Các loại tên lửa không-đối-không hiện đại của phương Tây

[spetsnaz GRU]

MIM-72 Chaparral/M48/RIM-72 Sea Chaparral

Vào cuối những năm 1950, quân đội Hoa Kỳ đặt ra yêu cầu về một hệ thống tên lửa phòng không tầm ngắn mới-hoàn toàn cơ động (FAAD – Forward Area Air Defense). Hệ thống phòng không thuộc dự án này được chỉ định với tên định danh MIM-46 Mauler. Dự án này nhanh chóng gặp phải nhiều khó khăn, để thay thế cho Mauler, quân đội Hoa Kỳ đã phát triển một hệ thống phòng không khác, MIM-72 Chaparral, dựa trên loại đạn tên lửa AIM-9D, vốn đã được kiểm nghiệm hiệu quả trên thực tế. Đề xuất RIM-46 Sea Mauler cũng được thay thế bởi RIM-72 Sea Chaparral, nhưng cuối cùng, Hải quân đã lựa chọn RIM-7E Sea Sparrow. Hệ thống M48 Chaparral được thiết kế trên khung gầm xe chở quân bánh xích M113, mang theo 4 đạn tên lửa, triển khai trên một bệ phóng xoay. Tên lửa nhận lệnh bắn thủ công thông qua việc bám sát mục tiêu bằng mắt thường, điều khiển bệ tên lửa đến hướng mục tiêu, đợi đầu dò của đạn khóa được mục tiêu. Hệ thống này không thích hợp để chiến đấu với mục tiêu là trực thăng đang bay treo sau các vật cản. Chaparral phục vụ tích cực trong quân đội Mỹ từ năm 1969 cho tới 3/1990. ARNG đã đưa ra khỏi hoạt động khẩu đội Chaparral cuối cùng vào 8/1996.





Các biến thể:
MIM-72A: thế hệ 2
MIM-72B: tên lửa huấn luyện
MIM-72C: biến thể nâng cấp: thế hệ 3 với khả năng tấn công mục tiêu từ mọi hướng. Được sản xuất giữa những năm 1976 và 1981. Đi vào phục vụ từ 11/1978. Tầm bắn được nâng lên 9000m.
MIM-72D: một mẫu thử nghiệm phiên bản D, sử dụng đầu đạn từ phiên bản C với đầu dò từ phiên bản A, nhưng không được triển khai.
MIM-72E: thế hệ 3, sử dụng đạn tên lửa của biến thể C nhưng với động cơ ít khói M121.
MIM-72F: thế hệ 3 với tên lửa mới, sử dụng động cơ ít khói nâng cấp M121.
MIM-72H: thế hệ 3, biến thể xuất khẩu của MIM-72F
MIM-72G: thế hệ 4, sử dụng đầu tự dẫn AN/DAW-2 dựa trên đầu dò của FIM-92 Stinger đảm bảo khả năng kháng nhiễu cao hơn. Đầu tự dẫn này được lắp đặt trên toàn bộ số đạn tên lửa của Chaparral vào cuối những năm 1980. Loại đạn mới được sản xuất giữa những năm 1990-1991.
MIM-72J: thế hệ 4, biến thể giản lược tính năng phục vụ xuất khẩu của MIM-72G.







RIM-72C trên khu trục lớp Kang Ding (La Fayette) của Đài Loan

[spetsnaz GRU]

RIM-116 Rolling Airframe Missile - tên lửa thân quay

Tên lửa đất đối không tự dẫn hồng ngoại khối lượng nhẹ được sử dụng chủ yếu với vai trò của hệ thống phòng không phòng thủ điểm, chống lại các loại tên lửa hành trình chống hạm. Tên của loại tên lửa này được đặt theo đặc điểm tự quay quanh trục dọc của đạn, nhằm đảm bảo ổn định quỹ đạo bay. Nguyên bản Block 0 được chế tạo dựa trên động cơ, đầu nổ và ngòi nổ của AIM-9 Sidewinder. Đạn tên lửa thuộc Block 0 trong giai đoạn đầu của quỹ đạo bay được dẫn hướng theo nguồn phát bức xạ chủ động từ mục tiêu (ví dụ như radar của một tên lửa chống hạm đang bay tới). Giai đoạn cuối, đạn được dẫn hướng bằng đầu dò hồng ngoại, tương tự như loại sử dụng trên FIM-92 Stinger của General Dynamics. Trong các bài bắn thử, đạn tên lửa thuộc Block 0 đạt hiệu suất tiêu diệt mục tiêu lên đến trên 95%.

Bắn thử hệ thống RIM-116 RAM từ tàu đổ bộ tấn công LHD-5 tháng 3 năm 2001




Hình vẽ đạn RIM-116

SMOKEWINDER

Smokewinder không phải là một biến thể của Sidewinder mà là một thiết bị tạo khói sản xuất bởi Sanders Smoke Technologies, có thể gắn trên các ray phóng tiêu chuẩn mà tên lửa Sidewinder sử dụng. Mỗi thiết bị Smokewinder là một hệ thống hoàn chỉnh, có thể tạo ra làn khói dày đặc trong vòng 7 phút. Bên trong thiết bị có chứa 1 gallon (4,5 lít) gasoline và 6 gallon (23 lít) dầu tạo khói. Gasoline được bơm tới một họng ở buồng đốt, nơi đây, nó được trộn đều với không khí áp suất cao. Một tụ điện sẽ phóng điện đốt cháy liều dẫn theo đốt cháy chốt phát lửa, lượng gasoline và không khí bị đốt tạo ra nhiệt năng làm bay hơi dầu tạo khói. Dầu được bơm tới một buồng ngăn để giải phóng lượng khói ra ở cuối thiết bị. Smokewinder được treo tại các giá phóng được sử dụng cho đạn tên lửa Sidewinder mà không cần bất cứ thay đổi gì và có cùng vị trí điều khiển, khối lượng và kích thước tương tự đạn Sidewinder.

F-16 Fighting Falcon với Smokewinder

[spetsnaz GRU]

Thưa các bác, đến đây em đã trình bày xong về cấu tạo cơ bản, tính năng và các biến thể của dòng tên lửa không đối không AIM-9 Sidewinder cùng các hệ thống vũ khí, khí tài có liên quan. Trước khi đi vào nghiên cứu các dòng tên lửa không đối không tiếp theo, em xin được viết một bài để làm rõ hơn về bộ điều biến quang hay được sử dụng trên các đạn tên lửa đối không tìm nhiệt, các đặc điểm hoạt động và ảnh hưởng của các loại nhiễu hồng ngoại đối với hệ thống đầu dò này.

ĐẦU DÒ SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU BIẾN QUANG

Đầu dò sử dụng bộ điều biến quang là một hệ thống quang học sử dụng phổ biến nhất trên các đạn tên lửa tầm nhiệt truyền thống. Được phát minh bởi người Đức trong giai đoạn cuối của cuộc Chiến tranh Thế Giới lần thứ II, đầu dò điều biến quang cung cấp một phương pháp hiệu quả, cho phép sử dụng một phần tử tìm kiếm duy nhất để tính toán độ lệch hướng của một mục tiêu điểm nằm đâu đó trong hệ tọa độ góc của trục đầu dò, vùng tìm kiếm hình côn trước mũi đạn được gọi là trường quan sát (thị trường tìm kiếm) của đầu dò.


Kỹ thuật này dựa trên ý tưởng về một thiết bị quang học, cắt quang thông (thông lượng ánh sáng) đi tới đầu dò, với hình dạng đặc trưng của các xung ánh sáng bị cắt biến thiên phụ thuộc vào vị trí của nguồn ánh sáng trong thị trường tìm kiếm. Phần tử cảm biến sẽ tạo ra các xung tín hiệu điện tương ứng với quang thông truyền tới, dựa vào đó, hệ thống điện tử sẽ thiết lập được sai số vị trí mục tiêu trên trục tọa độ x/y, phục vụ thiết lập lệnh điều khiển, tự động dẫn hướng đạn tên lửa tới công kích mục tiêu.

Hình vẽ mô phỏng hoạt động của bộ điều biến quang

Hướng thiết kế đơn giản nhất để thiết kế một đầu dò sử dụng bộ điều biến quang xoay là áp dụng kỹ thuật điều biên (điều biến biên độ - Amplitude Modulation), tương ứng với đó đầu dò này được gọi là đầu dò điều chế biên độ (AM seeker). Trong thiết kế của một đầu dò AM truyền thống, ánh sáng thu được qua một hệ gương sẽ được hướng tập trung vào một điểm trên cảm biến. Nằm giữa cảm biến nhạy sáng và hệ quang học là một đĩa xoay làm bằng vật liệu thấu quang (cho ánh sáng đi qua), trên bề mặt đĩa thấu quang này có khắc những vùng cản quang để làm ngắt quãng quang thông hồng ngoại.

(còn tiếp)

[spetsnaz GRU]

Chú thích cho hình bài trước:


Hình 1: đĩa điều biến A giúp tách biệt tín hiệu mục tiêu và nhiễu nền hồng ngoại:
   Việc cắt ánh sáng sẽ dẫn đến kết quả là ta thu được nhiều tín hiệu đầu ra khác nhau đối với mục tiêu và đối với nền nhiễu do mây. Xung tín hiệu tương ứng với mục tiêu có thể dễ dàng phân biệt được với các xung gợn tương ứng với đám mây (với một bộ lọc tín hiệu dải hẹp lọc tần số xung). Như vậy, ta có thể phân biệt được mục tiêu và nhiễu nền.


Hình 2: đĩa điều biến B giúp định hướng mục tiêu:
   Mỗi vòng xoay của đĩa điều biến đều cho một xung đi qua và duy trì trong một thời gian nhất định. Thời gian duy trì xung tín hiệu lại phụ thuộc vào góc vị trí mục tiêu. Từ thông tin về vị trí của đĩa điều biến và thời gian duy trì của xung/pha, khối điện tử sẽ tính toán được góc vị trí mục tiêu.


Hình 3: đĩa điều biến 3 là sự kết hợp của 2 loại đĩa điều biến A và B:
   Có chức năng vừa tách tín hiệu mục tiêu khỏi tín hiệu nhiễu nền vừa tính toán vị trí mục tiêu.
   Gồm một nửa thấu quang – phản quang và một nửa bán thấu quang. Khi nửa trên quét qua sẽ cho ra một loạt xung khác nhau gồm cả tín hiệu mục tiêu và nhiễu nền. Khi tới nửa dưới sẽ cho ra một xung duy nhất, tín hiệu phụ thuộc vào độ sáng trung bình của mục tiêu và nền nhiễu. Bằng bộ lọc điện tử, ta sẽ tách được tín hiệu mục tiêu với nhiễu.


(Trên thực tế hình ảnh tạo ra từ đĩa điều biến có hình dạng phức tạp, hình ảnh trên chỉ là minh họa cho nguyên lý hoạt động).

[spetsnaz GRU]

ĐẦU DÒ SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU BIẾN QUANG

(tiếp theo)

Trên đầu dò AM, một nửa của đĩa điều biến là bán thấu quang, nửa còn lại được thiết kế hình nan quạt, tỏa ra từ tâm đĩa. Kiểu thiết kế này giúp ta thu được một loạt các xung tín hiệu quang/điện tử và được lặp lại sau mỗi vòng quay của đĩa điều biến. Thời gian duy trì của các xung này trong mỗi vòng quay của đĩa sẽ tạo ra một pha tín hiệu tỉ lệ với vị trí mục tiêu trên một trục và biên độ xung tương ứng với tín hiệu sai số về vị trí mục tiêu trên trục còn lại.


Nhược điểm của đầu dò sử dụng công nghệ điều biên nằm ở khả năng của mạch tìm kiếm (cụ thể là trục x), do tín hiệu trung bình tới từ một hướng trở nên quá yếu nên sẽ ảnh hưởng nhiều đến khả năng bám sát mục tiêu theo trục này. Một giải pháp khắc phục vấn đề này là sử dụng kỹ thuật điều chế tần số (FM - frequency modulation). Trong đầu dò kiểu này, số nan trên đĩa sẽ biến đổi tùy thuộc vào khoảng cách tới tâm đĩa. Bằng cách này, một mục tiêu nằm gần trục đĩa sẽ tạo ra số xung tín hiệu trong mỗi vòng quay ít hơn so với các mục tiêu nằm gần rìa đĩa điều biến. Từ đó, độ lệch trong tín hiệu từ trục hướng tâm của bộ điều biến sẽ được phân tích bằng bộ tách tần số, đối chiếu với tần số của motor trong bộ điều biến.


Các đầu dò trên thực tế sử dụng phối hợp nhiều kỹ thuật khác nhau, cùng với các giải pháp sử dụng thiết kế hệ gương Cassegrain cố định và bộ điều biến quang chuyển động hoặc kiểu thiết kế với gương thứ 2 xoay và bộ điều biến quang cố định, họ tên lửa không đối không Sidewinder sử dụng kiểu thứ 2.

[spetsnaz GRU]

ĐẦU DÒ SỬ DỤNG BỘ ĐIỀU BIẾN QUANG

(tiếp theo và hết)

Các cấu phần khác trong thiết kế của đầu dò như thiết bị bổ trợ quang học, hệ thống làm lạnh còn phụ thuộc vào các yếu tố như những phần tử cảm biến...Cảm biến nhạy sáng là một mẫu nhỏ vật liệu bán dẫn với đặc tính quang điện thích hợp, thay đổi hệ số điện trở, tạo dòng quang điện hay điện áp khi được chiếu sáng. Tham số quan trọng trong sử dụng phần tử cảm biến là độ nhạy sáng, cho biết cường độ sáng hiệu quả cho phép tạo hiệu ứng quang điện trên phần tử cảm biến; và bước sóng cảm ứng, cho biết bước sóng thuộc vùng nào, khả kiến hay hồng ngoại, với dải bước sóng cụ thể bao nhiêu, có tác dụng với cảm biến. Hầu hết các chất bán dẫn được sử dụng với mục đích chế tạo đầu dò tự dẫn đều có những đặc tính nhất định đối với bước sóng dài nhất mà vật liệu đó có thể cảm ứng, và có thể tạo tín hiệu đầu ra đối với tất cả các bước sóng ngắn hơn (từ nguồn bức xạ nóng hơn) chiếu tới. Vì vậy, một số loại vật liệu nhạy sáng chỉ có tác dụng đối với những mục tiêu rất nóng như họng xả động cơ phản lực, trong khi một số vật liệu khác có thể phát hiện được tất cả các bộ phận của mục tiêu.


Do tất cả các vật “nóng”, như mặt trời hay pháo sáng, phát bức xạ hồng ngoại nên đầu dò hồng ngoại của đạn phải có khả năng giảm thiểu hoặc loại bỏ các bức xạ này nhằm tránh không cho đầu dò bị nhiễu, bắt – bám nhầm mục tiêu. Để phục vụ mục đích này, người ta sử dụng trên đầu dò hồng ngoại các bộ lọc quang học. Các kính lọc này được chế tạo từ kính pha tạp đất hiếm, gồm rất nhiều lớp màng lọc sáng khác nhau xếp xen trên bề mặt. Những loại kính lọc này cho phép chỉ một vùng quang phổ hẹp với bước sóng nhất định đi qua và chắn sáng với tất cả các bước sóng khác, do vậy, chỉ có các dải sóng hồng ngoại hữu ích mới có thể đến được màng nhạy sáng.


Làm lạnh đầu dò là một trong các phương pháp làm tăng độ nhạy sáng của phần tử cảm biến. Mặc dù, dưới nhiệt độ phòng vẫn có khả năng nhạy sáng đối với các cảm biến tốt, tuy nhiên, nhiễu nhiệt sẽ làm suy giảm đáng kể khả năng theo dõi mục tiêu. Do vậy, cảm biến cần được làm lạnh để giảm tác động của hiện tượng này. Có 2 phương pháp cơ bản để được sử dụng để làm lạnh đầu dò: làm lạnh theo nguyên lý cặp nhiệt điện Peltier và làm lạnh bằng khí nén. Phương pháp cặp Peltier, tuy không có hiệu suất cao nhưng có ưu điểm về thời gian làm mát đặc biệt là khi đạn vẫn còn đang trên ray phóng. Còn phương pháp làm mát sử dụng khí nén, tuy nhẹ hơn nhưng lại thường chịu nhược điểm do giới hạn của bình chứa khí nén.

[spetsnaz GRU]

Có nhiều nguồn khác nhau phát hoặc phản xạ bức xạ hồng ngoại như:

-Bức xạ trực tiếp từ Mặt trời, là nguồn phát bức xạ lớn nhất trong tự nhiên.

-Một lượng lớn bức xạ Mặt trời bị hấp thụ và tán xạ bởi khí quyển (mây, hơi nước).

-Bức xạ Mặt trời phản xạ từ bề mặt đất (vào khoảng trên 3 micrometer), các bức xạ nhìn thấy và hồng ngoại làm nóng bề mặt đất và làm bề mặt đất bức xạ.

-Tất cả các loại động cơ nóng như động cơ đốt trong, các loại động cơ phản lực đều bức xạ hồng ngoại từ các bộ phận kết cấu động cơ và từ luồng khí thải động cơ. Bức xạ có bước sóng ngắn nhất phát ra từ luồng khí xả có thể đạt tới khoảng từ 2 – 3 µm. Khi ở chế độ đẩy khô không tăng lực, phần nóng nhất trên máy bay là đuôi xả, có thể đạt từ 1000-1500°C. Các động cơ phản lực hai luồng có luồng khí xả nhiệt độ thấp hơn do được trộn lẫn 2 luồng khí. Trong chế độ đốt tăng lực, khí xả động cơ là phần nóng nhất (khoảng 2000°C). Với tốc độ trên 2,5M, nhiệt độ luồng khí sẽ giảm do sự giảm áp áp suất tổng thể luồng khí trong động cơ.

-Bức xạ Mặt trời phản xạ trực tiếp hoặc bức xạ lại từ bề mặt máy bay. Các loại sơn thông thường phản xạ lại khoảng 60% bức xạ truyền tới, các loại sơn có độ phản xạ thấp như màu sơn xám của Mỹ phản xạ từ 5-15% lượng bức xạ. Nắp buồng lái cũng đóng góp một lượng đáng kể bức xạ phản xạ, thậm chí đủ để khóa mục tiêu đối với các nắp buồng lái có độ phản xạ cao.

Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa năng lượng bức xạ với bước sóng (trong điều kiện lý tưởng)

Các nguồn tín hiệu hồng ngoại của một máy bay tiêm kích phản lực. Trong hình là một chiếc MiG-23BM Flogger với một động cơ phản lực 2 luồng R-29 với chế độ đốt tăng lực, lực đẩy 25,000 lb.

Nguồn tham khảo

[vietcong91]

Em có thắc mắc về cách định danh tại sao AIM 9 đùng 1 cái lên AIM 54 và AIM 120, tuơng tự với bác Nga là R-27 rồi nhảy vọt lên R-77 rồi xuống lại R-37 ? Khác xa định danh truyền thống của Tàu PL-1 - PL-12, hoặc Tây Âu với từng cái tên định danh (ngoại trừ Pháp và Đức, Anh cũng có AIM-132 nhưng lại hoạt động tầm ngắn như AIM 9).

1 Vấn đề nữa là dường như NATO không chú trọng đến lĩnh vực MANPAD lắm phải không ạ, vì từ sau chiến tranh lạnh manpad vẫn được Nga hoặc Tàu tiếp tục cải tiến thêm nhiều thứ mới từ Sa-7, Sa-16 đến Sa-24, trong khi NATO vẫn chỉ là Stigner thời hỗ trợ Mujahideen.