激光技术在军事领域中的应用

激光技术在军事领域中的应用内容摘要：

般可达 20 公里。 1978 年 3 月，世界上的第一支激光枪在美国诞生。 激光枪的样式与普通步枪没有太大区别，主要由四大部分组成：激光器、激励器、击发器和枪托。 目前，国外已有一种红宝石袖珍式激光枪，外形和大小与美国的派克钢笔相当，它能在距人几米之外烧毁衣服、烧穿皮肉，且无声响，在不知不觉中致人死命，并可在一定的距离内，便火药爆炸，使夜视仪、红外或 激光测距仪 等光电设备失效。 还有 7 种稍大、重量与常用机枪相仿的小巧激光枪，能击穿铜盔，在1500 米的距离上烧伤皮肉、致瞎眼睛等。 战术激光武器的 “ 挖眼术 ” 不但能造成飞机失控、机毁人亡，或使炮手丧失战斗能力，而且由于参战士兵不知对方激光武器会在何时何地出现，常常受到沉重的心理压力。 因此，激光武器又具有常规武器所不具备的威慑作用。 1982 年英阿马岛战争中，英国在航空母舰和各类护卫舰上就安装有激光致盲武器，曾使阿根廷的多架飞机失控、坠毁或误入英军的射击火网。 石河子大学师范学院毕业设计（论文） 12 战略激光武器 战略激光武器可攻击数千公里之外的洲际导弹；可攻击大空中的侦察卫星和通信卫星等。 例如， 1975 年 11 月，美国的两颗监视导弹发射井的侦察卫星在飞抵西伯利亚上空时，被前苏联的 “ 反卫星 ” 陆基激光武器击中，并变成 “ 瞎子 ”。 因此，高基高能激光武器是夺取宇宙空间优势的理想武器之一，也是军事大国不惜耗费巨资进行激烈争夺的根本原因 [5]。 据外刊透露，自 70 年代以来，美俄两国都分别以多种名义进行了数十次反卫星激光武器的试验。 目前，反战略导弹激光武器的研制中，或是化学激光器、 准分子激光 器、 自由电子激光 器和调射线激光器。 例如：自由电子激光器具有输出功率大、光束质量好、转换效率高、可调范围宽等优点。 但是，自由电子激光器体积庞大，只适宜安装在地面上，供陆基激光武器使用。 作战时，强激光束首先射到处于空间高轨道上的中断反射镜。 中断反射镜将激光束反射到处于低轨道的作战反射镜，作战反射镜再使激光束瞄 准目标，实施攻击。 通过这样的两次反射，设置在地面的自由电子激光武器，就可攻击从世界上任何地方发射的战略导弹。 高基高能激光武器是高能激光武器与航天器相结合的产物。 当这种激光器沿着空间轨道游戈时，一旦发现对方目标，即可投入战斗。 由于它部署在宇宙空间，居高临下，视野广阔，更是如虎添翼。 在实际战斗中，可用它对对方的空中目标实施闪电般的攻击，以摧毁对方的侦察卫星、预警卫星、通信卫星、气象卫星，甚至能将对方的洲际导弹摧毁在助推的上升阶段。 激光技术特性及在军事领域中的应用途径 激光（ LASER）是上实际 60 年代发 明的一种光源。 LASER 是英文的 “ 受激放射光放大 ” 的首字母缩写。 激光器有很多种，尺寸大至几个足球场，小至一粒稻谷或盐粒。 气体激光器有氦－氖激光器和氩激光器；固体激光器有红宝石激光器；半导体激光器有激光二极管，像 CD 机、 DVD 机和 CDROM 里的那些。 每一种激光器都有自己独特的产生激光的方法。 激光特性 激光有很多特性：首先，激光是单色的，或者说是单频的。 有一些激光器可石河子大学师范学院毕业设计（论文） 13 以同时产生不同频率的激光，但是这些激光是互相隔离的，使用时也是分开的。 其次，激光是相干光。 相干光的特征是其所有的光波都是同步的，整束光就好像一 个 “ 波列 ”。 再次，激光是高度集中的，也就是说它要走很长的一段距离才会出现分散或者收敛的现象。 激光主要有四大特性：激光高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。 激光的高亮度：固体激光器的亮度更可高达 1011W／ cm2Sr。 不仅如此，具有高亮度的激光束经透镜聚焦后，能在焦点附近产生数千度乃至上万度的高温，这就使其可能可加工几乎所有的材料。 激光的高方向性：激光的高方向性使其能在有效地传递较长的距离的同时，还能保证聚焦得到极高的功率密度，这两点都是激光加工的重要条件 激光的高单色性：由于激光的单色性极高，从而保证 了光束能精确地聚焦到焦点上，得到很高的功率密度。 激光的高相干性：相干性主要描述光波各个部分的相位关系。 正是激光具有如上所述的奇异特性因此在工业加工中得到了广泛地应用。 目前激光已广泛应用到激光焊接、激光切割、激光打孔（包括斜孔、异孔、膏药打孔、水松纸打孔、钢板打孔、包装印刷打孔等）、激光淬火、激光热处理、激光打标、玻璃内雕、激光微调、激光光刻、激光制膜、激光薄膜加工、激光封装、激光修复电路、激光布线技术、激光清洗等。 经过 30 多年的发展，激光现在几乎是无处不在，它已经被用在生活、科研的方方面面：激光针灸 、激光裁剪、激光切割、激光焊接、激光淬火、激光唱片、激光测距仪、激光陀螺仪、激光铅直仪、激光手术刀、激光炸弹、激光雷达、激光枪、激光炮 „„ 激光技术在军事领域中的应用 激光武器是一种利用定向发射的激光束直接毁伤目标或使之失效的定向能武器。 根据作战用途的不同，激光武器可分为战术激光武器和战略激光武器两大类。 武器系统主要由激光器和跟踪、瞄准、发射装置等部分组成，目前通常采用的激光器有化学激光器、固体激光器、 CO2 激光器等。 激光武器具有攻击速度快、转向灵活、可实现精确打击、不受电磁干扰等优点，但也存在易受 天气和环境影响等弱点。 激光武器已有 30 多年的发展历史，其关键技术也已取得突破，美国、俄罗斯、法国、以色列等国都成功进行了各种激光打靶试验。 目前低能激石河子大学师范学院毕业设计（论文） 14 光武器已经投入使用，主要用于干扰和致盲较近距离的光电传感器，以及攻击人眼和一些增强型观测设备；高能激光武器主要采用化学激光器，按照现有的水平，今后 5—10 年内可望在地面和空中平台上部署使用，用于战术防空、战区反导和反卫星作战等。 为了满足军事应用的需要，主要发展了以下 5 项激光技术： ① 激光制导技术 ： 激光制导武器精度高、结构比较简单、不易受电磁干扰，在精确制导 武器中占有重要地位 [6]。 70 年代初，美国研制的激光制导航空炸弹在越南战场首次使用。 80 年代以来，激光制导导弹和激光制导炮弹的生产和装备数量也日渐增多。 ② 激光测距技术 ： 它是在军事上最先得到实际应用的激光技术。 20 世纪 60年代末，激光测距仪开始装备部队 ,现已研制生产出多种类型 ， 大都采用钇铝石榴石激光器，测距精度为 177。 5 米左右。 由于它能迅速准确地测出目标距离，广泛用于侦察测量和武器火控系统。 ③ 激光通信技术 ： 激光通信容量大、保密性好、抗电磁干扰能力强。 光纤通信已成为通信系统的发展重点。 机载、星载的激光通信系统和 对潜艇的激光通信系统也在研究发展中。 ④ 激光模拟训练技术 ： 用激光模拟器材进行军事训练和作战演习，不消耗弹药，训练安全，效果逼真。 现已研制生产了多种激光模拟训练系统，在各种武器的射击训练和作战演习中广泛应用。 此外，激光核聚变研究取得了重要进展，激光分离同位素进入试生产阶段，激光引信、激光陀螺已得到实际应用。 激光制导 一、激光制导原理 所谓激光制导技术，就是利用激光跟踪、测量和传输的手段控制和导引导弹飞向目标的技术。 激光器发出照射目标的激光波束，激光接收装置接收目标反射的光波，经光电转换和信息处理，得出 目标的位置参数信号，再经信号变换用以跟踪目标和控制导弹的飞行。 有的激光制导系统还用激光传输控制导弹的指令。 二、激光制导方式 激光制导分为激光驾束制导和激光寻的制导两种方式 : （ 1）激光驾束制导 以瞄准线作为坐标基线，将激光束在垂直平面内进行空间位置编码发射，弹石河子大学师范学院毕业设计（论文） 15 上的寻的器接收激光信息并编码，测出导弹偏离瞄准线的方向和大小，形成控制信号，控制导弹沿瞄准线飞行，直至击中目标。 （ 2）激光寻的制导 由弹外或弹上的激光束照射在目标上，弹上的激光寻的器利用目标漫反射的激光，实现对目标的跟踪和控制导弹。 按激 光光源所在位置，激光寻的制导分为被动寻的、主动寻的和半主动寻的三种方式 [7]。 如果寻的头所探测的是目标本身的辐射，或目标对自然界存在的某种辐射的反射，则称系统为被动寻的式制导导弹。 如果信号源不是目标本身，而是装在导弹上的目标照射器或目标指示器，则属于主动寻的式制导。 如果辐射源既不是目标本身，也不是安装在导弹上的目标指示器，而是另外的可见光、红外或无线电波源，导弹上的纯被动传感器接收由目标反射的信号，从而实现对目标的跟踪，则称为半主动寻的式制导。 迄今为止，只有照射光束在弹外的激光半主动寻的制导系统得到了应 用。 多年来，半主动寻的制导武器已在多次战争中大量使用，其命中率常在 90%以上，比常规武器高很多。 半主动寻的制导系统由弹上的激光寻的器和弹外的激光目标指示器组成，特点是精度高，抗干扰能力强，结构较简单，成本较低，可与其他系统兼容使用。 目前，这类武器主要有航空炸弹，导弹，和炮弹等。 （ 3） 激光半主动寻的式制导导弹 激光半主动寻的式制导导弹包括激光半主动寻的器和导弹主舱两部分。 其中寻的器由光学头罩、探测仪、前置放大器、陀螺光学装置及电子设备等部分组成。 光学头罩是导弹头部的光学系统，通常包括聚光器和窄带滤波器，后 者只允许激光目标照射器的工作波长透过。 头罩的作用是对寻的器中的其他部件提供保护；收集由目标反射的激光能量，并将其会聚到探测器上。 探测器多采用四象限形式。 被目标反射的激光由光学系统会聚其上，形成一个圆形光斑。 转变成电信号后由电子装置进行放大和比较处理，并将输出反馈给自动驾驶仪或控制系统。 导弹主舱包括战斗部、制导系统、控制系统及推进装置 [8]。 导弹战斗部是装有某种弹药的大型锥体，它是执行打击任务的核心部件。 制导系统包括自动驾驶仪、陀螺仪、电池、燃料储存器等组件，它接受来自激光半主动寻的头的目标跟踪指令，并向导 弹控制系统提供稳定性和操纵指令。 控制系统通常由塑料传动体及尾翼组成，根据制导系统的指令依靠燃料燃烧所提供的动力控制传动系统使尾翼运动，驱使导弹射向目标。 推进装置由巨大的发动机产生推力，将导弹与发射导轨分离，并产生足够的加速度，使导弹在敌方目标的防御武器射程之外进行发石河子大学师范学院毕业设计（论文） 16 射时，能以最短飞行时间对其实施攻击。 （ 4） 激光制导武器 激光制导炸弹和炮弹 激光制导炸弹是在上世纪六十年代中期开始发展起来的。 激光制导炸弹，顾名思义，就是与常规自由落体炸弹相比，这种炸弹利用激光的直线传播特性进行制导，以增强炸弹落点的精确度。 具 体过程为，载机借助于 “ 激光目标指示器 ” ，把激光束投射到目标上，激光束在目标表面产生漫反射，总会有一部分激光反射到激光制导炸弹上，被炸弹的 “ 寻的器 ” 所接收，然后通过控制系统进行换算，再控制炸弹的飞行舵调整炸弹航向，直至精确命中目标。 激光制导武器的优势与劣势 激光制导武器具有具有结构简单、作战实效成本低、抗干扰性能好、命中精度高等优点 .与其他精确制导弹药相比，最明显的优势还是廉价，激光制导武器是最廉价的精确制导武器之一。 例如，从成本来看，虽然一枚激光制导炸弹是普通航弹的 3—4 倍，但是从效费比来看，反倒比常规航 弹要高。 与此同时，激光制导武器也有着相当致命的弱点：受天气和战场条件影响大，尤其是战场上的硝烟、尘埃严重影响激光的传输，从而使激光制导武器偏离目标；空袭飞机上的激光发射器要不断发射激光，使激光始终照射在目标上，从而使空袭飞机较长时间暴露于防空火力之下，降低了生存能力；激光光束狭窄，搜索能力较差。 激光制导技术发展趋势 目前，世界各军事强国都纷纷加强激光制导武器的研制。 从激光制导技术的发展来看，其多样化的发展趋势十分明显： 智能化 ———让激光主动寻的。 主动寻的器是各类制导武器的追求目标，要实现主动寻的制 导就必须把除发射架外的全部制导设备都装在导弹上，这一困难有赖于技术的进步才能解决。