一文了解F-35战机红外光电系统

有没有想过，战斗机比如F-35是如何在黑夜里来无影去无踪的？

靠无人驾驶吗？

那如果有敌机跟进，或者导弹追踪如何躲避？

靠雷达探测吗？

如果碰到像歼-20这样的隐形战斗机如何发现？

既然歼击机需要在黑夜中出没，甚至常常在黑夜里出没，比如打击恐怖组织时，黑夜中出行更容易避开居民，更容易精确打击，因此黑夜里的视线尤为重要！

查询F-35官方资料，官方资料中介绍F-35有全方位、全天候的光电系统，简称:DAS和EOTS;

DAS是AN/AAQ-37 Electro-Optical Distributed Aperture System的简称，EOTS是AN/AAQ-40Electro-Optical Targeting System的简称。

F-35的DAS系统是Northrop Gruman公司提供，这套系统由6个红外搜索系统组成，形成360°全方位探测，只要你出现在F-35周围，F-35就能发现你，然后使用EOTS进行跟踪。洛克希德马丁公司说，下一代DAS会和雷神公司合作。

机载红外搜索系统包括IRST(Infrared search and track),红外搜索与跟踪和前视红外(FLIR,Forward Looking Infrared）,IRST系统目前被广泛的应用于第四代与第五代战机中。

要形成360°全方位探测，则需要在战斗机四周分布不同角度的红外搜索系统，根据F-35提供的资料，搜索系统安装的位置如下：

图片描述的比较简洁，通过战机图片来看看，这些搜索系统是什么样子。

首先，F-35对下前方的探测：

可以看到，在F-35下方有一个内置式的搜索系统。

将这个搜索系统拉近了看，外观是这样的：

如果将这个部件取下来，外观是这样的：

如果将上面的罩子去掉，里面是这样：

一个黑漆漆的盒子，什么都看不到，如果将盒子打开，可以看到里面的核心部件，盒子里的核心部件外观如下图：

搜索系统工作时空间示意图如下，搜索系统包括红外成像系统及激光定位系统：

除了前方的搜索系统，F-35机身还有5个探测系统，分别分布在机身的左右两侧：

照片中那个菱形玻璃就是侧面的红外搜索系统，它的作用主要是探测战斗机两侧的空间，将图片放大来看：

光学分布如下图：

对前上方的探测，通过F-35俯视图可以看到驾驶舱前方有通光孔，这部分红外探测前上方区域。

对下后方的探测不那么明显,处在战机腹部，晒个图。

为什么红外探测器可以探测到人眼看不到的物体呢？

是因为人的眼睛可见光谱窄，人眼可见光谱约为0.4-0.8um的光，也就是说如果自然界里的光不在这个范围内，人眼是看不到的。

比如100℃的开水，自然光下和凉水并没有什么区别，用红外探测器却可以检测到两者的区别，高温物体比常温物体辐射强度更高。

任何温度高于绝对零度物体都会对外产生热辐射，目标的红外热辐射与背景红外辐射的差别是红外探测的基本依据。

战机在高空中飞行，红外辐射在大气传输过程中会受到大气衰减作用的影响，大气的衰减产生的原因主要包括大气中分子的振动-转动吸收衰减、气体分子的的连续吸收和碰撞吸收、分子散射衰减以及气溶胶和液滴的吸收和衰减作用。

目前，对红外探测系统来说，主要的大气窗口有近红外(1μm-3μm)、中红外(3μm-5μm)、远红外(8μm-14μm)和超远红外(50μm-1000μm)，而军事用途的红外探测器的工作波段主要针对中、远红外这两个大气窗口。

红外探测的目标与背景并不是绝对的，在一定的情况下是可以相互转换的。就军用飞行器而言，一般都处于天空、太阳、地面等构成的背景 环境之中，探测器接收到的红外辐射就由目标自身的辐射和目标反射的背景辐射构成，这些辐射在经过大气吸收的衰减作用后最终达到探测器。因此，探测器所接收的红外辐射是目标与环境的相互影响、相互作用后的辐射强度。

下面是不同背景下飞机红外成像图：

同时，由于对探测物体所处的环境不同，比如探测海面的舰艇、探测沙漠中的坦克，由于空气湿度的不同，可选用不同波长的探测器。下图是不同波长红外成像的图片：

采用红外搜索系统来对地面的物体进行搜索，黑夜中的你，是下面这样的状态：

即使有树林的遮挡，依然无法阻挡红外跟踪系统定位到你：

那么，当F-35翱翔在天空，矢量涡扇发动机向外狂喷燃油时，战斗机温度比周围大气温度高，同时由于空气的摩擦，机翼的温度也比大气温度高，在黑夜中就能发现战斗机的存在了。

如果战机飞远一点看到的是这样：

在大雾天，红外探测器有穿越大雾的能力，这一点就有点牛逼了…

除了识别敌机，红外探测器另外的作用就是导弹告警，当20公里外的导弹发射，产生强大温差时，F-35便识别并告警，此时飞行员可以采取相应的措施摧毁导弹控制系统或拦截导弹。

红外搜索系统虽然很好用，是飞行跟踪首选利器，经历了什么样的发展？

IRST系统大致经历了三代的发展，第一代和第二代IRST系统都不具备焦平面成像功能，第三代 IRST 采用双波段探测，能够大幅度降低背景辐射对探测的影响，具备全方位成像探测功能。

目前第四代和第五代战机装备的IRST系统，在晴朗天气对喷气式飞机的迎头有效探测距离最远可达185km，高空尾向探测距离达可达330km以上。

战机的红外热辐射主要有两部分构成：

一方面是来自于航空发动机排气系统的热辐射，包含发动机高温热部件的红外热辐射和高温燃气尾喷流的红外热辐射；另一方面是来自于飞机的蒙皮的红外热辐射，包含蒙皮自身的热辐射和蒙皮反射环境的投入辐射两部分。

对战机的红外辐射研究表明：

（1）当飞机飞行 Ma 数较低时(如 Ma<1.5)，排气系统的高温热部件和高温燃气尾喷流的热辐射在3~5μm波段内对飞机红外辐射的贡献约占整个辐射的量的90％，成为红外制导武器探测装置的主要探测对象。

当飞机飞行Ma数较高时，蒙皮和热部件、高温尾喷流的辐射同样重要。如Ma>1.5，飞机蒙皮的辐射峰值正好处在8μm～14μm波段内，由于蒙皮面积非常大，其红外辐射量级不容忽视。

（2）排气系统红外热辐射主要集中于后半球空间，但高温燃气对飞机的前半球3μm-5μm波段内的红外辐射强度贡献约占10%。虽然排气系统尾喷流的红外辐射强度远低于高温热部件的红外辐射强度，但尾喷流的长度一般都是飞机长度的数倍，其红外辐射的能量甚至能够对飞机头向的红外辐射有所贡献，具有空间全方位的特性和独特的光谱特性。

此外，目前装备的红外寻的空空导弹的导引头大多数在 3μm-5μm 为工作波段。

随着航空技术的迅速发展和未来空战形势的变化，喷管的功能也发生了变化。如为提高飞行器的机动能力而产生了矢量喷管；为提高飞行器的生存能力，产生了二元喷管、 S弯喷管，用以减少或抑制飞行器的红外信号，起到提高飞行器生存力的作用。喷管对飞行器的作用已经从为飞行器提供推力，发展为在保证推力的同时，通过控制（抑制） 排气系统的红外辐射特征信号、雷达散射截面积和喷管噪声，改善飞行器红外隐身、雷达隐身以及声隐身能力，从而提高其生存力。

七、结论

随着军事对夜战的需求越来越多，IRST（Infrared search andtrack）系统在武器装备中应用将越来越多，除了歼击机，在陆战坦克、空空导弹中也常用到红外光电系统！