幕技术
*许　波,时家明,汪家春,袁忠才
(解放军电子工程学院,安徽合肥230037)[摘要]阐述了烟幕在光电对抗中的作用和干扰机理,介绍了对抗可见光、红外和激光的三种烟幕
的典型组份,简介了烟幕器材,并指出了今后的发展趋势。

[关键词]烟幕;光电对抗
[中图分类号]TJ 413 [文献标识码]A
1　前　言
烟幕通常由烟(固体微粒)和雾(液体微粒)组成,属于气溶胶体系,是光学不均匀介质,其分散介质是空气,而分散相是具有高分散度的固体和液体微粒,如果分散相是液体,这种气溶胶就叫做雾;如果分散相是气体,这种气溶胶就叫做烟。

有时气溶胶可同时由烟和雾组成。

利用烟幕可以形成干扰屏障,可见光、红外辐射和激光在通过烟幕时被散射、吸收而衰减,从而达到遮蔽目标的作用。

烟幕可以显著削弱现代光电侦察设备和光电制导武器的效能,同时烟幕器材的成本也相对较低。

实践证明,价值几百美元的烟幕剂,就可以使价值几千乃至几十万上百万美元的武器装备失去作用,因此,烟幕是一种高效费比的技术手段,也是光电对抗中最实用、最有效的手段之一。

[1]
2　烟幕的干扰机理
当光辐射通过烟幕时,由于光波波长、烟幕微粒的大小、形状、表面粗糙程度和光学性质的不同,烟幕微粒将对光线产生折射、反射、衍射和吸收。

综合的效果将使透过烟幕的光的强度比进入的光的强度要小。

散射和吸收是造成光衰减的基本原因。

根据烟幕对光能量衰减的机理不同,可将其分为散射型和吸收型[2]。

散射型烟幕是由无数个小灰体组成的悬浮微粒云,它们较长时间悬浮在空中,使光线向各个方向发生偏折。

烟幕对光的散射作用是由烟幕微粒内部的折射、烟幕微粒表面的反射、衍射和其他原因造成的。

照射在烟幕任何一个微粒上的入射光被其向各个方向散射,该散射光又照射到邻近的微粒上,从这些微粒上被二次散射,继而发生第三次到多次散射,这样,烟幕的微粒不仅被最初的入射光照亮,又被其周围各微粒多次散射的光照射。

总的效果是使沿原入射方向上的来自目标的光辐射能量减少。

于是目标便难以被对方发现,从而达到遮蔽的效果。

吸收型烟幕对光线有强烈的吸收作用,一部分是分散介质(空气)的吸收作用,另一部分是分散相(烟幕微粒)的吸收作用。

后一部分的作用是主要的。

吸收型烟幕可以看成相当于无数个直径为3～100 m 的小灰体停留在大气中,这些小灰体对入射光有强烈的吸收作用,并使得自身温度升高,然后再向外辐射,但辐射出去的光波大于原来的入射波长,同样使得目标得以遮蔽或保护。

微粒对光的吸收遵循Lambert-Beer 定律:
!(x )= i (0)exp(-∀ #x )
式中:
!(x )——在烟幕中传播距离x 后的光谱辐射通量; i (0)——在x =0处的光谱辐射通量;∀——烟幕的质量密度; #——烟幕微粒的光谱质量吸收系数。

・78・弹箭与制导学报2002年 收稿日期:2001-12-10作者简介:许波(1977—),男,安徽芜湖人,硕士研究生;主要研究方向:光电对抗技术。

由上式可以看出微粒对光的吸收与烟幕的光谱质量吸收系数、微粒的质量密度、光通过烟幕的厚度(光程)之间有定量的关系。

如果同时考虑微粒对光辐射的散射和吸收作用,则只需将上式中的 #换成光谱质量消光系数
e 。

可见,烟幕的质量消光系数、密度和厚度越大,对光的衰减也越大。

光通过烟幕时的衰减,使定向透射系数变小,透明度和对比度降低,不易发现目标,这是烟幕能起到遮蔽干扰作用的主要原因。

3　烟幕的分类
3.1　对抗可见光的烟幕
电视制导武器、微光夜视仪及大部分光电侦察设备的工作波段都位于可见光部分,即 =0.38～0.75 m 。

在这一波段,要充分利用气溶胶的散射作用。

对抗可见光的烟幕剂通常有黄磷、赤磷等。

也可采用彩色烟幕,它能使目标与背景融合在一起,不被可见光侦察设备发现。

如绿色伪装烟幕对在森林中隐藏的坦克和装甲车辆等有很好的伪装效果。

3.2　对抗红外的烟幕
3.2.1　热烟幕
热烟幕在形成时通常伴随化学反应,并且发出热量。

按其组分又可分为HC 型、改进的HC 型和赤磷型。

HC 型烟幕剂是指包含金属粉和有机卤化物的烟幕剂,而改进的HC 型烟幕剂是在HC 型烟幕剂中在加入一些红外活性物质,这种烟幕剂的特点是通过氧化剂和还原剂反应产生高温,在反应过程中产生许多细小的碳粒,从而增强对红外线的遮蔽。

国外专利报道了一种改进的HC 型烟幕剂的组成:30%的六氯乙烷、30%的蒽和40%高氯酸钾。

其中高氯酸钾为氧化剂,六氯乙烷一方面作为氧化剂,另一方面作为碳粒源,蒽是碳粒源,在不完全燃烧时产生直径大于5 m 的碳粒,并且呈絮状,能在静止空气中长时间悬浮。

赤磷型烟幕剂是以赤磷为基础再添加某些红外活性物质构成的。

3.2.2　冷烟幕
冷烟幕的形成通常只包含物理过程。

冷烟幕按照其成份的性质可分为固体型和液体型两大类。

固体型冷烟幕的材料大体包括以下几类:
(1)金属粉。

这些金属粉通常应是鳞片状的,用得较多的有黄铜粉、青铜粉、铝粉等。

为防止金属粉末在贮存和运输过程中结团而导致使用时分散性及悬浮性不好,可加入一些分散剂。

(2)无机和有机粉末。

常用的这类粉末有石墨、滑石粉、高岭土、硫酸铵、碳酸钙、高氯酸钾、六氯乙烷、氯丁橡胶、氯化萘及碳氟化合物等。

(3)表面镀金属的颗粒。

包括表面镀金属的实心球、表面镀金属的空心球和表面镀金属的薄片。

在介质表面镀金属可以增强其红外衰减性能,这是因为金属膜增加了单个粒子的散射衰减。

液体型冷烟幕通常包括水、硫酸铝水溶液以及一些液体有机化合物。

它要求组份溶点低,沸点高,腐蚀性、毒性和刺激性小。

因此在实际使用中应根据不同的使用环境加以仔细选择,当材料的物理性能达不到要求时,需要采取措施改善其性能,例如加入防冻剂降低其凝固点等。

3.3　对抗激光的烟幕
对抗激光的烟幕可以分为两大类:一类是对抗可见光激光和近红外激光的烟幕,另一类是对抗中、远红外激光的烟幕。

目前主要对抗的是1.06 m 和10.6 m 的军用激光系统。

对抗可见光激光和近红外激光的烟幕的制备原料主要有六氯乙烷、四氯化钛、三氧化硫、四氯化硅等。

HC 发烟剂、W P 发烟剂、FS 发烟剂、
雾油等是比较典型的这类烟幕剂。

对抗中、远红外激光的烟幕的制备原料主要有乙烯、丙烯、二甲基乙醚等(当然也可采用对抗中、远红外的固体粉末烟幕)。

它们对激光的吸收能力强(约为大气吸收的100万倍),且不易燃烧。

其中一些烟幕的性能如表1所示[3]。

・
79・　第22卷第2期光电对抗中的烟幕技术　许　波等
表1　10.6 m 波段的激光对抗化合物的性能
化合物分子式吸收系数(T o rr -1cm -1)
易燃性毒性一般特性乙烯C 2H 4 1.5×10-3
是窒息性无色,无有害气味,烯族烃反应丙烯C 3H 6 1.75×10-
3是窒息性无色,烯族烃反应二甲基乙醚C 2H 6O 1.89×10-
3是麻痹性无色,醚性气味氟氯烷CCl 2F 28.1×10-4否几乎无无色,轻微气味,热稳定
4　烟幕器材
1)发烟弹药。

它包括:武装直升机自卫用的抗光电制导榴弹、海上舰船自卫用的发烟弹和发烟罐、陆地上坦克装甲车辆自卫式发烟弹以及各类射程各异的发烟炮弹。

2)发烟器。

它可以用压力或气流施放,如利用喷雾器或低空慢飞的飞机像喷洒农药那样在威胁源与被保护目标之间形成烟幕,也可以通过加热汽化再冷凝的办法使液体干扰剂形成烟幕雾滴。

5　烟幕技术的发展趋势
烟幕技术的发展应着眼于现代高技术战争,烟幕剂的研制应着重于多波段的遮蔽能力,烟幕器材应向着多元化、系列化方向发展。

现有的烟幕剂多在可见光至近红外波段,为适应对抗多波段侦察和制导的需要,烟幕应由可见光、近红外波段向覆盖中、远红外波段甚至毫米波波段发展,以实现全波段遮蔽与干扰能力。

例如,用硼、亚硝酸钾和三氧化钛组成的混合烟幕,可遮蔽可见光至远红外波段的辐射并有很强的衰减能力[5]。

为了适应现代战场复杂环境的需要,烟幕器材要向多元化、系列化方向发展。

为了对抗光学侦察和制导武器,必须向受到其威胁的各种目标提供多样化的烟幕器材。

在实践应用中,具体要考虑的就是烟幕对抗的距离远近和遮蔽目标的面积大小。

例如,对抗较远的光学侦察和制导武器,可发射装有烟幕剂的榴弹和迫击炮弹;对抗逼近的制导武器,可以使用发烟面积大的发烟系统来充分迷茫制导武器的视场。

[参　考　文　献]
[1]　何友金,陆斌等.光电对抗[M ].北京:海潮出版社,2000.
[2]　周刚,高东华,马颖.烟幕对光电侦察效果的影响及战斗使用原则[J ].锦州:光电对抗与无源干扰,1995,(1).
[3]　孙晓泉,吕跃广.激光对抗原理与技术[M ].北京:解放军出版社,2000.
[4]　周金琴.抗红外烟幕技术的发展趋势分析[J ].西安:弹箭与制导学报,1993,(4):71-75.
[5]　施德恒,许启富等.红外烟雾述评[J ].昆明:红外技术,1997,(3).Smoke Technology in Electro -Optical Countermeasure
XU Bo ,SHI Jia-m ing,WA N G Jia -chun,Y U A N Zhong -cai
(Inst itur e of Elect rical Engineer ing ,PL A ,Hefei 230037,China )
Abstract :T he functio n and inter fer ing mechanism o f smoke in electro -o pt ical co unter measure ar e r eview ed .T ypical components of smo kes scr eening v isible lig ht,infrar ed and laser a re int ro duced.T he smo ke equipments are also intr oduced.T he dev elo ping tr ends ar e po inted o ut.
Key words :smo ke ;electr o -optical counter measur e ・80・弹箭与制导学报
2002年　。