激光在軍事方面的應(yīng)用
任何一項高科技術(shù)都會在軍事方面應(yīng)用,目前,激光技術(shù)在軍事方面的應(yīng)用已經(jīng)取得了長足的進(jìn)展,已經(jīng)覆蓋了偵察定位、通信、制導(dǎo)、火控、激光武器等各個領(lǐng)域。。
一.激光制導(dǎo)
激光制導(dǎo)就是用激光控制并引導(dǎo)導(dǎo)彈飛行,直至摧毀目標(biāo)。以前,多采用紅外制導(dǎo),現(xiàn)在都采用激光制導(dǎo)。
經(jīng)研究,紅外線受天氣影響大;波長為0.8—1.8微米波段的激光也易于被云、霧、雨等吸收, 透過率低;但是波長為10.6微米波段的激光,則可在能見度不良的條件下使用,可以全天候使用。
激光波束方向性強(qiáng)、波束窄,故激光制導(dǎo)精度高,抗干擾能力強(qiáng)。
激光制導(dǎo)是60年代才開始發(fā)展起來的一種新技術(shù)。有多種用激光制導(dǎo)的方法。激光制導(dǎo)已經(jīng)用于空對地、地對空導(dǎo)彈, 航空炸彈,反坦克導(dǎo)彈等眾多技術(shù)中。
1.激光波束制導(dǎo)
一般采用半自動的激光波束制導(dǎo)。地面制導(dǎo)站或飛機(jī)制導(dǎo)站發(fā)射一組激光束,這些激光束是經(jīng)過編碼調(diào)制的,不易被識別,不易被干擾,中心激光束鎖定要攻擊的目標(biāo)。
導(dǎo)彈尾部裝有激光接收器,接受激光束的漫射并分析處理,當(dāng)導(dǎo)彈飛行偏離波束中心所對準(zhǔn)的目標(biāo)時,接收器會計算出彈體偏離中心線的大小和方向, 形成控制信號,控制導(dǎo)彈沿著波束中心線飛行, 直至摧毀目標(biāo)為止。
如何破解激光制導(dǎo)呢?
辦法一是針對制導(dǎo)站的??刂普疽l(fā)射控制導(dǎo)彈飛行的激光束,于是人們想出辦法,在被攻擊目標(biāo)周圍施放黑色的煙霧,控制站無法發(fā)現(xiàn)需要攻擊的準(zhǔn)確位置,這種制導(dǎo)也就失去了準(zhǔn)確性。
辦法二是針對導(dǎo)彈的??刂普景l(fā)射的激光束照射在目標(biāo)上,激光束漫反射被導(dǎo)彈的信號接收器所接受,這樣才能控制導(dǎo)彈的飛行方向,于是,破壞導(dǎo)彈的光信號接受效果也是一種有效的辦法。研究表明,“燈黑涂料”對波長為10.6微米波段的激光反射性能很差,用這種涂料覆蓋被攻擊的物體表面,導(dǎo)彈不能很好地接受控制信號,自然就失去了攻擊的準(zhǔn)確性。
2.光纖制導(dǎo)
利用光導(dǎo)纖維,傳輸控制導(dǎo)彈去打擊目標(biāo),主要用于打坦克,也可以打低空飛行的直升機(jī)。
這種導(dǎo)彈的頭部裝有微光電視攝像機(jī)或紅外成象導(dǎo)引頭,尾部有一卷光纖與發(fā)射控制裝置相聯(lián)。導(dǎo)彈飛行時光纖從尾部放出,同時導(dǎo)引頭的攝像機(jī)將拍攝的目標(biāo)圖象傳到發(fā)射控制裝置,分析處理光纖傳來的信息,再將控制指令通過光纖傳給導(dǎo)彈的制導(dǎo)系統(tǒng),控制導(dǎo)彈命中目標(biāo)。
由于光纖傳輸?shù)男畔⒘看?、頻帶寬、功耗低、自身輻射極小,所以光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈的目標(biāo)識別能力強(qiáng)、制導(dǎo)精度高、抗干擾性好、命中率高。
光纖制導(dǎo),多用于攻擊那些依靠地形遮蔽的低空和地面目標(biāo)。例如,要攻擊對面山溝里隱蔽的坦克,可以由地面發(fā)射的,也可以用空中發(fā)射的光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈。
這種制導(dǎo)方式要求導(dǎo)彈中帶有幾公里長的光纖,好在光纖軟細(xì),容易做到。
光纖制導(dǎo)無法破解。
二.激光測距與激光雷達(dá)
激光測距的原理如同微波雷達(dá)測距一樣,但激光測距與普通測距相比,具有遠(yuǎn)、準(zhǔn)、快、抗干擾、無盲區(qū)等優(yōu)點(diǎn)。
激光測距在常規(guī)兵器中已廣泛應(yīng)用,有取代普通光學(xué)測距的趨勢。第一代紅寶石激光測距,隱蔽性差(發(fā)紅光),對人眼有損傷,且效率低,已淘汰。第二代晶體激光測距設(shè)備已廣泛使用,但對人眼也有一定損傷。目前正在研發(fā)第三代激光測距,它對人眼無傷害,它將逐步取代第二代激光測距設(shè)備。
激光雷達(dá)與微波雷達(dá)相似,用窄激光束對某一地區(qū)進(jìn)行掃描,就得到地形地貌的高度數(shù)據(jù)并能夠繪制出三維的地形地貌圖。
激光雷達(dá)在高精度和成像方面占有優(yōu)勢,其測距精度可達(dá)厘米甚至毫米級,比微波雷達(dá)高近100倍;測角速精度,理論上比微波雷達(dá)高一億倍以上,現(xiàn)在已做到高1000~10000倍。
激光雷達(dá)的工作原理與一般雷達(dá)非常相近,特殊點(diǎn)僅在于以激光作為信號源,由激光器發(fā)射出的脈沖激光,打到地面的樹木、道路、橋梁和建筑物上,引起漫射,一部分光波會反射到激光雷達(dá)的接收器上,根據(jù)激光測距原理計算,就得到從激光雷達(dá)到目標(biāo)點(diǎn)的距離。
激光測距用于生活中的例子也很多,例如某個面結(jié)構(gòu)(例如鑰匙)的數(shù)據(jù)測量與復(fù)制,例如三維物體的外形掃描成像,例如用紅外激光成像、人臉識別、自動駕駛雷達(dá)等等。
三.激光偵查與對抗
光電偵察設(shè)備和光電瞄準(zhǔn)設(shè)備在軍事上是常用的,用激光偵查的設(shè)計依據(jù)是,在空中利用激光照射某個地物目標(biāo),利用光學(xué)鏡頭接受反射回波,要比普通光照射地物目標(biāo)后的漫反射回波強(qiáng)-倍,就像是黑夜中的貓眼一樣明亮,稱為“貓眼效應(yīng)”。貓眼效應(yīng)是特殊頻率激光的特性,利用這個特性就可以對敵做光學(xué)掃描偵察。
激光主動偵察都采用連續(xù)的激光去掃描某個區(qū)域。
如果敵方的光電掃描設(shè)備在工作,因為敵方我方的光電設(shè)備的頻譜是差不多的,敵方的光譜就會在我方的掃描回波中有所表現(xiàn),據(jù)此可以判斷這些設(shè)備的位置及其要瞄準(zhǔn)的對象。于是,可以用激光致盲武器將其摧毀,也可以用干擾機(jī)干擾其正常工作。
用激光掃描設(shè)備可以獲知敵方的地形地貌。
要想干擾激光偵察,希望對激光偵察隱身,就需要對要保護(hù)的目標(biāo)加以隱身涂層,也可以改變要保護(hù)目標(biāo)的結(jié)構(gòu),降低激光反射截面。
四.激光武器
激光能夠把高能量集中于小范圍,所以激光可以制作武器。
1.激光瞄準(zhǔn)
在槍械上裝置半導(dǎo)體激光瞄準(zhǔn)器,發(fā)射紅外激光對準(zhǔn)目標(biāo),被瞄準(zhǔn)的對象是感受不到的,瞄準(zhǔn)者佩戴夜視鏡可以看清目標(biāo)上的激光光斑。這種辦法可以解決夜間的瞄準(zhǔn)射擊問題。
2.激光炮
激光炮是一種高能激光武器,利用功率強(qiáng)大的激光束,定向發(fā)射,直接毀傷目標(biāo)。
激光炮可以摧毀或殺傷敵方飛機(jī)、導(dǎo)彈、衛(wèi)星等大型目標(biāo),也可以用于戰(zhàn)場打擊多種常見目標(biāo),甚至可以擴(kuò)大到對一切戰(zhàn)場工具的打擊。
激光炮可以安裝在陸地上;可以安裝在大型艦艇上,但研究表明,近海有陸地影響所產(chǎn)生的熱暈,限制了?;す馕淦鞯陌l(fā)展;激光炮如果要安裝在飛機(jī)上,那就要求激光炮的體積小。
要制造激光炮,一是要解決大功率激光器的問題,這個問題用大型固體激光器可以解決;二是要解決超強(qiáng)電能能夠儲存、瞬間釋放和多次釋放的問題。
現(xiàn)在看來,體積小輸出功率大的激光器最有可能的選擇之一是“化學(xué)激光器”,化學(xué)激光器是直接用化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生激光的,現(xiàn)在已經(jīng)實(shí)現(xiàn)兆瓦級。另一種選擇是用超導(dǎo)儲能器驅(qū)動固體激光器產(chǎn)生大功率激光。
五.天基激光武器
美國在1983年提出的天基作戰(zhàn)計劃,實(shí)際上是在衛(wèi)星上布置激光武器。若采用近地軌道衛(wèi)星,它離目標(biāo)近,有利于提高激光武器的殺傷能力,但需要幾十顆衛(wèi)星才能覆蓋全球。該計劃預(yù)計采用化學(xué)激光器,采用高效的跟蹤瞄準(zhǔn)裝置。
激光作戰(zhàn)衛(wèi)星各分系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)均已得到演示驗證,至今未能部署的原因是多方面的,衛(wèi)星多代價大,運(yùn)載武器上天難,化學(xué)燃料補(bǔ)充難,總之是困難多燒錢多。
美國的天基作戰(zhàn)計劃帶有稱霸的目的,要用它建立完善的導(dǎo)彈防御體系,要用它輕易地摧毀敵方的地面目標(biāo),要用它掌握太空的制空權(quán),野心太大,必然帶有“理想”色彩。
美國有沒有想過,如果它摧毀敵方的目標(biāo)是容易了,但是,一旦戰(zhàn)爭爆發(fā),敵方摧毀美國的衛(wèi)星卻是更容易實(shí)現(xiàn)的,要知道,在地面建立一個摧毀近地衛(wèi)星的激光炮并不是太難的。
六.我國激光武器的現(xiàn)狀
中國激光武器的研制最早始于1964年3月,但取得較大的進(jìn)展則是在改革開放以后。于1986年3月啟動實(shí)施了“高技術(shù)研究發(fā)展計劃(863計劃)”,激光技術(shù)則是其中的科目之一。
中國的激光武器的水平有多高呢?由于技術(shù)保密的原因,無法確切得知。但是國內(nèi)官方媒體對于已故的光學(xué)專家馬祖光的評價是,馬祖光所涉及的任何一個課題,都是世界軍事斗爭的前沿技術(shù),是關(guān)系太空競爭、核打擊的前沿技術(shù)。軍情分析家認(rèn)為,中國已重點(diǎn)解決了一批軍事激光工程應(yīng)用方面亟待解決的重大課題,能夠達(dá)到其它國家無法達(dá)到的水平和程度。
2014年底,中國“神光”(核聚變)項目的主要參與方上海光機(jī)所研制的超短超強(qiáng)激光器,實(shí)現(xiàn)了1000萬億瓦激光脈沖輸出,這是全球同類激光器迄今最大功率的輸出。設(shè)想一下,把這種超強(qiáng)激光用于激光炮還難嗎?用地基激光炮摧毀某個地球衛(wèi)星還難嗎?
有分析稱,中國的超強(qiáng)功率的固態(tài)激光器是世界一流,用它發(fā)射的激光束可在3千公里的距離獲得每平方厘米35K焦耳能量密度,比摧毀攻擊導(dǎo)彈所必需的能量密度還要高出1個數(shù)量級。以此粗略推算,中國的攻擊激光雷達(dá)有效殺傷力超過3萬公里(同步地球衛(wèi)星的高度是35000公里)。
德國媒體稱“中國是美國在激光武器研發(fā)上最強(qiáng)大的對手,在某些領(lǐng)域甩了美國幾條街”。有軍事專家透露,中國的激光武器水平在全球已經(jīng)“名列前茅”。有國際軍事觀察家稱,中國正在發(fā)展一種重型戰(zhàn)略激光武器系統(tǒng)主要用于戰(zhàn)時摧毀敵方的軍用衛(wèi)星及"空間站"。
至于常規(guī)激光武器,我軍99式主戰(zhàn)坦克上,已經(jīng)裝備了“激光壓制觀瞄系統(tǒng)”。該系統(tǒng)由主控電腦、激光發(fā)射器、熱成像儀和干擾機(jī)組成,通常安裝在坦克炮塔左后方的旋轉(zhuǎn)平臺上,車長與炮長均可操作。據(jù)估測,該設(shè)備能夠持續(xù)發(fā)射100兆焦左右功率的藍(lán)綠激光,其威力足以燒傷2公里以外敵軍士兵的視網(wǎng)膜,或直接給對方的光電設(shè)備造成毀傷。