前幾天在頭條上閑逛，回復(fù)了一個(gè)內(nèi)容：
作者在幾個(gè)小時(shí)前回復(fù)W君一句話(huà)“你根本不了解DAS的能力”。那咱們就得掰頭一下了。
當(dāng)然了，W君就是一個(gè)學(xué)爆炸物的，俗稱(chēng)一“炸逼”，光學(xué)和電子技術(shù)這個(gè)部分并不是自己特別擅長(zhǎng)的領(lǐng)域，但技術(shù)這個(gè)門(mén)檻只要你邁過(guò)去之后，大部分基本的道理都是相通的。
首先作為支撐觀點(diǎn)的配圖溯源：
說(shuō)是天基紅外系統(tǒng)衛(wèi)星探測(cè)到的導(dǎo)彈發(fā)射。這個(gè)事情問(wèn)題不大，畢竟在2008年美國(guó)空軍報(bào)道SBIRS HEO-2的時(shí)候用的就是這張圖片。
但是這真不是SBIRS的圖片，基于美國(guó)空軍的政策，SBIRS的屬于高級(jí)的國(guó)家戰(zhàn)略防御系統(tǒng)，因此這顆衛(wèi)星的成像圖片極少披露出來(lái)，原因是通過(guò)圖片可能獲取到這個(gè)系統(tǒng)未被發(fā)現(xiàn)的軟肋從而對(duì)美國(guó)的國(guó)家安全造成不可預(yù)期的威脅。所以即便是美國(guó)空軍自己發(fā)出來(lái)的圖片本質(zhì)上也是要存疑的。
事情倒不是這么絕對(duì)，還是有一些渠道能拿出來(lái)相對(duì)的高置信度的探測(cè)照片：
這是美國(guó)《航空周刊》拿到的照片，來(lái)源可以看下面他們的說(shuō)明。至于《航空周刊》的背景信息，就說(shuō)一句吧，當(dāng)年在高保密狀態(tài)下第一個(gè)披露B-2轟炸機(jī)存在的一本專(zhuān)業(yè)性刊物。
另一張照片也是同期披露的：
比起最前面的美國(guó)空軍發(fā)布的模模糊糊照片來(lái)說(shuō)，是不是這兩張照片的置信度就更高了呢？
但現(xiàn)在的一個(gè)問(wèn)題來(lái)了，為什么低置信度的照片會(huì)更加廣泛流傳？其主要的原因是相對(duì)真實(shí)的系統(tǒng)照片本身就沒(méi)啥看點(diǎn)，例如SBIRS捕捉到火箭發(fā)動(dòng)機(jī)在大氣層中形成羽流的照片。
如果不特地的去用一個(gè)紅色箭頭來(lái)標(biāo)記出來(lái)，這張圖就是一張平平無(wú)奇的地圖黑白照片。根本不會(huì)引起任何公眾興趣。同時(shí)它也比看著火箭冒出濃煙拉出軌跡的照片在視覺(jué)沖擊度上差了很多，就更不容易進(jìn)入到公眾傳播的領(lǐng)域中了。
大家想想是不是這個(gè)道理？
同時(shí)更加反直覺(jué)的是，SBIRS對(duì)地球更大范圍的紅外監(jiān)控實(shí)際上是用的掃描型紅外線(xiàn)傳感器。什么概念？通常，衛(wèi)星上所使用的掃描形的紅外傳感器中會(huì)有一個(gè)高速旋轉(zhuǎn)的稜鏡
在鏡組高速旋轉(zhuǎn)的時(shí)候就形成了一定寬度區(qū)域的掃描線(xiàn)，輸入到傳感器的時(shí)候傳感器中就得到的是一個(gè)連續(xù)的脈沖信號(hào)。
反過(guò)來(lái)再利用旋轉(zhuǎn)角度和時(shí)序就可以對(duì)齊“像素”形成圖像。為什么這樣做？這樣結(jié)構(gòu)是最簡(jiǎn)單的。理論上來(lái)說(shuō)整套設(shè)備在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上僅僅為一個(gè)“像素”服務(wù)。相對(duì)于一套設(shè)備在一個(gè)時(shí)間點(diǎn)上獲取整個(gè)圖像的技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度要低得多，衛(wèi)星、導(dǎo)彈這些設(shè)備受限于自身的空間重量的限制也就用這種方式最為“劃算”了。其實(shí)，線(xiàn)性編碼旋轉(zhuǎn)編碼的應(yīng)用在類(lèi)似于毒刺導(dǎo)彈、響尾蛇導(dǎo)彈這樣的紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的導(dǎo)引頭上也是這樣用的。
所以在警戒掃描的時(shí)候更多的情況下都是處理上面這樣的電信號(hào)，并不會(huì)形成圖片圖像的信息。只有在Scan Sensor（掃描傳感器）傳感器發(fā)現(xiàn)特定峰值后，才會(huì)用Stare Sensor（凝視傳感器）的圖像功能再去確認(rèn)。
如果讀到這里就基本能了解利用紅外線(xiàn)進(jìn)行導(dǎo)彈預(yù)警的基本原理。
那么具備了上面的知識(shí)鋪墊，咱們就來(lái)說(shuō)說(shuō)F-35的DAS吧：
DAS 是F-35眾多探測(cè)系統(tǒng)的一種，Distributed Aperture System中最讓人疑惑的是Aperture（光圈、孔）。蘋(píng)果公司當(dāng)年出了一個(gè)很重要的照片處理軟件就叫做“Aperture”
其實(shí)我們就可以把它指代為圖像傳感器的“孔”。Distributed分布式Aperture鏡頭孔System系統(tǒng)。這樣看，DAS似乎就不高端了吧。
實(shí)際上DAS是由六個(gè)單獨(dú)的紅外成像部件為F-35戰(zhàn)斗機(jī)呈現(xiàn)4π全視野紅外成像的一套紅外視覺(jué)裝置。
這個(gè)模塊的主體是這樣的：
如果我們繼續(xù)拆，會(huì)發(fā)現(xiàn)里面是一個(gè)LYNRED的傳感器。
LYNRED是一家法國(guó)公司，主要就是生產(chǎn)制造各種紅外成像傳感器的。在軍用產(chǎn)品線(xiàn)上，美國(guó)的諾斯羅普、雷神都是他家的客戶(hù)。而DAS系統(tǒng)（AN/AAQ-37）的主要開(kāi)發(fā)商諾斯羅普其實(shí)早在1990年代就和LYNRED有著深度的合作關(guān)系。
所以，很多人覺(jué)得很神秘的DAS的源頭是哪里的就不言而喻了。
從設(shè)備的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，你看像什么？其實(shí)……和衛(wèi)星上的掃描傳感器是不是一樣的？他家還有非緊湊型的：
不過(guò)，這里得說(shuō)一下，這個(gè)傳感器有不同的封裝方式但是會(huì)具有相似的外形。這主要是根據(jù)設(shè)備兼容性來(lái)設(shè)置的。單從外觀不看內(nèi)部結(jié)構(gòu)的時(shí)候會(huì)有一些迷惑性。
其實(shí)LYNRED不僅僅服務(wù)于美國(guó)，還和咱們有一些合作，咱們目前有一些航空航天設(shè)備上也在使用他家的紅外探測(cè)器，但主要是使用的“凝視”型號(hào)，這樣的：
看起來(lái)是不是熟悉了？很類(lèi)似于相機(jī)上的CCD芯片。
用的什么東西咱們了解了之后，就可以來(lái)聊聊DAS到底能不能探測(cè)到很遠(yuǎn)位置的導(dǎo)彈發(fā)射，以及F-35到底能不能單獨(dú)依靠DAS來(lái)防御我們的PL-15了。
在2015年，諾斯羅普成功的交付了1000套DAS系統(tǒng)的時(shí)候，披露了F-35上的DAS可以探測(cè)到超過(guò)800英里（1300公里）距離上的火箭發(fā)射。
隨后諾斯羅普在他們的新聞資源里面放出了一段視頻：
這段視頻就被很多人認(rèn)為是探測(cè)1300公里之外的導(dǎo)彈發(fā)射了。 其實(shí)并不是，這里就牽扯到一個(gè)怎么看軍事視頻的問(wèn)題了，地面在移動(dòng)證明是在一個(gè)飛行平臺(tái)上，畫(huà)面提示出了AAQ-37DAS系統(tǒng)和APG-81雷達(dá)，就證明我們可以按照F-35來(lái)做推算， 在第21秒的時(shí)候這枚火箭被雷達(dá)捕獲，如果你注意看就會(huì)發(fā)現(xiàn)這枚火箭剛剛離開(kāi)地平線(xiàn)。這就意味著火箭所反射的雷達(dá)信號(hào)最大限度的去除了。因此這個(gè)問(wèn)題就是一個(gè)幾何問(wèn)題了。
基于幾何關(guān)系，我們利用F-35飛行高度、火箭離地高度和地平線(xiàn)交匯點(diǎn)來(lái)計(jì)算其與發(fā)射點(diǎn)的距離。F-35飛行高度設(shè)為10-15 km，當(dāng)火箭在第21秒剛離地平線(xiàn)被APG-81雷達(dá)捕獲，其高度約為3241-6482m之間（推力不同的計(jì)算范圍），仰角約5°-7.7°。根據(jù)三角函數(shù)，我們就可以得出F-35距離火箭發(fā)射點(diǎn)約大約是12-17公里之間，其實(shí)遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒(méi)有達(dá)到1300公里的距離。
至于為什么諾斯羅普會(huì)說(shuō)DAS探測(cè)火箭飛行的距離可以達(dá)到1300公里呢？這件事和淘寶上賣(mài)天文望遠(yuǎn)鏡的概念是一樣的。
看第一個(gè)圖，上面寫(xiě)著可望384000千米，大家就覺(jué)得老牛呢，其實(shí)翻譯過(guò)來(lái)就是這個(gè)望遠(yuǎn)鏡可以看月亮。當(dāng)淘寶店家覺(jué)得這件事不能唬人的時(shí)候就喊出可望100萬(wàn)公里……、最后看倒數(shù)第二個(gè)產(chǎn)品就已經(jīng)變成了可望1000萬(wàn)光年了……如果這都行，要什么哈勃、韋伯望遠(yuǎn)鏡呢？直接淘寶上買(mǎi)一個(gè)99包郵的望遠(yuǎn)鏡看2000萬(wàn)光年之外不香嗎？
但淘寶賣(mài)家也沒(méi)說(shuō)錯(cuò)，看2000萬(wàn)光年得看是多大玩意了，2光年距離上的月亮大小的天體是看不到的，但是類(lèi)似于NGC 5128（半人馬座A）這樣的星系距離地球1400萬(wàn)光年，在望遠(yuǎn)鏡上可以看到一個(gè)小亮點(diǎn)。四舍五入也算是可以看2000萬(wàn)光年了。其實(shí)你在晴朗的夜空中，不用天文望遠(yuǎn)鏡單憑肉眼在合適條件下也可以看到NGC 5128的。
這玩意有多大？天文學(xué)估算了一下是1.5～2個(gè)銀河系大小。我們?nèi)庋鄣奶綔y(cè)能力達(dá)到1500萬(wàn)光年年呢！諾斯羅普敢說(shuō)DAS的探測(cè)距離是1300公里算個(gè)啥？
其實(shí)，目標(biāo)指向到DAS1300公里的距離上是識(shí)別的什么火箭發(fā)射？實(shí)際上是探測(cè)到了德?tīng)査鸺陌l(fā)射。
和看人馬座A的道理是一樣的，只要目標(biāo)足夠大，即便是在極遠(yuǎn)的距離上也可以探測(cè)到。所以諾斯羅普說(shuō)探測(cè)到了1300公里之外的火箭發(fā)射這話(huà)是“一點(diǎn)毛都沒(méi)有病”。
那么現(xiàn)在的問(wèn)題來(lái)了，最小的距離-物體大小的探測(cè)極限在哪里？依據(jù)又是什么？
任何光學(xué)系統(tǒng)，都會(huì)涉及到一個(gè)詞匯叫做“衍射極限”。在光學(xué)領(lǐng)域，由于衍射物理原理，其分辨率都受到主要限制。如果光學(xué)儀器達(dá)到了分辨率性能的極限，則稱(chēng)其為衍射極限。相對(duì)于衍射極限而言，其他光學(xué)制品的各種精度因素可能會(huì)影響光學(xué)系統(tǒng)的性能，例如透鏡缺陷或像差，但這些因素是由透鏡制造或計(jì)算中的錯(cuò)誤引起的，而衍射極限是理論上完美或理想的光學(xué)系統(tǒng)可能的最大分辨率。
分辨率——我們能看到最小細(xì)節(jié)的衡量單位。這也就解釋了，為什么我們站在地面上可以看到人馬座A，而很難看清5公里以外的一張人臉。
也能解釋在五公里的距離上你可能能看到一個(gè)人，但看不清他衣服上有沒(méi)有扣子。
其實(shí)這里有公式的： 就是1.22* 光波波長(zhǎng)/孔徑大小。然后就可以得出這臺(tái)系統(tǒng)最優(yōu)化到極限的弧分辨率。在視場(chǎng)中小于這個(gè)弧度的物體是根本看不到的。
我們假設(shè)DAS有完全的優(yōu)化，任何其他環(huán)節(jié)都不會(huì)對(duì)DAS的紅外傳感器造成影響。那么它的衍射極限在哪里呢？
開(kāi)個(gè)100MM的孔（Aperture）？中紅外波的波長(zhǎng)咱們就計(jì)算為4微米，最終我們可以得出的一個(gè)結(jié)果是分辨率為0.002796?。所以這里就又是三角函數(shù)的關(guān)系了，省略計(jì)算直接給大家結(jié)果。這個(gè)系統(tǒng)在10公里的距離上分辨率是0.49米。在100公里的距離上分辨率為4.9米，在諾斯羅普聲稱(chēng)的1300公里距離上，要至少是63.4米的龐然大物才可以被看得到。
對(duì)于一枚大型運(yùn)載火箭來(lái)說(shuō)，它的尾焰長(zhǎng)度達(dá)到60多米可以說(shuō)是一點(diǎn)問(wèn)題也沒(méi)有，所以諾斯羅普誠(chéng)實(shí)得很。而這大約就是形成一個(gè)像素點(diǎn)的大小。
但是對(duì)于一枚空對(duì)空導(dǎo)彈來(lái)說(shuō)……咱們的PL-15長(zhǎng)度才多長(zhǎng)？才四米不到，咱們還是得給DAS一些寬余量，導(dǎo)彈燃?xì)庠蹅兘o加到15米？即便是這樣，一架F-35用DAS探測(cè)導(dǎo)彈可以在307公里的距離上發(fā)現(xiàn)一枚橫著飛過(guò)的PL-15，在12.3 km的距離上探測(cè)到一枚直接射向自己的PL-15.其實(shí)這就是彈長(zhǎng)和彈徑的關(guān)系而已。
但是，這還前面第一張圖片中理想條件的話(huà)的識(shí)別狀態(tài)。如果看諾斯羅普發(fā)的測(cè)試來(lái)看，DAS系統(tǒng)還需要好好打磨。畢竟如果你仔細(xì)看測(cè)試的視頻你會(huì)發(fā)現(xiàn)在地面發(fā)射后3.16秒后系統(tǒng)開(kāi)始注意到了這枚火箭的尾焰，而到了18秒的時(shí)候，DAS丟失了信號(hào)無(wú)法繼續(xù)跟蹤到了20秒13這個(gè)時(shí)間點(diǎn)上由雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了這枚火箭的信號(hào)，到了20秒15DAS才重新捕捉到了火箭。
到了第25秒的時(shí)間點(diǎn)上才判斷出這是一枚戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈（TBM）。
第二枚火箭發(fā)射后，也就是在2分29秒的時(shí)間點(diǎn)上，DAS的識(shí)別和雷達(dá)的識(shí)別出現(xiàn)偏差，指向了兩個(gè)不同的方向。
就第三方視角的導(dǎo)彈預(yù)警這次DAS的實(shí)驗(yàn)算是成功的，但如果是一枚推進(jìn)時(shí)間更短，速度更快的空對(duì)空導(dǎo)彈，這種探測(cè)水平還很難撐起預(yù)警和防御的重任。
以至于在雷達(dá)上看導(dǎo)彈都快飛出畫(huà)面了，而DAS的標(biāo)記還停留在當(dāng)初失聯(lián)的位置上。注意，前面我們計(jì)算了，這次實(shí)驗(yàn)F-35距離導(dǎo)彈的發(fā)射點(diǎn)的距離不足20公里。所以，這次實(shí)驗(yàn)甚至不需要達(dá)到衍射極限，就DAS的處理能力而言也暴露出了明顯的不足。
如果覺(jué)得一架F-35僅僅依靠DAS就能對(duì)抗來(lái)襲的PL-15導(dǎo)彈，這種結(jié)論下得還是過(guò)早了。而且要注意這是一個(gè)實(shí)驗(yàn)環(huán)境，真實(shí)的空戰(zhàn)烈度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)驗(yàn)的水準(zhǔn)。
其實(shí)，話(huà)說(shuō)回來(lái)，為什么W君最近愛(ài)給大家列公式呢？主要的原因就是很多明明可以靠經(jīng)典物理學(xué)原理就可以看明白的事情，現(xiàn)在被太多人吹噓的過(guò)于神乎其神了。有點(diǎn)判斷力總是好的吧？有的時(shí)候我們并不需要只聽(tīng)軍事槍手們吹噓某個(gè)裝備多么無(wú)敵，差的就是手邊的一張紙和一支筆，計(jì)算一下就什么都清楚了。
那么F-35的DAS到底有什么用？其實(shí)就是一個(gè)“球”，讓飛行員可以無(wú)阻礙的看到四周的態(tài)勢(shì)。至于真的靠這個(gè)“球”來(lái)防導(dǎo)彈，那就只有個(gè)“球用”了。
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