出鞘:從客機誤擊事件談敵我識別設備的發展

2020-12-22 新浪軍事

在過去一周,伊朗經歷了從復仇的狂歡到誤擊客機的尷尬,魂斷德黑蘭的烏克蘭波音737客機不但成為美伊緊張關係的犧牲品,更是讓人對伊朗裝備的俄制「道爾」-M1防空系統產生疑問。為何這款性能尚可的野戰防空系統會成為擊落民航客機的元兇?這就要從敵我識別(IFF)設備說起了。

在敵我識別(IFF)技術發展的早期,由於交戰距離近,通過肉眼就能識別敵我, 所以早期的飛行器的敵我識別主要通過塗裝和機徽進行。一戰時期,李希特霍芬把自己駕駛的信天翁D-III戰鬥機塗成紅色,成為「紅男爵」外號的由來,他所在的第11戰鬥機中隊也在隨後把飛機全部塗成紅色,大大方便了空戰中的敵我識別,提高了空戰自由狩獵的效率。

二戰時期,戰鬥機的速度大大提升,各國空軍/陸海軍航空隊為了解決識別敵友的問題,除了製作詳細的飛機識別手冊,還在自家的作戰飛機上應用獨特的識別塗裝。並且儘量降低機徽出現雷同的可能性。納粹德國空軍標誌性的黃頭塗裝就出現在這一時期,盟軍(主要是美軍)在進行諾曼第登陸時為了避免發生誤擊,也在作戰飛機的機翼和機身塗上了標誌性的條紋塗裝,避免被過度緊張的己方高炮部隊誤擊。英國參加太平洋戰爭後,為了避免與日軍機徽混淆,還特意取消了「靶子」機徽中的紅心。美制P-51戰鬥機剛剛送到英國的時候,因為與Bf109相似的側面輪廓,經常被不明覺厲的高炮部隊誤擊,後面花了很大功夫才解決敵我識別問題。

與一戰不同的是,二戰中出現的大規模夜間空戰,對敵我識別提出了全新的要求,在漆黑的夜間,難以通過塗裝和機徽區分敵我。更要命的是隨著雷達的廣泛部署,敵我雙方的飛行器在雷達屏幕上呈現的都只是一些毫無特徵的斑點。就在二戰剛剛爆發的1939年9月6日,一隊颶風戰鬥機在凌晨飛越埃塞克斯海岸時被自家的噴火戰鬥機攔截,兩架颶風被擊落,一名飛行員陣亡。這是英國空軍在二戰中擊落的第一架飛機。這場誤擊事件隨後加速了世界上第一款敵我識別系統的開發。

早在部署著名的「鏈條家園」雷達系統時,英國人已經考慮到了敵我識別的問題。英國第一代敵我識別系統由物理學家沃森·瓦特於1939年研製成功,被稱為MARK I 系統,該系統主要由與雷達同步工作的詢問機和飛機上的應答機構成。應答機在接收到自家雷達的信號後,會自動將信號放大並發送出去,與雷達回波幾乎同時到達,顯著增強雷達屏幕上斑點的亮度,從而達到識別敵我的目的。經過改進的MARKII系統增加了一系列單獨的調諧器,可以匹配更多的己方雷達,成為盟軍第一種大量使用的IFF設備。隨後英國人有開發了第一代的詢問/應答式IFF設備MARKIII,解決了MARKII在新型微波雷達投入使用後難以自動響應的問題,成為盟軍在二戰時期主要裝備的敵我識別設備。隨後MARK系列在不斷進化後,最終成為北約各國的通用標準。

二戰時德國也同樣開發出了自己的敵我識別設備,1941年投入使用的FuG25a敵我識別應答器是第一種成熟的詢問/應答式IFF設備。裝備了德國空軍的幾乎所有作戰飛機,與「弗萊雅」和「維爾茨堡」雷達結合,構成了一個完善的防空作戰體系。FuG25a由發射/接收裝置以及生成識別代碼的控制單元組成,可以向地面雷達站發送特定的識別代碼,雷達操作員收到正確的應答信號後即可將載機識別為友機。並且代碼每天都會更改,從而提供了很高的安全性。在這套系統投入使用後,對德國展開夜襲的英國轟炸機受到了不小的損失。

然而在1944年,一架裝備了FuG25a的Ju88C夜間戰鬥機在蘇格蘭被盟軍俘獲,盟軍隨即對FuG25a進行破解和仿製並裝備在「蚊」式戰鬥轟炸機上,在夜間定位並獵殺對山寨版FuG25a的詢問進行應答的德國夜間戰鬥機,使德軍夜間戰鬥機的損失激增。同時FuG25a的頻率也在盟軍空襲時受到壓制,找不到解決辦法的德國人只能下令禁用這一設備。

到了韓戰時期,英國人最早開發MARK系列敵我識別設備已經成為盟軍的標準敵我識別設備。此時改進型的MARK X 系統已經加入了選擇性識別功能,在敵方不知道正確密碼的情況下不會進行響應,避免重演FuG25a的悲劇。然而這套系統的推廣並不順利,參戰的聯合國軍許多艦機仍然在使用二戰時的MARK III型,暗中支援中朝兩國的蘇聯在二戰時同樣也得到了500套MARK III型敵我識別器,使得聯合國軍受到很大困擾,1950年,參戰的英國海軍「哈特」號驅逐艦在受到中朝空軍空襲後,不分青紅皂白地向附近的兩架美軍P-51戰鬥機開火,使得美軍一度下令即使收到正確應答信號也要目視確認目標再開火。

到了越南戰爭時期,美軍F-4戰鬥機儘管裝備了APX-76和「戰鬥樹」敵我識別系統,但受限於目視識別目標的思維,這些系統並沒有發揮應有的作用。而且美國海軍的F-4為了節約成本並沒有裝備「戰鬥樹」,使得F-4戰鬥機裝備遠程雷達和「麻雀」中距彈的優勢完全無法發揮。越戰的空中戰場幾乎被各種混亂的狗鬥所佔據。美國人甚至專門開發了AIM-7E2「狗鬥麻雀」,將「麻雀」的最小發射距離降低到300米,當成一款格鬥彈來使用。然而不靠譜的「麻雀」還是在海南島上空面對前來攔截的中國殲-5戰鬥機的時候發生了擊落友機的事情。

IFF設備第一次發揮重大作用是在兩伊戰爭期間,伊朗空軍的F-14裝備了APX-81E型敵我識別系統,這是美軍F-14自用的APX-82的簡化版,只能識別蘇制飛機,這也是「波斯貓」少數被閹割的地方。該系統通過不斷向周圍發射問詢信號,觸發蘇機的IFF獲得應答信號,可以由應答信息得知蘇制飛機的型號、速度、高度、航向甚至油量等信息,連續測定可以得知敵機相對於本機的大致方位。使得「波斯貓」能夠從容獵殺伊拉克的米格飛機。事實上IFF設備在這一時期已經成為空戰的關鍵設備,在別連科叛逃事件發生後,蘇聯緊急為作戰飛機更換了新的敵我識別器。

到了海灣戰爭時期,美軍已經廣泛裝備了基於MARK XII標準的各類敵我識別系統,包括APX-78、APX-100等。MARK XII標準詢問頻率1030MHz,應答頻率1090MHz,擁有4種通信模式,模式3為軍民兩用模式,與客機安裝的應答機類似,模式4是加密識別模式,通過特定加密算法和不斷更新的密鑰防止信號被破譯或偽造。同時美軍在這一時期還發展了非合作目標識別(NCTR)技術,與常見的詢問/應答式IFF系統不同,NCTR技術主要基於機載雷達,通過對雷達回波的分析,檢測不明飛機發動機葉片旋轉時引起的都卜勒頻移,從而通過不同發動機的回波特徵確定不明飛機的型號甚至子型號(蘇-57:我太難了)。NCTR與新型IFF設備的組合,使得美軍在海灣戰爭時期有效避免了誤擊事件的發生。同時,現代飛機不斷進化的紅外搜索跟蹤系統也為敵我識別提供了新的途徑。F-35戰鬥機的EOTS系統已經能夠提供遠在75公裡外的F-16戰鬥機的清晰紅外圖像,即使保持無線電靜默也能在遠距離辨識不明飛機的型號。

除了在軍用飛機上開花結果,敵我識別系統也在上世紀80年代衍生出了用於民用飛機的類型。但這套系統的出現也並沒能杜絕誤擊客機事件的發生。比如美國宙斯盾系統目前唯一的一次實戰戰果——伊朗航空655航班就在安裝了民用IFF系統的情況下被美軍擊落。據事後調查,美軍文森斯號巡洋艦在655航班起飛後不久就收到了來自該航班的模式3 IFF信息,且雷達系統也現實該機正在爬升。然而美軍依舊將其標記為伊朗空軍的F-14並最終將其擊落。事後,艦上的美軍試圖掩蓋這一嚴重問題,統一口徑聲稱當時雷達顯示這架飛機正在俯衝,且巡洋艦僅接到了專用於軍事用途的模式2 IFF信息而非軍民兩用的模式3。不過通過這些事後調查,我們也不難發現,1988年的這次誤擊事件,與其說是設備有問題,不如說是美軍玩忽職守造成的「人禍」。

因此,這一事件也並未導致IFF設備在民航領域的推廣受阻。目前,所有民航客機都裝備了用於識別的二次雷達應答機,能夠根據詢問機發出的識別信號回報自己的位置和高度,主流軍用敵我識別系統也都兼容民用應答機的信號。同時民用飛機的防撞系統也是基於應答機發射的信號來確定雙方飛機之間的距離。在1月8日被擊落的烏克蘭波音737客機上就安裝了洛克韋爾·柯林斯公司生產的TPR-720應答機。然而根據伊朗方面的說法,在烏克蘭客機的航線經過彈道飛彈工廠時,伊朗道尓-M1防空系統的1L24-5詢問機沒能正確識別航班,同時電臺未能與這架客機取得聯繫,最終釀成慘劇。

事實上,在1988年的655航班誤擊事件之後,誤擊民航客機的事件仍時有發生,如2001年烏克蘭擊落西伯利亞航空1812航班、2014年烏東武裝擊落馬航17航班等。作為這些誤擊事故的共同點,攻擊一方均使用了俄制的防空飛彈系統,因此,與俄制IFF設備恐怕與這些誤擊事件有著脫不開的關係。(作者署名:Ajax)

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