红外探测技术进步依赖材料发现和半导体技术支撑,欧美厂商在两大领域的基础研究、应用开发向来不遗余力,与其全球六七成的市场规模互为动力,形成良性循环。我国相关技术及其导弹应用仍然处在追赶状态。
一、 国内红外技术
(一)国有军工集团
中国航空工业集团前身逆向仿制响尾蛇AIM-9B,霹雳-2采用的非制冷硫化铅探测器是我国红外探测技术的起点。2012年,中航工业集团旗下的中国空空导弹研究院,设立红外探测器技术航空重点实验室,已成功研制三十余种短中长波的红外探测器。
中国航天科工集团旗下航天长峰(600855SH)披露,2016年在国内率先突破红外凝视成像的关键技术,成功研制实用化的长波、中波和短波各种类型高端红外成像系统。
中国航天科技集团拥旗下中国空间研究院502所生产碲镉汞等多款红外探头,其红外技术应用于铁路检测、检修红外探测设备的,即是康拓红外(300455.SH)。
(二)民营上市公司
上市公司中,除开国有控股的航天长峰(600855SH)以外,主要是民营上市公司的高德红外、大立科技致力于红外探测器的国产化,并有较详细的信息披露。前者几乎全方位发力追赶国外第三代红外探测器技术,后者较早地实现非制冷探测器的国产化,基础研究都是薄弱点,一些技术指标的对比稍后展开。
二、国外红外探测器水平
非制冷探测器随着晶圆级封装技术的运用,10微米及其百万像素已经成为现实。英国*火军**巨头BAE公司2014年率先推出12微米像素架构。2017年,美国雷神公司研发出了可以商业用的1920×1200@10微米的非制冷红外探测器。2018年5月的北京光电子博览会上,国内的艾睿光电发布了1280×1024百万像素12微米超小像元间距非制冷红外探测器;高德红外展出了8英寸0.25微米的批产型氧化钒(VOx)非制冷红外探测器;2018年9月,大立科技展出像素1280×1024,最小像元间距也分别包括15微米的系列产品。
碲镉汞制冷探测器已属成熟产品,列阵规模、双波段探测是发展趋势。碲镉汞双波段探测能够大大提高目标的识别能力,2010年法国Sofradir公司制得碲镉汞探测器640*512@20微米列阵的双色探测器,雷神公司的双色碲镉汞探测器已达640*480列阵规模。2014年德国AIM公司推出像元间距15微米,像素1028*1024中波、长波红外列阵结构,英国SELEX公司推出像元间距12微米,像素1920*1080中波、长波红外列阵结构。
二类超晶格探测器已成制冷探测器竞争焦点。美国西北大学、陆海空三大军中实验室以及喷气推进实验室均参与二类超晶格的研究,美国雷神公司以及德国的IAF、AIM均加大新一代红外探测材料二类超晶格的研发,都具备了单色、双色研发的能力。德国的IAF、AIM更是认为二类超晶格是第三代红外探测器的优选材料,2004年首次实现256*256@40微米成像,2007年实现像素384*288中波双色成像,2010年成像效果见图所示。
三、探测器技术及其导弹应用横向比较
(一)探测器
第一代、第二代红探测器技术并不高深,发达国家的专利保护已经过期。券商研报显示,大立科技在2008年前后制得非制冷探测器仅花费千万元级别的投资。
高德红外非制冷探测器在像元大小、间距均落后于大立科技,艾睿光电居于领先地位,与北方广微水平接近,高德红外、大立科技、艾睿光电的像元间距分别是25微米、15微米、12微米,高德红外优势仅先于在硅片尺寸,随着其晶圆级封装的成熟,此类差距可以缩小;与美国雷神公司均有不小的差距,高德红外大致落后五年。

艾睿光电非制冷探测器成像效果
中国航天科技集团拥旗下中国空间研究院502所、中航工业集团旗下中国空空导弹研究院的红外探测器技术航空重点实验室、高德红外,制冷探测器处在国内领先水平,至少高德红外、502所公开披露其碲镉汞制冷探测器已实用化。高德红外碲镉汞探测器2014年列入国家强基工程,并获得3600万元资金补助;2018年5月,对外展示了百万像素1280×1024@12微米的碲镉汞中波制冷红外探测器,可能并非双色成像,而2014年德国AIM公司产品的像素接近却已实现双色成像,美国厂家领先欧洲。由此推知,碲镉汞探测器大致落后欧洲5年,落后美国10年。

德国2014年超晶格成像效果
高德红外联合某科研院所研制的二类超晶格探测器,阵列规模640×512像素的是单色成像,320×256像素、像元间距30微米已实现长波双色成像,2018年底公告批量生产的募投项目推迟竣工时间至2019年底。横向比较,高德红外的二类超晶格探测器的水平抵不上德国2007年的水平,与美国差距更大。

2010年超晶格成像效果
(二)导弹应用
红外制导导弹有"发射后管不了"的缺陷,相对于其他制导方式还有制导距离近的弱点,往往应用于近程导弹。
中国航空工业前身生产的,我国首款1979年实装的霹雳-2红外空空导弹,与1950年代实装的响尾蛇AIM-9B,采用相同的非制冷硫化铅探测器。霹雳-10空空导弹,采用制冷碲镉汞焦平面探测器可能性较大,2015年见诸媒体,与2003年实装的响尾蛇AIM-9X探测器类似,大约晚了12年。
中国航天科工集团前身出产的前卫-1便携式防空导弹,采用氦气致冷锑化铟探测器,1993年实装;中国航天科技集团旗下飞弩FN-16便携式红外防空导弹,亮相2016年珠海航展,采用红外紫外双色准成像导引头,与1970年代实装的毒刺FIM-92便携式红外制导防空导弹可比。
中国航天科技集团旗下飞弩FN-16轻型红外防空导弹,亮相2016年珠海航展,采用红外紫外双色准成像导引头,与1983年批量生产毒刺FIM-92B便携式红外地空导弹可比,采用相同的探测器。
我军实装的红箭-12便携式红外反坦克导弹,最早于2014年见诸公开媒体,2016年底中国保利公司展出便携式反坦克导弹GAM-100,均采用非制冷探测器。而典型的*四代第**反坦克导弹是标枪便携式反坦克导弹、海尔法AGM-114B反坦克导弹,前者1996年列装美军,是一款便携、车载发射的轻型反坦克导弹,采用汞镉碲红外焦平面导引头;海尔法AGM-114B红外成像制导,1989年实装美军,是一款重型反坦克导弹,具备空、海、陆多台发射攻击陆海多目标的能力。
总体而言,我国的红外制导空空、防空导弹技术水平,已从最初相差30年缩短至20年。反坦克导弹差距更大一些,红箭-12、GAM-100采用非制冷探测器,号称*四代第**反坦克导弹有些名不副实。目前还未见碲镉汞探测器应用于反坦克导弹的报道,大约晚于美国22年,更未见类似海尔法AGM-114B重型红外成像制导反坦克导弹的公开报道。
高德红外的非制冷氧化钒探测器、碲镉汞探测器、二类超晶格探测器,分别较国外先进水平尚有3年、5年、10年的差距;制冷碲镉汞探测器弥补了与国外20年的差距,合作研发的二类超晶格探测器,均在国内拔得头筹,均未见小型化能够用于反坦克导弹的公开信息。

便携式反坦克导弹
高德红外在第三代红外探测器上的追赶步伐卓有成效,与欧美厂商持续五六十年的材料基础研究、半导体技术研究相比,不论资金实力、技术积淀都还任重道远。为此高德红外蛰伏了八年,付出了重大的财务代价,便携式反坦克导弹是否采用碲镉汞探测器还不得而知,红外制导毕竟是近程导弹的制导体制之一,未来的道路并非一帆风顺。
二类超晶格探测器一致性、大面积、多波段特性远优于碲镉汞材料,美国2010年代已应用于其天基导弹预警系统。距离首次制得已经过去13年,美德二类超晶格探测器的小型化也许已经趋于成熟,装备新一代探测器的空空导弹、防空导弹、反坦克导弹也许已在路上。
高德红外们的追赶何时结束?!