紅外空空導(dǎo)彈的原理簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是跟蹤目標(biāo)的紅外波段輻射，引導(dǎo)導(dǎo)彈實(shí)施攻擊。目標(biāo)溫度的不同，就會(huì)輻射出不同波長(zhǎng)的紅外信號(hào)。但很多紅外線信號(hào)會(huì)被大氣吸收，只有幾個(gè)衰減較小的波段可被實(shí)際利用。常用的波段為1－3、3－5、8－14微米（1000 微米=1毫米）三個(gè)波段，對(duì)應(yīng)的目標(biāo)溫度分別為1500K、900K和300K。K是開(kāi)氏溫度單位，稱“開(kāi)爾文”，即我們常說(shuō)的絕對(duì)0 度，0℃=273K。一般而言，在飛機(jī)上這三個(gè)溫度分別出現(xiàn)在使用加力時(shí)的尾噴口、正常尾噴口、飛機(jī)表面蒙皮三個(gè)部位。

     第一代紅外導(dǎo)彈多采用硫化鉛探測(cè)器，可探測(cè)的波段為1－3微米，也就是說(shuō)，僅可探測(cè)打開(kāi)加力的尾噴口這一類極高溫的目標(biāo)；二、三代紅外彈大都采用銻化銦為探測(cè)器，可探波段為3－5微米，可探測(cè)戰(zhàn)機(jī)的尾噴口以及戰(zhàn)機(jī)后段一類的目標(biāo)；隨著技術(shù)的發(fā)展，碲鎘汞探測(cè)器研制成功，它的探測(cè)波長(zhǎng)在8－14微米之間，基本上可以探測(cè)到戰(zhàn)機(jī)高速飛行時(shí)機(jī)體與空氣摩擦的溫度，即：從理論上可以探測(cè)戰(zhàn)機(jī)的各個(gè)部位，具備了迎頭攻擊的能力，從而使全向攔截成為可能。但每個(gè)碲鎘汞成像點(diǎn)的價(jià)格大約是1.6美元，一個(gè)128×128的紅外成像探頭共需16384個(gè)成像點(diǎn)，一個(gè)碲鎘汞紅外成像探頭的造價(jià)為25000美元以上，價(jià)格極為昂貴；成品率也較低，僅60%左右。受價(jià)格和工藝水品的限制，目前世界上還沒(méi)有任何一款紅外格斗彈采用碲鎘汞探測(cè)頭。 

    點(diǎn)紅外探測(cè)器即通過(guò)一個(gè)紅外探測(cè)器偵測(cè)目標(biāo)，早期導(dǎo)彈皆采取這種探測(cè)方式，優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格極低廉，缺點(diǎn)是目標(biāo)發(fā)現(xiàn)效率低，易被干擾。為了提高導(dǎo)彈的探測(cè)效能，凝視型紅外成像技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。簡(jiǎn)而言之，凝視型紅外成像技術(shù)就是把多個(gè)成像點(diǎn)集成為一個(gè)紅外陣列，通常是128×128個(gè)紅外成像元素的集合。通過(guò)多個(gè)熱成像點(diǎn)可以繪制出戰(zhàn)機(jī)的全貌，從而保證探測(cè)跟蹤的有效性，一般的干擾手段如紅外干擾彈等，只能干擾點(diǎn)紅外探測(cè)器和光機(jī)掃描陣列的觀測(cè)圖。新一代導(dǎo)彈中，只有俄羅斯的R-73采用四個(gè)十字排列的點(diǎn)探測(cè)器探測(cè)頭。而光機(jī)掃描陣列則是將成像點(diǎn)按128×4排列，進(jìn)行掃描，通過(guò)紅外偵測(cè)，不斷地將敵機(jī)熱信息輸入導(dǎo)彈，從而完成跟蹤引導(dǎo)。優(yōu)點(diǎn)是價(jià)格相對(duì)低廉，通常只有凝視型紅外成像探測(cè)頭價(jià)格的1/5左右。但發(fā)現(xiàn)目標(biāo)效率相對(duì)較低，也易被新一代紅外干擾設(shè)備干擾。目前，德國(guó)的IRIS-T和以色列的“怪蛇”4采用了這種探測(cè)頭。其他的先進(jìn)紅外空空彈，如AIM-9X、ASRAAM、“怪蛇”5等全部采用凝視型紅外成像探測(cè)頭。 

    但凝視型紅外成像也有技術(shù)上的缺點(diǎn)。如果成像頭視場(chǎng)過(guò)大，會(huì)導(dǎo)致很多目標(biāo)同時(shí)進(jìn)入，干擾引導(dǎo)頭的正常運(yùn)行。這個(gè)問(wèn)題對(duì)紅外引導(dǎo)頭的影響很大，并且隨著紅外引導(dǎo)頭靈敏度的增大而不斷增加，尤其是未來(lái)碲鎘汞探測(cè)器頭的普及，背景的物體會(huì)大量進(jìn)入成像器中，對(duì)導(dǎo)彈的數(shù)據(jù)處理功能是個(gè)不小的難題。解決這一難題目前有幾種辦法，一是采取多色偵測(cè)器，即能同時(shí)響應(yīng)2個(gè)或多個(gè)不同波段的偵測(cè)器，雙色可以是紫外線——紅外線的復(fù)合，也可以是紅外線——紅外線的復(fù)合。通常采用兩種不同的光敏材料制成，例如在銻化銦下方疊加一層碲鎘汞，從而理清目標(biāo)。另一個(gè)思路就是采用光機(jī)掃描陣列，可以提高響應(yīng)度，同時(shí)也可降低價(jià)格。目前，大多數(shù)近距紅外空空導(dǎo)彈的視場(chǎng)角被限制在1.5－4度。英國(guó)在ASRAAM導(dǎo)彈上采用了一個(gè)鏡頭裝置來(lái)提供可選擇的雙視場(chǎng)，寬視場(chǎng)有助于快速截獲目標(biāo)，窄視場(chǎng)則有利于追蹤目標(biāo)。

     導(dǎo)彈導(dǎo)引頭還受溫度的限制，需要對(duì)導(dǎo)引頭進(jìn)行冷卻，以保障其靈敏度。近幾年隨著加工工藝的提高，導(dǎo)引頭的工作溫度已提升到130K，降低了冷卻的難度。但隨著戰(zhàn)機(jī)降溫技術(shù)的提升，戰(zhàn)斗距離的增加，導(dǎo)彈飛行過(guò)程中降低引導(dǎo)頭溫度的任務(wù)還是任重道遠(yuǎn)。 

    推力矢量的應(yīng)用 

    近距紅外空空導(dǎo)彈作戰(zhàn)距離短，反應(yīng)時(shí)間短，對(duì)導(dǎo)彈本身機(jī)動(dòng)性的要求較高。為了提高機(jī)動(dòng)性，新一代紅外空空導(dǎo)彈紛紛采取了推力矢量技術(shù)，同時(shí)增加氣動(dòng)控制面來(lái)提高機(jī)動(dòng)性。 

    推力矢量技術(shù)廣大愛(ài)好者并不陌生，近些年來(lái)，許多戰(zhàn)機(jī)憑借這一技術(shù)達(dá)到了令人瞠目結(jié)舌的機(jī)動(dòng)性。目前推力矢量技術(shù)有兩種類型，即固定噴管和活動(dòng)噴管兩種，固定噴管軸向推力損失較大，但需要的控制功率不高，尺寸也比較小。而活動(dòng)噴管則相反，軸向推力損失較小，但需要的控制功率較高，尺寸也比較大?？湛諏?dǎo)彈受彈體大小的限制不可能采用活動(dòng)噴管，故目前的空空導(dǎo)彈全部采用固定噴管。固定噴管矢量推進(jìn)技術(shù)主要有兩種：一種是燃?xì)舛?，一種為擾流片。西方的 AIM-9X、IRIS-T、“米卡”等采用燃?xì)舛妫砹_斯的R-73則采用擾流片。燃?xì)舛娴膬?yōu)點(diǎn)在于推力損失較小，一般只損失8%－10%的推力，而擾流片一般會(huì)損失14%－15%；但擾流片能達(dá)到比較大的偏向角度。 

    紅外導(dǎo)彈在飛行段其實(shí)經(jīng)歷了兩個(gè)階段，第一個(gè)階段為動(dòng)力飛行階段，此階段依靠導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力前進(jìn)；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)燃料耗盡后，則進(jìn)入第二個(gè)階段，即依靠慣性飛行完成攻擊，此時(shí)導(dǎo)彈必須依靠氣動(dòng)控制面控制飛行。近幾年，導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)間有了較大的增加，取消氣動(dòng)控制面，全矢量飛行的導(dǎo)彈重新進(jìn)入了人們的視線。 

    美國(guó)?？哲娫?/span>1970年聯(lián)合研制過(guò)AIM－95A“敏捷”導(dǎo)彈，完全依靠推力矢量完成導(dǎo)彈的機(jī)動(dòng)。該導(dǎo)彈具備了全方位、高離軸鎖定等先進(jìn)功能，但終因造價(jià)和技術(shù)跨度大等問(wèn)題被取消。英國(guó)在上世紀(jì)70年代中期研制的“尾狗”也是純矢量推力設(shè)計(jì)，最終也因試驗(yàn)中暴露問(wèn)題較多被取消。這兩種導(dǎo)彈的主要問(wèn)題就是因?yàn)榘l(fā)動(dòng)機(jī)的限制，實(shí)際射程太短，AIM－95A在實(shí)驗(yàn)中射程只有5公里。當(dāng)今各種先進(jìn)近距紅外空空導(dǎo)彈中，只有英國(guó)人固執(zhí)地將“尾狗”的設(shè)計(jì)發(fā)揚(yáng)光大，自成一家，研制成功ASRAAM導(dǎo)彈。但目前空空彈的主流還是采用氣動(dòng)控制面和矢量推力混合的控制方法，兼取二者之長(zhǎng)。 

    新一代格斗導(dǎo)彈的機(jī)動(dòng)性能都有了較大的提高，目前基本可以達(dá)到50G左右的過(guò)載，而戰(zhàn)機(jī)的最大過(guò)載目前不超過(guò)9G?？此茖?dǎo)彈可以隨意攔截各種戰(zhàn)機(jī)，似乎只要被鎖定，戰(zhàn)機(jī)就無(wú)處可逃，實(shí)則不然。原因很簡(jiǎn)單，高速導(dǎo)彈在攔截高機(jī)動(dòng)目標(biāo)時(shí)，需要承擔(dān)更大的過(guò)載。比如一架飛機(jī)在高亞音速進(jìn)行8G機(jī)動(dòng)，3 倍音速的導(dǎo)彈則要進(jìn)行126G的機(jī)動(dòng)，才能追上目標(biāo)。實(shí)際作戰(zhàn)中，還受到各種因素的制約。這里引入一個(gè)概念，接戰(zhàn)目標(biāo)最大G值。所謂接戰(zhàn)目標(biāo)最大G值，通俗地說(shuō)，就是戰(zhàn)機(jī)做多大G的機(jī)動(dòng)即可擺脫導(dǎo)彈追蹤。比如美國(guó)的AIM-9M最大G值為35，俄羅斯R-73最大G值為40，看似差別不大。但在實(shí)戰(zhàn)中，AIM-9M接戰(zhàn)目標(biāo)最大G值為7，而R-73接戰(zhàn)目標(biāo)最大G值為12，相較之下，AIM-9M的攔截效率就低多了。

     STT與BTT

     傳統(tǒng)導(dǎo)彈的飛行控制中一般采取STT（Side-to-turn）側(cè)滑轉(zhuǎn)彎技術(shù)。它是在導(dǎo)彈本身姿態(tài)保持不變的情況下，垂直機(jī)動(dòng)和水平機(jī)動(dòng)單獨(dú)完成，導(dǎo)彈的機(jī)動(dòng)動(dòng)作可視為二種機(jī)動(dòng)單獨(dú)作用的結(jié)果，并且導(dǎo)彈本身不發(fā)生滾轉(zhuǎn)，最大程度確保導(dǎo)彈的穩(wěn)定性。但當(dāng)完成高機(jī)動(dòng)動(dòng)作時(shí)，由于側(cè)滑角度較大，給導(dǎo)彈帶來(lái)的阻力也較大，這樣就在導(dǎo)彈的尾部產(chǎn)生了一個(gè)不對(duì)稱的渦流，直接結(jié)果就是給導(dǎo)彈帶來(lái)了極大的不穩(wěn)定性，導(dǎo)彈極易失控墜落。從某種意義上說(shuō)，STT技術(shù)極大地制約了導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)性能的進(jìn)一步提高。

     BTT（Bank-to-trun）傾斜轉(zhuǎn)彎技術(shù)，最早在“流星”這一類采用固體火箭沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)的導(dǎo)彈上采用。當(dāng)導(dǎo)彈采用沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，彈體的升力面不對(duì)稱，為了保持進(jìn)氣效率和升力面的完整性，導(dǎo)彈在作機(jī)動(dòng)動(dòng)作時(shí)將一直進(jìn)行滾轉(zhuǎn)，保持氣動(dòng)升力面不變。通俗地說(shuō)，BTT控制模式，類似于飛機(jī)飛行中的控制方式。在這種控制模式中，導(dǎo)彈進(jìn)行高機(jī)動(dòng)動(dòng)作時(shí)可以采用不斷滾轉(zhuǎn)將側(cè)滑角度降到最小，從而使導(dǎo)彈尾部不對(duì)稱的渦流降到最小。它可以有效消除導(dǎo)彈大機(jī)動(dòng)飛行的不利影響，從而完成在STT下難以完成的機(jī)動(dòng)動(dòng)作。

     雖然BTT控制技術(shù)在克服導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)中尾部渦流問(wèn)題有較好的效果，但相較STT控制技術(shù)而言，瞬時(shí)機(jī)動(dòng)性還是存在不足。導(dǎo)彈雖然可以滾轉(zhuǎn)，但每次滾轉(zhuǎn)都給導(dǎo)彈本身的速度帶來(lái)極大的衰減，所以導(dǎo)彈在最后沖刺的末端制導(dǎo)階段還是應(yīng)以STT控制技術(shù)為主。近距紅外空空導(dǎo)彈攻擊距離較短，所以控制技術(shù)會(huì)得到越來(lái)越大的運(yùn)用。

     發(fā)射后截獲 

     傳統(tǒng)的紅外空空導(dǎo)彈需要在發(fā)射前捕獲并鎖定目標(biāo)。盡管導(dǎo)彈本身的射程較大，但受限于引導(dǎo)頭的工作距離，實(shí)戰(zhàn)中的發(fā)射距離遠(yuǎn)小于最大射程。隨著隱身戰(zhàn)機(jī)的發(fā)展，各種彈藥不再掛載于機(jī)翼下方，而是被放入機(jī)腹內(nèi)部的武器艙中。在武器艙中，紅外引導(dǎo)頭是無(wú)法工作的。即使在發(fā)射時(shí)，通過(guò)伸縮式掛架將紅外引導(dǎo)頭伸出武器艙，引導(dǎo)頭的大部分視角仍會(huì)被機(jī)體遮蔽，無(wú)法偵測(cè)到目標(biāo)。美軍測(cè)試F-22的武器發(fā)射時(shí)就遇到大量問(wèn)題，英國(guó)在F-35彈艙掛載了ASRAAM導(dǎo)彈，但發(fā)現(xiàn)對(duì)偵測(cè)目標(biāo)帶來(lái)極大的困擾，為此英國(guó)和美國(guó)意見(jiàn)分歧極大。

     除去武器艙的問(wèn)題不談，新一代戰(zhàn)機(jī)在高速和高機(jī)動(dòng)性方面都取得了長(zhǎng)足的進(jìn)展，尤其是無(wú)人機(jī)的出現(xiàn)，完全擺脫了機(jī)動(dòng)過(guò)載受駕駛員身體極限的限制。完全依靠紅外引導(dǎo)頭本身對(duì)目標(biāo)的引導(dǎo)能力已經(jīng)很難攔截這類高機(jī)動(dòng)目標(biāo)。而頭盔瞄準(zhǔn)技術(shù)的發(fā)展，空空導(dǎo)彈機(jī)動(dòng)性的提高，都對(duì)近距紅外導(dǎo)彈的制導(dǎo)提出了新要求。發(fā)射后截獲技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。

     發(fā)射后截獲技術(shù)簡(jiǎn)而言之，就是導(dǎo)彈發(fā)射前無(wú)需鎖定目標(biāo)，發(fā)射后，由載機(jī)的火控系統(tǒng)將目標(biāo)信息諸元快速計(jì)算并傳送給導(dǎo)彈，將導(dǎo)彈引入預(yù)定位置后，導(dǎo)彈引導(dǎo)系統(tǒng)再行開(kāi)機(jī)并完成攻擊。這一技術(shù)早在AIM-54"不死鳥(niǎo)"和F-14搭配時(shí)就曾進(jìn)行過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)踐。實(shí)際使用過(guò)程中，效果并不理想。主要是精度太差，導(dǎo)彈本身經(jīng)常脫靶。據(jù)信在俄軍最新的米格－31上也有類似的系統(tǒng)，使用效果不明。

    事實(shí)上，發(fā)射后截獲技術(shù)最大的瓶頸，目前主要集中在載機(jī)的雷達(dá)和火控方面。在發(fā)射后截獲模式下，雷達(dá)的精度就是導(dǎo)彈精度，火控系統(tǒng)的運(yùn)算效能就是導(dǎo)彈的攻擊效能。同時(shí)載機(jī)和導(dǎo)彈二者之間還需要一條雙向高速數(shù)據(jù)鏈保證信息的傳輸。目前在一些中程空空導(dǎo)彈上，發(fā)射后截獲技術(shù)已經(jīng)得到較好的運(yùn)用，包括預(yù)警機(jī)在內(nèi)的各種戰(zhàn)機(jī)都可為導(dǎo)彈提供信息，不斷修正導(dǎo)彈的飛行。近幾年隨著雷達(dá)和火控技術(shù)的不斷提高，發(fā)射后截獲技術(shù)也日趨成熟，可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，發(fā)射后截獲技術(shù)正向近距紅外空空導(dǎo)彈走來(lái)。

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