《光電對抗原理與應(yīng)用》課件第7章

第7章典型光電對抗系統(tǒng)介紹7.1機(jī)載光電對抗系統(tǒng)介紹7.2艦載光電對抗系統(tǒng)介紹7.3地基激光防空武器系統(tǒng)7.4激光反衛(wèi)星系統(tǒng)

7.1機(jī)載光電對抗系統(tǒng)介紹

目前大量可考資料對傳統(tǒng)的機(jī)載光電對抗系統(tǒng)都進(jìn)行了介紹，內(nèi)容包括偵察、告警、干擾和激光武器等系統(tǒng)，其中不乏詳細(xì)的原理講解和功能描述，這里就不逐一羅列了。隨著光電對抗技術(shù)的發(fā)展，機(jī)載光電對抗系統(tǒng)也由最初的分立系統(tǒng)演變到最新第四代戰(zhàn)機(jī)的綜合電子對抗系統(tǒng)的一部分，功能和可靠性與最初裝備時已不可同日而語。由于第四代戰(zhàn)機(jī)裝備的光電對抗系統(tǒng)代表目前實用的最高水平，加之文獻(xiàn)對此前光電對抗系統(tǒng)的頻繁報導(dǎo)，因此本節(jié)不再重復(fù)介紹前幾代機(jī)載光電對抗系統(tǒng)，而主要向大家介紹第四代戰(zhàn)機(jī)上應(yīng)用的偵察、干擾和隱身系統(tǒng)，最后介紹機(jī)載高能激光武器的關(guān)鍵技術(shù)。7.1.1第四代戰(zhàn)機(jī)機(jī)載光電偵察告警系統(tǒng)

1.分布式孔徑紅外系統(tǒng)(DAIRS)

光電偵察告警系統(tǒng)發(fā)展至今大致經(jīng)歷了四代。最初的光電偵察告警系統(tǒng)各功能模塊完全獨(dú)立工作。第二代系統(tǒng)只是將控制和顯示系統(tǒng)共用。第三代系統(tǒng)實現(xiàn)了信號處理、數(shù)據(jù)處理部分的綜合，智能感知和判斷能力大大增加。第四代光電偵察告警系統(tǒng)則是整個綜合電子對抗系統(tǒng)的一部分，在第三代的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了部分孔徑的合成。第四代光電偵察告警系統(tǒng)中最具代表性的有諾斯羅普·格魯曼公司為第四代多功能戰(zhàn)斗機(jī)F-35研制的分布式孔徑紅外系統(tǒng)(DAIRS)。DAIRS又稱光電分布式孔徑傳感器系統(tǒng)(EODAS)，于20世紀(jì)90年代初期開始研制，能夠提供連續(xù)的高分辨率全空間覆蓋，其多種功能包括導(dǎo)彈逼近告警、紅外搜索與跟蹤、下視紅外目標(biāo)瞄準(zhǔn)指示、殺傷效果評定及導(dǎo)航與輔助著陸等。

DAIRS包含6個紅外傳感器，單個傳感器為1024×1024的平面陣列，可提供高分辨率的90°×90°視場覆蓋，而更為重要的是能夠以滿足戰(zhàn)術(shù)要求的幀率處理連續(xù)畫面，為飛行員實時顯示戰(zhàn)機(jī)周圍全景視圖。6個傳感器與頭盔顯示器配合，可實現(xiàn)下視、側(cè)視或后視觀察。傳感器裝置質(zhì)量輕且緊湊，每個傳感器在飛機(jī)上的位置都經(jīng)過嚴(yán)格選定，直接裝在機(jī)身上，不需要吊艙，既可保證覆蓋空域中一側(cè)的90°視場，又不會對飛機(jī)的雷達(dá)截面、氣動阻力和氣動操縱等造成影響。

DAIRS傳感器可分別完成紅外搜索跟蹤、導(dǎo)彈逼近告警、圖像識別與跟蹤等多種功能，通過一個中央核心處理系統(tǒng)從數(shù)據(jù)庫中抽取相關(guān)數(shù)據(jù)，得到分布孔徑系統(tǒng)要求的各個功能算法。在研究DAIRS的過程中，研究人員解決了大面陣焦平面陣列輸出的非均勻性校正(NUC)及時間幀積累問題，使靈敏度提高了12倍，這是實現(xiàn)導(dǎo)彈逼近告警及IRST的最大距離性能的關(guān)鍵。未來的研究工作是繼續(xù)提高分辨力，使寬視場支持4000×4000元探測器陣列。

在DAIRS的基礎(chǔ)上，諾斯羅普·格魯曼公司目前正在開發(fā)多功能紅外分布孔徑系統(tǒng)(MIDAS)。MIDAS系統(tǒng)除了將采用6個小的拱形紅外傳感器(每個覆蓋90°×90°視場，探測器陣列為1024×1024元HgCdTe)外，還包括一個高性能目標(biāo)瞄準(zhǔn)傳感器。

2.光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)(EOTS)

DAIRS只能提供1.5mrad的圖像顯示分辨率，不能完全滿足對地攻擊的性能要求，因此還需要一個更高精度的輔助瞄準(zhǔn)系統(tǒng)——光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)(EOTS)。

EOTS是在“狙擊手”SniperXR高級瞄準(zhǔn)吊艙基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。SniperXR是一個獨(dú)立的傳感器和激光指示器系統(tǒng)，用于目標(biāo)探測和識別,能夠為地面和海上目標(biāo)晝夜24小時精確打擊提供瞄準(zhǔn)。吊艙內(nèi)的傳感器有前視紅外系統(tǒng)、晝用電視攝像機(jī)、激光測距機(jī)指示器、激光光斑跟蹤器和激光標(biāo)識等。前視紅外系統(tǒng)是一個640×512元銻化銦凝視探測器，探測中紅外波段信號，采用微掃描工作方式，通過一個連續(xù)的電變焦透鏡，可形成兩個視場(4°和1°)。光源采用二極管泵浦固體激光器，工作波長為1.06μm。

EOTS約有65%的硬件與SniperXR完全相同。EOTS中其余不同部分是由SniperXR子模塊重新組裝而成的，因此技術(shù)上與之完全相同，只有軟件上具有一定改進(jìn)。EOTS外形上也由原來的吊艙重新組裝到機(jī)身內(nèi)，唯一暴露在機(jī)身外的藍(lán)寶石光學(xué)窗口設(shè)計成緊貼機(jī)身的低剖面多邊形，固定在機(jī)頭的雷達(dá)整流罩與前起落架之間滿足隱身與氣動外形雙重需求。接收的紅外信號通過光纖接口輸入到中心計算機(jī)進(jìn)行處理。

EOTS系統(tǒng)兼有空對空目標(biāo)探測、對地對海紅外搜索與跟蹤功能，具有探測距離遠(yuǎn)、目標(biāo)探測精度高等特點(diǎn)。EOTS能夠在整個執(zhí)行任務(wù)的過程中連續(xù)工作，而用作目標(biāo)指示和跟蹤的前視紅外系統(tǒng)只有在武器投放時才會工作。同時EOTS光電瞄準(zhǔn)系統(tǒng)可與激光等其他光電傳感器綜合，完成目前各類機(jī)載瞄準(zhǔn)吊艙的功能。7.1.2第四代戰(zhàn)機(jī)機(jī)載光電干擾系統(tǒng)

1.“彗星”拖曳式紅外誘餌

“彗星”拖曳式誘餌是由雷聲公司開發(fā)出的一種新型面源紅外誘餌，代表了目前最先進(jìn)的機(jī)載紅外誘餌技術(shù)?！板缧恰庇葾N/ALE-52對抗投放系統(tǒng)投放，施放時間延長至30min，最初計劃將其安裝在A-10飛機(jī)上。與此前的紅外誘餌(如ALE-50(V))相比，該系統(tǒng)具有如下顯著特點(diǎn)：采用可調(diào)諧投放技術(shù)，對不同的飛機(jī)、環(huán)境情況投放速度可調(diào)；無需導(dǎo)彈告警接收機(jī)引導(dǎo)提示，可先行投放以干擾紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的發(fā)射；增加了多光譜熱源、動態(tài)軌跡、面燃燒以及雙色熱源等技術(shù)，對紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈實施寬頻段干擾；可施放人眼無法看見的特殊干擾材料。

2.戰(zhàn)術(shù)定向紅外(TADIRCM)系統(tǒng)

海軍研究實驗室(NRL)和BAE系統(tǒng)公司的桑德斯(Sunders)分部研制的TADIRCM系統(tǒng)包括6個雙色紅外凝視傳感器、1個信號處理器、1個小型紅外激光器以及2個緊湊型指示器／跟蹤儀。為提高探測概率和降低虛警率，TADIRCM系統(tǒng)采用雙色凝視焦平面陣列代替AAR-57(V)凝視型紫外傳感器實現(xiàn)導(dǎo)彈告警。為兼顧預(yù)警范圍和跟蹤精度，TADIRCM系統(tǒng)具備寬視場捕獲和窄視場跟蹤功能。由于雙色傳感器能夠有效鑒別地物干擾，抑制陽光及閃光干擾，加之采用了先進(jìn)的信號處理算法，TADIRCM的告警系統(tǒng)能在雜波環(huán)境中發(fā)現(xiàn)敵方發(fā)射的導(dǎo)彈，并迅速鎖定目標(biāo)。一旦鎖定目標(biāo)進(jìn)入跟蹤狀態(tài)，TADIRCM就利用桑德斯(Sanders)公司的“敏捷眼”紅外多波段激光器作為干擾光源實施干擾。TADIRCM所用“敏捷眼”紅外激光器是一種二極管抽運(yùn)的Tm:Ho:YLF激光器，能夠在紅外制導(dǎo)常用的3個波段同時輸出激光，在波段1、波段2和波段4，干擾功率分別達(dá)到5W、0.5W和5W。TADIRCM系統(tǒng)采用閉環(huán)的工作方式，能夠大大增強(qiáng)干擾效果，總的干擾時間有3~4s，完全符合戰(zhàn)斗機(jī)自衛(wèi)系統(tǒng)干擾時間的要求。TADIRCM的微型干擾頭尺寸小，對飛機(jī)氣動布局影響小。在干擾頭上裝有一個導(dǎo)電外殼，以降低表面不均勻性。這種設(shè)計同樣是為了滿足飛行氣動性能和隱身性能方面的雙重要求。

1999年進(jìn)行的試驗中，美海軍在白沙導(dǎo)彈靶場用TADIRCM系統(tǒng)成功干擾了空空導(dǎo)彈。海軍使用的TADIRCM系統(tǒng)與空軍的不同，它使用的是開環(huán)干擾模式。試驗中導(dǎo)彈從7km外的F-15上發(fā)射，受TADIRCM系統(tǒng)干擾的脫靶距離達(dá)到驚人的5km。在2s的有效干擾時段內(nèi)，導(dǎo)彈以螺旋飛行軌跡偏離目標(biāo)。與海軍開環(huán)工作模式相比，F(xiàn)-35的閉環(huán)工作模式更能有效干擾紅外/激光制導(dǎo)導(dǎo)彈，因此可以預(yù)測F-35搭載的TADIRCM實際性能會更好。7.1.3第四代戰(zhàn)機(jī)光電隱身系統(tǒng)

以B2和F117為代表的第二代隱身飛機(jī)主要采用獨(dú)特的氣動外形來降低飛機(jī)的可探測性，但機(jī)動性卻受到很大影響。由于飛機(jī)的發(fā)動機(jī)、尾噴管以及蒙皮等部位是紅外輻射熱量最強(qiáng)、最集中、最易遭到紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈攻擊的薄弱環(huán)節(jié)，因而美軍在第二代隱身飛機(jī)上就采取了有效的紅外隱身措施，如采用散熱量低的渦扇發(fā)動機(jī)和能夠使排氣系統(tǒng)的紅外輻射源快速消散在大氣中的二元扁平式尾噴管，使F-l17A和B-2第二代隱身飛機(jī)在實戰(zhàn)中成功地躲避了敵方紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈的攻擊。

F-22基本沿用了第二代較成熟的紅外隱身技術(shù)。此外，為了提高飛機(jī)的機(jī)動作戰(zhàn)性能，避免因增加加力燃燒室而造成發(fā)動機(jī)尾焰溫度升高，F(xiàn)-22還采用了矢量可調(diào)管壁來降低發(fā)動機(jī)及其尾焰的紅外輻射強(qiáng)度，同時在發(fā)動機(jī)尾噴管里裝設(shè)了液態(tài)氮槽來降低噴嘴的出口溫度。在F-22的表面、發(fā)動機(jī)、后機(jī)身及排氣系統(tǒng)等紅外輻射源集中的部位涂覆了工作在8~14μm波段的低輻射率紅外涂料，使該機(jī)具有更好的紅外隱身特性。為了降低飛機(jī)的激光反射特性，F(xiàn)-22采用平板式外形和尖銳邊緣以及翼身融合的隱身設(shè)計結(jié)構(gòu)，并在其機(jī)翼尖銳邊緣、機(jī)身及表面涂覆激光隱身吸波材料。

由于F-22所具有的隱身性能足以對付2010年前后的防空威脅，因此，F(xiàn)-35在很大程度上利用了F-22的隱身技術(shù)成果。F-35的隱身設(shè)計重點(diǎn)在降低成本上。F-35維護(hù)隱身性能所需的外場工作量及費(fèi)用比二代隱身飛機(jī)均下降近一倍，其生產(chǎn)成本和隱身維護(hù)所需費(fèi)用比F-22大幅度降低。它采用的隱身涂料也更具耐久性、抗毀性且易于維修。為適應(yīng)對地攻擊需求，F(xiàn)-35更加注重可見光隱身技術(shù)的應(yīng)用。目前，美國正致力于一種可見光隱身材料的研發(fā)工作。這種工作用于F-35上的電致變化材料，可有效降低飛機(jī)的可見光特性。這種電致變化材料是一種能發(fā)光的聚合物薄膜，在通電時薄膜可以發(fā)光并改變顏色，不同的電壓會使薄膜發(fā)出藍(lán)色、灰色、白色的光，必要時該薄膜可形成濃淡不同的色調(diào)。把這種薄膜貼在飛機(jī)表面，通過控制電壓大小，便能使飛機(jī)的顏色與天空背景一致。美國佛羅里達(dá)大學(xué)已開發(fā)出一種具有這種功能的“電致變色”聚合物。7.1.4機(jī)載高能激光武器系統(tǒng)

高能激光武器不論用于防御還是進(jìn)攻，都具有其他傳統(tǒng)武器不可比擬的優(yōu)勢。高能激光武器以光速傳輸能量，攻擊目標(biāo)的速度與光速相同，傳輸時間可以忽略不計，因此在毀傷目標(biāo)時無需計算提前量，瞬間即中。高能激光武器主要依靠紅外探測器捕捉、跟蹤目標(biāo)，作戰(zhàn)過程不受電磁波干擾，防御方難以利用電磁干擾手段降低其命中目標(biāo)的概率。高能激光武器發(fā)射時無后坐力，轉(zhuǎn)移火力快，可在360°范圍內(nèi)調(diào)整火力，擊中一個目標(biāo)后只需調(diào)整一下角度即可攻擊另一個目標(biāo)，從而能在短時間內(nèi)大批毀傷空中目標(biāo)。美國軍方正是看中了機(jī)載高能激光武器的這些優(yōu)點(diǎn)，從20世紀(jì)90年代開始大力開展這方面的研究。

1．機(jī)載高能激光系統(tǒng)組成

典型的高能激光系統(tǒng)，如機(jī)載激光(ABL)和戰(zhàn)術(shù)機(jī)載激光(ATL)等，作戰(zhàn)系統(tǒng)通常包括三個子系統(tǒng)，即目標(biāo)捕獲和跟蹤系統(tǒng)、大氣補(bǔ)償系統(tǒng)和激光打擊系統(tǒng)。目標(biāo)捕獲和跟蹤系統(tǒng)引導(dǎo)光束跟蹤打擊目標(biāo)；大氣補(bǔ)償系統(tǒng)發(fā)射并接收信標(biāo)照明光，估算大氣抖動，由自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)對高能打擊光束提前補(bǔ)償；而高能激光打擊系統(tǒng)的作用不言自明。圖7.1為高能激光武器系統(tǒng)的組成及作戰(zhàn)過程示意圖。捕獲到目標(biāo)之后，為使集中到傳感器上的激光能起到致盲、破壞作用，大氣抖動的補(bǔ)償必不可少。這一過程需要借助照明光束。通過接收信標(biāo)照明光束反射信號估算傳播路徑中的大氣效應(yīng)，經(jīng)自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)補(bǔ)償，可達(dá)到最佳攻擊效果。圖7.1高能激光武器系統(tǒng)的組成及作戰(zhàn)過程示意

2.ABL計劃

ABL計劃最早可追溯到20世紀(jì)70年代，當(dāng)時的機(jī)載激光實驗室(ALL)提出用高能激光摧毀彈道導(dǎo)彈的構(gòu)想，后來為美國軍方采納，作為戰(zhàn)略防御計劃(SDI)的一部分。但是受限于當(dāng)時的技術(shù)，并沒立即實施。ABL計劃正式開始于20世紀(jì)90年代初，其系統(tǒng)主要部件有載機(jī)平臺(波音747-400F飛機(jī))、傳感器系統(tǒng)、被動紅外傳感器、高能激光光源裝置(目前是化學(xué)氧碘激光器COIL)以及瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)，系統(tǒng)樣機(jī)如圖7.2所示。圖7.2

ABL樣機(jī)(載機(jī)為波音747)它的作戰(zhàn)過程是：先用機(jī)上360°視場的被動紅外傳感器探測目標(biāo)，再采用波長1.06μm的多光束激光器照明目標(biāo)，經(jīng)高分辨率成像傳感器進(jìn)行成像，通過主望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行觀察以獲得良好的跟蹤數(shù)據(jù)，隨后引導(dǎo)信標(biāo)激光和殺傷光束。信標(biāo)光束比殺傷光束稍早一些發(fā)出，以便對殺傷光束所要經(jīng)過的大氣路徑進(jìn)行測量。殺傷光束在信標(biāo)激光到達(dá)目標(biāo)并返回后發(fā)出。研究表明，由7架ABL載機(jī)組成的機(jī)群能對戰(zhàn)區(qū)級沖突地區(qū)提供最佳的彈道導(dǎo)彈防御。初步作戰(zhàn)方案是，由7架ABL飛機(jī)組成的作戰(zhàn)機(jī)群中，至少應(yīng)使用5架部署在一個軍事危急區(qū)域，可形成兩條反導(dǎo)軌道，但要形成24小時的作戰(zhàn)能力需要7架載機(jī)，攜帶足夠進(jìn)行200次發(fā)射所需的燃料。數(shù)百萬瓦的激光通過2m直徑的發(fā)射望遠(yuǎn)鏡發(fā)射出去，足以攻擊遠(yuǎn)至600km處的目標(biāo)。

1992~1996年是ABL計劃的概念驗證階段，主要進(jìn)行COIL的小規(guī)模試驗、強(qiáng)激光大氣傳輸特性和光束控制。到1996年已完成了一系列地基外場試驗，證實了COIL能夠提供滿足作戰(zhàn)需求的兆瓦級輸出功率。試驗還模擬了機(jī)載激光器在戰(zhàn)區(qū)導(dǎo)彈防御作戰(zhàn)情況下預(yù)計將遇到的強(qiáng)烈湍流條件和傳輸環(huán)境，重復(fù)并成功地演示驗證了自適應(yīng)光學(xué)補(bǔ)償和閉環(huán)跟蹤能力。1996年6月美軍成功地進(jìn)行了兩次主動跟蹤助推段飛行的彈道導(dǎo)彈的試驗，證實了主動跟蹤的可行性。

1997年2月，ABL計劃進(jìn)入技術(shù)設(shè)計和降低風(fēng)險階段，1998年1月成功地完成了歷時1個月的系列風(fēng)洞試驗，驗證了機(jī)載激光器關(guān)鍵部件——10.4英寸鼻錐轉(zhuǎn)塔和激光器排氣系統(tǒng)的設(shè)計性能。1998年6月，TRW公司設(shè)計的幾十萬瓦級的單個激光器模塊成功進(jìn)行了地面“第一束光”試驗。此后，在光束控制方面，先后突破了變形鏡、大帶寬控制回路、低功率信標(biāo)照明激光器等技術(shù)，大氣數(shù)據(jù)分析也取得了重要進(jìn)步，為COIL機(jī)載試驗鋪平了道路。

2000年4月，美國國防部會同空軍和彈道導(dǎo)彈防御局對ABL進(jìn)行審查和風(fēng)險評估，認(rèn)為風(fēng)險已經(jīng)降到可以接受的程度，ABL計劃從子系統(tǒng)研發(fā)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)組裝階段。2002年ABL載機(jī)平臺進(jìn)行了首次飛行。同時，COIL高能激光系統(tǒng)轉(zhuǎn)入愛德華茲空軍基地的系統(tǒng)綜合實驗室(SIL)進(jìn)行地面試驗，如圖7.3所示。圖7.3

ABL地面實驗系統(tǒng)到2004年，首架樣機(jī)組裝完成，被命名為YAL-1A，如圖7.4所示。它采用波音747-400F作為載機(jī)，由6個COIL高能激光模塊、2個低功率固體信標(biāo)激光器、CO2激光測距系統(tǒng)、機(jī)鼻旋轉(zhuǎn)炮塔和光束控制系統(tǒng)等組成。2004年12月該樣機(jī)成功進(jìn)行了首次飛行。圖7.4

YAL-1A系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

2005年ABL計劃有兩個目標(biāo)：一是低功率系統(tǒng)的束控-火控飛行試驗，二是在實驗室里實現(xiàn)6模塊COIL的滿功率運(yùn)行。2005年8月1日，導(dǎo)彈防御局宣布，ABL飛機(jī)歷時8個月，經(jīng)過20多次飛行試驗，驗證了機(jī)載激光的高級作戰(zhàn)管理系統(tǒng)和束控-火控系統(tǒng)，實現(xiàn)了機(jī)載激光2005年的目標(biāo)。同年12月，空軍宣布，機(jī)載激光的兆瓦級COIL在發(fā)射功率和持續(xù)輻照時間上已經(jīng)達(dá)到要求，成功地實現(xiàn)了2005年的預(yù)期目標(biāo)。

2007年7月，ABL完成了空中模擬攻擊試驗，通過跟蹤、瞄準(zhǔn)和模擬攻擊空中目標(biāo)，對機(jī)載激光器的戰(zhàn)場管理系統(tǒng)以及束控-火控系統(tǒng)的性能進(jìn)行了演示驗證，并成功補(bǔ)償了大氣擾動。2008年2月，ABL計劃成功將6個COIL高能激光模塊全部裝入載機(jī)，使ABL的研究與應(yīng)用又向前邁進(jìn)了一大步。在美國2009財政年度軍事預(yù)算中，“彈道導(dǎo)彈升空階段防御”(ABL機(jī)載激光器)計劃總投資4.212億美元，必將為ABL迎來新的發(fā)展。

3．ATL計劃

作為ABL的戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用，先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)激光ATL計劃在2000年被美國國防部納入研究計劃，2002年與波音公司正式簽訂合同。經(jīng)過多年的發(fā)展，2007年，波音公司領(lǐng)導(dǎo)的小組就在一架經(jīng)過改裝的美空軍洛克希德-馬丁C-130H“大力士”運(yùn)輸機(jī)上安裝了一臺高能COIL激光器，直徑為1.27m的激光旋轉(zhuǎn)炮臺從機(jī)腹伸出，能發(fā)出寬度約10cm的激光束，并在15km的戰(zhàn)術(shù)距離內(nèi)命中地面目標(biāo)。激光束的瞄準(zhǔn)點(diǎn)和作用時間都可以調(diào)整，因此對目標(biāo)的破壞程度也能控制。據(jù)最新報道，美國波音公司日前成功進(jìn)行了由C-130H運(yùn)輸機(jī)搭載的高能激光武器的首次地面試射。這次試射是2007年5月13日在新墨西哥州的柯特蘭空軍基地進(jìn)行的。此前，高能COIL激光器已經(jīng)在柯特蘭空軍基地的戴維斯先進(jìn)激光廠房中進(jìn)行了50多次實驗室試驗，以驗證其可靠性。這次是首次將其安裝到C-130H運(yùn)輸機(jī)上，將ATL系統(tǒng)作為整體進(jìn)行試射。ATL樣機(jī)如圖7.5所示。圖7.5

ATL樣機(jī)(載機(jī)為C-130H)

7.2艦載光電對抗系統(tǒng)介紹

艦載光電對抗系統(tǒng)的作用是保護(hù)水面艦艇不受光電制導(dǎo)武器和激光武器襲擊，同時確保己方光電設(shè)備能夠正常工作。其功能包括：對敵光電信號的偵察、識別和截獲并及時告警；對敵光電設(shè)備進(jìn)行干擾，使其無法正常工作；針對敵我雙方特點(diǎn)，實施反偵察、反干擾措施等。自從美國將硬摧毀納入綜合電子戰(zhàn)范疇之后，強(qiáng)激光武器也進(jìn)入到光電對抗的領(lǐng)域，而且扮演著越來越重要的角色。艦艇在運(yùn)載能力上有著得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，可以搭載飛機(jī)、汽車等難以承載的設(shè)備，為大型激光武器系統(tǒng)提供了理想的平臺。為在短時間內(nèi)摧毀目標(biāo)，部分高能激光武器需要數(shù)百千瓦到兆瓦級的輸出功率，激光器因此會做得非常龐大，如中紅外先進(jìn)化學(xué)激光器(MIRACL，見圖7.6)就是這樣。圖7.6中紅外先進(jìn)化學(xué)激光器(MIRACL)自由電子激光器具有輸出功率高、波長可調(diào)和轉(zhuǎn)換效率高三大特點(diǎn)，成為目前海軍重點(diǎn)發(fā)展的激光武器光源。因需要高能粒子加速器和擺動器，注定它在短期內(nèi)只適合陸基和艦載激光武器。適用于高功率激光束的光學(xué)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和光束引導(dǎo)系統(tǒng)在體積和重量上也遠(yuǎn)大于機(jī)載系統(tǒng)，同時艦艇航行速度要遠(yuǎn)低于飛機(jī)飛行速度，光束傳播的大氣環(huán)境迥異，這些不同之處是本節(jié)重點(diǎn)考慮的內(nèi)容。7.2.1艦載光電告警系統(tǒng)

1.AN/AAR-44機(jī)/艦載紅外警戒系統(tǒng)

AN/AAR-44機(jī)/艦載紅外警戒系統(tǒng)是辛辛那提電子公司研制的一種對來襲導(dǎo)彈告警的紅外接收機(jī)。該系統(tǒng)用于飛機(jī)和艦船自衛(wèi)，能自動告警和發(fā)出指令控制紅外干擾，現(xiàn)已裝備到海軍直升機(jī)和水面艦艇。該系統(tǒng)能連續(xù)地在半球空間進(jìn)行邊搜索邊跟蹤，同時驗證導(dǎo)彈的發(fā)射，向飛行員發(fā)出導(dǎo)彈位置的告警和自動控制對抗措施，以遏制導(dǎo)彈威脅和增強(qiáng)飛機(jī)的生存能力。

AN/AAR-44采用凝視傳感器，能識別威脅并自動控制對付威脅的對抗措施，還能在太陽輻射、復(fù)雜地理背景、水和干擾的環(huán)境中進(jìn)行多狀態(tài)鑒別和對抗多個威脅。它主要用于防御地空和反艦導(dǎo)彈，可對付多枚SA7、SA9紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈。該系統(tǒng)由圓錐形檢測器、處理機(jī)和顯示控制器組成。檢測器安裝在飛機(jī)機(jī)身的后下方，連續(xù)搜索下半球空域，跟蹤來襲導(dǎo)彈。在顯示器上給出導(dǎo)彈的精確方位參數(shù)，并能發(fā)出命令及音響告警。該系統(tǒng)還能自動啟動對抗裝置，可引導(dǎo)定向紅外對抗系統(tǒng)實施干擾等對抗手段。

2.AN/SAR-8紅外搜索與目標(biāo)指示系統(tǒng)

AN/SAR-8系統(tǒng)是由加拿大海軍和美國海軍聯(lián)合研制的。第1個系統(tǒng)于1989年交付美國海軍進(jìn)行廣泛的陸上試驗。第2個系統(tǒng)于1990年交付，裝載在艦艇上進(jìn)行海上試驗。1993年該系統(tǒng)又進(jìn)行了艦艇自防護(hù)系統(tǒng)的海上試驗，已裝備在美國和加拿大的3000t級以上的水面戰(zhàn)艦和航空母艦上。

AN/SAR-8系統(tǒng)用于補(bǔ)充艦載雷達(dá)警戒系統(tǒng)，用來探測和報警掠海飛行反艦導(dǎo)彈、飛機(jī)、艦船對己方艦艇的威脅。在電子對抗或反輻射導(dǎo)彈威脅的情況下，該系統(tǒng)根據(jù)威脅目標(biāo)的不同紅外特征，探測和報警目標(biāo)對艦船的威脅。它用2s時間掃描360°的全方位，自動指示目標(biāo)，將目標(biāo)精確的方位角、俯仰角及有關(guān)信息提供給艦載對抗系統(tǒng)或武器系統(tǒng)。該系統(tǒng)所采用的對目標(biāo)邊掃描邊跟蹤技術(shù)可以探測到新的目標(biāo)。其技術(shù)性能是:視場方位角360°，俯仰角20°，工作波段為3~5μm和8~14μm，探測距離大于10km。

3.光纖激光告警系統(tǒng)

1994年，美國Varo公司系統(tǒng)部光電系統(tǒng)分部為美國海軍研制了一套光纖激光告警系統(tǒng)。該系統(tǒng)可供飛機(jī)、艦船和陸基等多種作戰(zhàn)平臺裝載使用?；鞠到y(tǒng)的探測波長為0.4～1.0μm，使用模塊后，探測波長的范圍可擴(kuò)大。系統(tǒng)配有6個傳感器，每個傳感器視場為90°。其傳感器十分微小，可平鑲在平臺上的任何地方。使用時將其中4個傳感器安裝在最大的平臺上，以便提供激光束照射的全方位告警。該系統(tǒng)可測定威脅激光束的方向和波長，并顯示在雷達(dá)告警接收機(jī)的顯示器上。美國海軍對該系統(tǒng)進(jìn)行了試驗，主要測試了系統(tǒng)探測和識別激光束波長的能力。7.2.2艦載光電干擾系統(tǒng)

1.艦外超快速散開無源干擾系統(tǒng)MK36SRBOC

MK36SRBOC是美國海軍典型的現(xiàn)役艦載箔條/紅外誘餌發(fā)射系統(tǒng)。該系統(tǒng)配備有紅外、箔條以及紅外、箔條組合彈，可對付雷達(dá)制導(dǎo)、紅外尋的和雷達(dá)/紅外復(fù)合制導(dǎo)的反艦導(dǎo)彈。干擾方式有“質(zhì)心式”、“轉(zhuǎn)移式”和“沖淡式”三種。六管發(fā)射裝置成對以45°、55°、65°仰角固定安裝，視艦艇噸位大小，在艦上的配置可以是兩座裝也可以是四座裝，其中航母上均采用四座裝。射程分為5擋，在誘餌彈發(fā)射前裝定，最大射程為4km。儲彈箱每箱可存放35枚誘餌彈。箔條彈作戰(zhàn)時以接力方式連續(xù)發(fā)射，使導(dǎo)彈不斷偏移，或者重新發(fā)射，每30s一次。紅外干擾彈的作戰(zhàn)性能參數(shù)為：反應(yīng)時間6s，燃燒時間大于40s，可干擾頻段為3~5μm，輻射強(qiáng)度大于2000w/sr。

MK36SRBOC是一個智能化程度很高的系統(tǒng)，能自動響應(yīng)空中威脅，能自動檢查和識別誘餌彈，自主發(fā)現(xiàn)啞彈并及時采取最佳替代措施，還可以自動定期檢測系統(tǒng)故障等。

美國航母、巡洋艦、驅(qū)逐艦、兩棲作戰(zhàn)艦艇等都裝備了該系統(tǒng)。該系統(tǒng)也廣泛裝備日本海上自衛(wèi)隊的驅(qū)逐艦和護(hù)衛(wèi)艦。中國臺灣海軍作戰(zhàn)艦艇的電子戰(zhàn)裝備大多數(shù)由美國進(jìn)口或合作研制，體系與美海軍相仿，普遍裝備了該無源干擾發(fā)射系統(tǒng)。

2.英國“SuperBarricade”誘餌系統(tǒng)

SuperBarricade(超級防柵)屬于英國“防柵”誘餌系列，是在BarricadeMKⅠ、MKⅡ和MKⅢ的基礎(chǔ)上改進(jìn)的。該系統(tǒng)于1987年開始研制，20世紀(jì)90年代初開始服役于芬蘭海軍，并且已向澳大利亞、馬來西亞、挪威等國出口。系統(tǒng)的主要特色是可提供多層軟殺傷防御能力保護(hù)艦艇。它能以遠(yuǎn)程“迷惑”方式、中程“沖淡”和“轉(zhuǎn)移”方式以及近程“質(zhì)心”方式工作，對抗處于不同階段的紅外反艦導(dǎo)彈。英國馬來亞航空公司正在研究上部有六個發(fā)射管的橫移機(jī)構(gòu)，目的是為了使發(fā)射管能在方位上回轉(zhuǎn)，以優(yōu)化誘餌干擾彈的布放。

3.俄羅斯PK-10系統(tǒng)

PK-10系統(tǒng)現(xiàn)服役于俄羅斯、格魯吉亞、烏克蘭海軍。俄所有“現(xiàn)代級”驅(qū)逐艦上都裝有該系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括10個KT-216發(fā)射裝置、1個控制臺和一些誘餌彈。每個發(fā)射裝置由10個120mm口徑、仰角固定約45°的發(fā)射管組成，發(fā)射裝置是可旋轉(zhuǎn)的。簡易的控制臺最多可控制4個發(fā)射裝置。誘餌彈都采用“質(zhì)心”干擾樣式。發(fā)射的誘餌彈有3種，即SR-50箔條彈、SOM-50紅外/激光混合彈和SK-50箔條/激光混合彈。PK-10系統(tǒng)和SOM-50紅外/激光混合彈以及Spektr-F“半杯”型激光測向告警系統(tǒng)一起組成了一體化軟殺傷防御系統(tǒng)，能有效地對抗激光、紅外和雷達(dá)制導(dǎo)的威脅。

4.法國“達(dá)蓋”系統(tǒng)

“達(dá)蓋”(Dagaie，法國海軍稱之為AM-BLIB)系統(tǒng)是EE防御公司研制的近距離速爆式無源干擾系統(tǒng)。DagaieMK1系統(tǒng)于1980年開始批量生產(chǎn)，DagaieMK2于20世紀(jì)90年代研制成功，DagaieMK3即將問世。前兩種系統(tǒng)現(xiàn)已裝備近100艘法國海軍艦艇并出售給16個國家的海軍。適裝范圍從250t的快艇直至3800t的驅(qū)逐艦。“達(dá)蓋”系統(tǒng)可在艦艇左右舷對稱配置兩座或四座發(fā)射裝置，視需要而定。每座發(fā)射裝置有8～10個標(biāo)準(zhǔn)干擾彈箱。每箱裝有33枚箔條彈或34枚紅外彈，每枚箔條彈又有4枚子箔條彈，發(fā)射架可自由回轉(zhuǎn)360°，回轉(zhuǎn)速度為1.5rad/s，瞄準(zhǔn)精度優(yōu)于3°，但不能在俯仰方向上轉(zhuǎn)動。發(fā)射仰角調(diào)整范圍為15°~80°。為了使箔條云具有更大的發(fā)射面積，“達(dá)蓋”系統(tǒng)采用箱式發(fā)射裝置和子母彈結(jié)構(gòu)，當(dāng)一箱33枚箔條彈齊射時，在空中形成132個散開點(diǎn)，箔條云團(tuán)的等效雷達(dá)反射截面積達(dá)5000m2。34枚紅外彈在0.5s發(fā)射完畢，其中8枚瞬間激活,其余26枚持續(xù)激活，使紅外干擾持續(xù)時間達(dá)32s，產(chǎn)生3~5m窗口輻射，紅外輻射能量平均為2000W/立體角。為增強(qiáng)整個系統(tǒng)的干擾效果，“達(dá)蓋”還配備了REM中程電磁誘餌火箭彈，每箱能裝填4枚彈，一枚雷達(dá)反射面積大于2000m2，從而使系統(tǒng)具有沖淡和轉(zhuǎn)移功能。“達(dá)蓋”控制設(shè)備的自動化和智能化程度很高，配備10箱式發(fā)射架的“達(dá)蓋”，不僅可以有效對付導(dǎo)彈的組合攻擊，還能在10s內(nèi)自動連續(xù)實施發(fā)射，以對抗來自五個不同方位的襲擊(來襲方位角之差大于30°)。

5.SRBOC超快速散開艦載誘餌發(fā)射系統(tǒng)

SRBOC系統(tǒng)由LoralHycor公司生產(chǎn)，用于大型戰(zhàn)艦的自衛(wèi)。該系統(tǒng)由發(fā)射架、控制器、誘餌彈、儲彈箱和電源組成，可發(fā)射多種箔條彈、紅外誘餌彈和一次性使用干擾機(jī)，發(fā)射距離可達(dá)2.5km。該系統(tǒng)采用的誘餌彈有超級海爾姆Ⅲ、超級海爾姆Ⅳ、超級箔條星、超級雙子座和超級LRBOC。該系統(tǒng)自動化和智能化的程度非常高，能夠從諸多類型的假目標(biāo)中自動選擇最佳假目標(biāo)類型和最佳發(fā)射架，自動執(zhí)行最佳戰(zhàn)術(shù)發(fā)射程序以及建議最佳艦艇機(jī)動。

1枚箔條彈的反射面積可掩護(hù)1艘護(hù)衛(wèi)艦，1枚紅外誘餌彈的紅外輻射強(qiáng)度可以模擬1艘大型艦的紅外輻射，因此具有很強(qiáng)的干擾反艦導(dǎo)彈的能力。該系統(tǒng)可與艦上的電子戰(zhàn)支援系統(tǒng)、計算機(jī)及測風(fēng)、導(dǎo)航等傳感器接口。在用于大型戰(zhàn)斗艦艇防護(hù)時，每艘戰(zhàn)艦上最多可裝備10套發(fā)射器，干擾彈的裝載數(shù)量依據(jù)艦船排水量而確定。

6.RBOCⅡ艦載誘餌發(fā)射系統(tǒng)

RBOCⅡ是美國洛拉爾·?？斯狙兄频牟瓧l和紅外誘餌彈艦船發(fā)射系統(tǒng)，其組成包括迫擊炮發(fā)射器、干擾彈和相應(yīng)的控制、支援裝置等設(shè)備，用于艦艇的防護(hù)。Ⅱ型系統(tǒng)是MK33MK34、RBOC誘餌發(fā)射系統(tǒng)的改進(jìn)型，既可使用美國海軍的標(biāo)準(zhǔn)干擾彈，也可使用更大的干擾彈用于較大艦艇的防護(hù)。RBOCⅡ系統(tǒng)可與ALEX誘餌投放系統(tǒng)一起使用，構(gòu)成全自動的作戰(zhàn)系統(tǒng)。RBOCⅡ系統(tǒng)使用的干擾彈有CHAFFSTAR和CHAFFSTARⅡ型箔條彈、HIRAM和HIRAMⅡ型紅外誘餌彈、GEMIN型射頻/紅外混合干擾彈、LOROC遠(yuǎn)程箔條彈。目前RBOCⅡ系統(tǒng)已應(yīng)用于美國海軍和巴西、中國臺灣、韓國和新加坡等國家和地區(qū)的海軍艦船。

7.ALEX艦載誘餌發(fā)射系統(tǒng)

ALEX系統(tǒng)是美國洛拉爾·?？斯狙兄频男乱淮炤d誘餌發(fā)射系統(tǒng)。該系統(tǒng)采用高度模塊化技術(shù)，可以根據(jù)需要組配，安裝于不同類型的艦船。該系統(tǒng)具有三種工作方式：自動方式、半自動方式和手工方式。ALEX系統(tǒng)采用與RBOCⅡ相同的發(fā)射器管，發(fā)射相同系列的箔條和紅外誘餌彈，發(fā)射管口徑為112mm或130mm，每個發(fā)射器裝6個發(fā)射管。艦船上可成對安裝2~12個發(fā)射器，這根據(jù)艦船大小而確定。系統(tǒng)對攻擊的響應(yīng)可自動選擇最佳的誘餌彈類型、發(fā)射器、發(fā)射時間、對抗程序和艦艇機(jī)動方案。ALEX可自動檢測和識別發(fā)射管中的誘餌，對未發(fā)射的誘餌彈自動檢測和修正。系統(tǒng)能夠在現(xiàn)場進(jìn)行軟件重裝并驗證，具備標(biāo)準(zhǔn)化的控制網(wǎng)絡(luò)和靈活的接口，具有機(jī)內(nèi)自檢測等功能。據(jù)報導(dǎo)，該系統(tǒng)可取代SRBOC系統(tǒng)。

8.LAIR艦載紅外干擾機(jī)

LAIR(LampAugmentedIR)艦載紅外干擾機(jī)是洛拉爾公司根據(jù)該公司與美國海軍研究實驗室(NRL)簽訂的合同研制的，它是洛拉爾公司機(jī)載紅外干擾機(jī)的改裝型。改裝后的干擾機(jī)尺寸增大，干擾源為銫燈。美國海軍研究實驗室重視發(fā)展艦載紅外干擾機(jī)，其原因是廉價的雙色或雙調(diào)制紅外尋的器即將廣泛用于反艦導(dǎo)彈，它們能夠有效地測出艦外紅外曳光彈的溫度，轉(zhuǎn)而追蹤真正需要打擊的目標(biāo)。7.2.3艦艇光電隱身技術(shù)

由于海水背景相對較冷，一致性好，水面艦艇很容易被紅外探測器發(fā)現(xiàn)和識別。艦艇輻射的紅外信號主要分為兩類。一類是內(nèi)部輻射源產(chǎn)生的短波長輻射，主要是來自主機(jī)動力和其他設(shè)備散熱。其中以主機(jī)散熱加熱的船體鋼板和主機(jī)排放的廢氣加熱煙囪輻射的強(qiáng)度最大。由于這些部位溫度高，輻射波長相對較短，因此大量能量集中在3~5μm波段。另一類長波長外部輻射，由艦艇表面反射和吸收環(huán)境輻射產(chǎn)生。艦艇表面積大，很小的溫差也會在背景中形成強(qiáng)烈的輻射。而日光照射對艦艇加熱效果尤其明顯，超過10°仰角的日光照射會使艦艇表面與背景溫差達(dá)到10℃以上。因溫度低，輻射波長集中在8~14μm。當(dāng)前針對這兩類輻射采用了不同的措施減少紅外輻射，以達(dá)到紅外隱身的目的。

1.降低內(nèi)部輻射

冷卻和隔離是最主要的措施。在排氣系統(tǒng)終端安裝紅外抑制器(IRSS)，能夠降低煙囪管壁和排氣羽煙的溫度，從而降低它們的紅外輻射。目前大部分冷卻系統(tǒng)都采用空氣做冷媒。比如美軍采用的“邊界層紅外抑制系統(tǒng)(BLISS)”擴(kuò)散裝置，將熱廢氣與周圍空氣混合,以降低溫度。法國“拉斐特”級護(hù)衛(wèi)艦煙囪采用玻璃鋼代替鋼板制造，再涂以低輻射的特殊涂料，并對發(fā)動機(jī)排氣口和玻璃鋼排氣管作了精細(xì)的隔熱處理，從而在很大程度上抑制了紅外輻射?！氨∧だ鋮s”是直升機(jī)上常用的冷卻方案，現(xiàn)在也被借鑒到艦艇。該方案采用層層套接的薄膜導(dǎo)管誘導(dǎo)冷空氣進(jìn)入排氣管，在排氣管內(nèi)壁形成冷空氣薄膜，可使排氣管與環(huán)境溫差從高于300°降到60°左右，大大降低了紅外輻射。

水的比熱遠(yuǎn)大于空氣，可以作為更有效的降溫媒質(zhì)。向煙道噴水能夠迅速降低廢氣溫度。不過，噴水降溫存在著不足之處，凝結(jié)的水蒸氣會增加羽煙的可視信號。向煙道噴灑含鹽的海水還需要對煙道采用特殊的材料并采取適當(dāng)?shù)拇胧乐辜铀贌煹栏g。而瑞典“維斯比”級輕型護(hù)衛(wèi)艦和德國MEKOA200輕型護(hù)衛(wèi)艦則采取了相對全面的措施，將煙囪出口設(shè)在艦艇的尾部，讓廢氣從艦尾排出至海上冷卻，可將廢氣溫度降至100℃以下，而且排出的氣體大部分被艦尾的波浪所掩蓋，因此紅外特征信號很小。

2.降低外部輻射

對于艦艇表面的長波長輻射，多采用特殊涂料來減少吸收和輻射。針對日光照射，紅外隱身涂料具有較低的短波吸收率和一定的隔熱能力，可避免艦船表面吸熱升溫，降低艦體和背景的溫差。通常認(rèn)為艦體與背景溫差控制在5℃以內(nèi)時，具有較低的可探測性。隱身涂料還具有較低的發(fā)射率，以降低艦船在紅外波段的輻射能量。此外，采用水霧遮蔽也是重要的紅外隱身手段。水霧是由大量細(xì)小懸浮水粒子組成的氣溶膠，對相當(dāng)寬頻譜范圍的紅外輻射有很強(qiáng)的吸收和散射作用。通過控制水霧粒子的粒徑大小和分布、水霧的濃度與空間尺寸，可使得穿過水霧的紅外信號大大衰減，降低艦只的探測概率。7.2.4艦載高能激光武器(防空和反導(dǎo))

艦載激光武器系統(tǒng)在跟蹤、照明及光路補(bǔ)償方面與機(jī)載激光武器系統(tǒng)具有很多相似之處。本章7.1.4小節(jié)對機(jī)載高能激光武器作了較為詳細(xì)的介紹，這里只對艦載有別于機(jī)載的方面進(jìn)行補(bǔ)充。

1.中紅外化先進(jìn)學(xué)激光器/海石光束定向器(MIRACL/SLBD)

美國海軍“海石(Sealite)”計劃始于1977年，目的是實施接近實用的高能激光武器試驗。該計劃最初選用的是TRW公司研制的中紅外先進(jìn)化學(xué)激光器(MIRACL)。MIRACL是DF連續(xù)波激光器，光學(xué)諧振腔長9m，輸出光斑半徑約10cm，工作中心波長3.8μm，從3.6~4.0μm波段之間大約分布有10條受激發(fā)射譜線，輸出功率最大可達(dá)2.2MW。截止2006年，MIRACL共進(jìn)行了150余次試驗，總計三千多秒的發(fā)光測試，其中有70s在最大功率下運(yùn)行，已充分證明其可靠性。圖7.6是安裝在白沙導(dǎo)彈靶場的MIRACL，圖7.7是它的燃燒室和增益產(chǎn)生組件?！昂Ｊ惫馐ㄏ蚱?SLBD)是休斯公司為海軍設(shè)計制造的光束定向裝置，外形如圖7.8所示。SLBD主反射安裝在萬向支架上，可以高速轉(zhuǎn)向。主鏡直徑為1.8m，經(jīng)擴(kuò)束后高能光束直徑為1.5m。主鏡0.3m的外徑用于對目標(biāo)跟蹤，采用質(zhì)心跟蹤和相關(guān)跟蹤算法，設(shè)定特定空間位置門限，以減小背景噪聲的影響。圖7.9是MIRACL/SLBD的光路和結(jié)構(gòu)示意圖。圖中成像捕獲傳感器采用40cm的紅外成像望遠(yuǎn)鏡，工作波長為8~15μm，跟蹤視場為4×5mrad，用于目標(biāo)初始捕獲。采用陀螺儀穩(wěn)定的穩(wěn)定鏡可提供一個相對固定的參考視軸。

MIRACL輸出的高能激光束經(jīng)中繼鏡到達(dá)快速抖動鏡(FaskSteeringMirror)，依照跟蹤算法給出相對于穩(wěn)定鏡的偏移量，抖動鏡進(jìn)行快速偏轉(zhuǎn)，使高能激光束通過主鏡擴(kuò)束后離軸發(fā)射，持續(xù)照射目標(biāo)。由于只有抖動鏡快速偏轉(zhuǎn)，因此降低了對整個穩(wěn)定系統(tǒng)和主鏡的機(jī)動性要求，從而實現(xiàn)了對高速移動目標(biāo)的跟蹤打擊。通過調(diào)節(jié)次級反射鏡可以控制發(fā)射光束的聚焦點(diǎn)，使之落到攻擊目標(biāo)上，聚焦范圍為400m到無窮遠(yuǎn)(平行光)。除了主境外，所有中繼鏡都采用水冷散熱。主鏡反射光束直徑已經(jīng)擴(kuò)束到1.5m，功率密度較低，不需要水冷。圖7.7

MIRACL的燃燒室和增益產(chǎn)生組件圖7.8“海石”光束定向器(SLBD)圖7.9

MIRACL/SLBD的光路及結(jié)構(gòu)示意圖

2.艦載自由電子激光器

軍艦的搭載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于飛機(jī)，因此系統(tǒng)對光源的體積重量不再有苛刻的限制，基于此，負(fù)責(zé)美海軍艦載高能激光器研制的托馬斯·杰弗遜國家加速器實驗室計劃把自由電子激光器搬上軍艦。目前美國海軍暫時將氟化氘中紅外先進(jìn)化學(xué)激光器(MIRACL)作為艦載激光武器，但這只是權(quán)宜之計。海軍的研究表明，受熱暈的影響，DF化學(xué)激光器的波長對于近海的環(huán)境并不是最佳的。海軍于1995年1月告訴國會，他們不再采用MIRACL進(jìn)行確定高能激光器能否發(fā)展裝艦應(yīng)用的研究。海軍認(rèn)為，MIRACL/SLBD系統(tǒng)能滿足對付橫向目標(biāo)所需的性能，但在軍艦自衛(wèi)或者是在沿海區(qū)域支援作戰(zhàn)時，由于側(cè)風(fēng)太小，對固定目標(biāo)或者是徑向飛行的目標(biāo)來說，要求通過大氣的高功率激光束沒有或有少許移動，此時熱暈使MIRACL無法傳送足夠的能量，造成打擊效能迅速降低。尋找具有更低大氣吸收波長的激光器代替MIRACL就變得非常必要了。于是，海軍于1995年完全停止了研究DF化學(xué)激光器裝艦可行性的工作。美國海軍已經(jīng)提出了研制艦載高能激光武器的新計劃，其重要一步是重新選定適合于在沿海環(huán)境下使用的最佳波長。經(jīng)過研究，美國海軍得出結(jié)論:在1~13μm紅外波長范圍內(nèi)只有1~2.5μm波長激光的大氣傳輸性能優(yōu)于MIRACL的3.8μm波長激光的大氣傳輸性能。通過對1~2.5μm波長激光在沿海條件下的大氣吸收特性、消光特性和總的大氣傳輸特性進(jìn)行計算比較，確定了1.6μm波長為適于沿海環(huán)境下的最佳波長。

2006年10月31日，托馬斯·杰弗遜國家加速器實驗室創(chuàng)造了自由電子激光器輸出功率14.2kW的最高記錄，激光波長為1.61μm。圖7.10為直線型自由電子激光器原理圖，圖7.11是托馬斯·杰弗遜實驗室自由電子激光器的超導(dǎo)加速器。圖7.10自由電子激光器原理圖圖7.11自由電子激光器的超導(dǎo)加速器

7.3地基激光防空武器系統(tǒng)

激光武器用于防空的試驗始于20世紀(jì)70年代，最初采用的激光器是CO2激光器、HF激光器和DF激光器等，后來發(fā)展到固體激光器，試驗中多次摧毀靶機(jī)和導(dǎo)彈。激光武器用于防空具有的很多優(yōu)點(diǎn)是防空導(dǎo)彈所不具備的。激光武器以光速輸送能量打擊目標(biāo)，不論是高速飛行的飛機(jī)還是導(dǎo)彈，都可以將它們視為靜止目標(biāo)，瞄準(zhǔn)時不需要提前偏移量。考慮到輻照時間，激光武器一次作戰(zhàn)的時間只有1~2s，并且激光發(fā)射時無后坐力，只需旋轉(zhuǎn)鏡面就能夠照射新的目標(biāo)，重復(fù)打擊能力很強(qiáng)，能夠防范傳統(tǒng)意義上的飽和攻擊。此外，激光武器對光學(xué)制導(dǎo)導(dǎo)彈和靈巧炸彈有軟、硬兩種不同程度的殺傷效果。激光能量足夠高時可以將它們直接摧毀，即使能量降低幾個數(shù)量級，同樣可能對它們的制導(dǎo)系統(tǒng)造成一定的損傷，輕則短時致盲，重則永久損壞。無論如何，都可以使制導(dǎo)炸彈脫靶。并且，激光防空還具有發(fā)射成本低的特點(diǎn)。統(tǒng)計表明，激光單次射擊的成本不足防空導(dǎo)彈1/10，可以用來對付無人機(jī)、近程火箭彈等廉價目標(biāo)。所以說激光武器是對付空中目標(biāo)的有效武器之一，既可以單獨(dú)作戰(zhàn)，也可以配合其他防空武器進(jìn)行區(qū)域防空。7.3.1

“鸚鵡螺”計劃

美以合作的“鸚鵡螺”計劃(NautilusProject)是戰(zhàn)術(shù)高能激光(THEL)的重要組成部分，試驗周期從1995年5月到1996年2月，主要用于驗證激光攔截近程火炮的可行性，同時也為未來激光防空提供試驗依據(jù)。試驗采用成熟的先進(jìn)中紅外化學(xué)激光器(MIRACL)和“海石”光束定向器(SLBD)。1995年以捆綁著的火箭彈為靶標(biāo)進(jìn)行了試驗。試驗中用SLBD發(fā)射激光照射靶標(biāo)，成功地確定了摧毀這類目標(biāo)所需的光束功率，并確定了在典型的防空范圍內(nèi)進(jìn)行捕獲、跟蹤、瞄準(zhǔn)以及照射和再瞄準(zhǔn)的試驗。這些試驗都在1995年地面試驗中獲得成功。

1996年2月在白沙導(dǎo)彈靶場進(jìn)行了打飛行目標(biāo)的試驗。2月6日，首先用惰性裝藥的俄制BM-21火箭彈作靶彈進(jìn)行試驗，試驗結(jié)果表明激光束與試驗彈進(jìn)行了成功的交會，并在15s的時間內(nèi)將燒穿了靶彈彈頭的厚鋼外殼，使其在命中目標(biāo)之前被摧毀。2月9日高能激光系統(tǒng)試驗選用兩枚帶真彈頭的BM-21型火箭彈作靶彈，試驗表明，摧毀彈頭僅需幾秒鐘時間，并且摧毀第1枚火箭彈后，在不到1s的時間內(nèi)又瞄準(zhǔn)了第二個目標(biāo)。兩次攔截BM-21火箭彈的破壞機(jī)理是不同的。第一次采用的惰性裝藥的火箭彈，激光破壞彈頭只能是熔化外殼，鋼質(zhì)外殼的熔點(diǎn)在1500℃以上，所需的激光能量較高，所以激光輻照時間長。第二次試驗攔截實彈，激光加熱彈頭外殼，熱量傳至彈頭內(nèi)的高能炸藥，當(dāng)溫度升至高能炸藥的爆發(fā)點(diǎn)(300~400℃)時，引爆炸藥而使彈頭爆炸，因此所需激光能量比第一次要低得多，激光照射時間相對要短。

試驗最終表明，對從32km遠(yuǎn)處發(fā)射的導(dǎo)彈，激光器可在20km或更遠(yuǎn)處有效干擾并損傷導(dǎo)彈探測器；對無制導(dǎo)火箭可在5km距離上將其摧毀。7.3.2移動戰(zhàn)術(shù)高能激光

移動高能激光便是繼“鸚鵡螺”計劃之后實施的戰(zhàn)術(shù)高能激光高級技術(shù)概念驗證計劃(TacticalHighEnergyLaserAdvancedConceptTechnologyDemonstration，THELACTD)。由于“鸚鵡螺”計劃的巨大成功，美以雙方?jīng)Q定研發(fā)一套獨(dú)立的戰(zhàn)術(shù)激光防空系統(tǒng)，希望具有機(jī)動能力，并且能夠在戰(zhàn)場展開時迅速投入戰(zhàn)斗。

根據(jù)最初設(shè)計，除去運(yùn)載平臺外，系統(tǒng)由指揮、控制、通信和情報子系統(tǒng)(C3ISubsystem，C3IS)，高能激光器子系統(tǒng)(LaserSubsystem，LS)和跟蹤瞄準(zhǔn)子系統(tǒng)(PointingandTrackingSubsystem，PTS)三個部分組成。

C3I子系統(tǒng)控制所有雷達(dá)和激光子系統(tǒng)及跟瞄子系統(tǒng)的工作，在以色列研制和測試完畢后再運(yùn)往高能激光系統(tǒng)試驗中心進(jìn)行組裝。C3I子系統(tǒng)用射頻雷達(dá)監(jiān)視具有潛在威脅的空域，檢測識別空中目標(biāo)，確定打擊目標(biāo)，完成目標(biāo)粗跟蹤，并形成目標(biāo)狀態(tài)向量，以備跟瞄子系統(tǒng)精跟蹤之用。除此之外,該子系統(tǒng)還負(fù)責(zé)管理整個系統(tǒng)工作，下達(dá)作戰(zhàn)命令。

激光器子系統(tǒng)采用DF化學(xué)激光器，其中又包含四個二級子系統(tǒng)，即流體供應(yīng)裝置(FluidSupplyAssembly，F(xiàn)SA)、增益產(chǎn)生裝置(GainGeneratorAssembly，GGA)、壓力恢復(fù)裝置(PressureRecoveryAssembly，PRA)和激光光學(xué)裝置(LaserOpticsAssemble，LOA)。流體供應(yīng)裝置提供冷卻用水和用于壓力恢復(fù)的雙氧水，負(fù)責(zé)整個流體回路的控制，保證運(yùn)行處于安全狀態(tài)。增益產(chǎn)生裝置由44個NF3和C2H4混合氣體燃燒室組成，由F2點(diǎn)燃混合氣體，產(chǎn)生游離態(tài)F原子，饋入激光諧振腔，同時D2和He混合氣體也被注入腔中，DF被抽運(yùn)到激發(fā)態(tài)，躍遷發(fā)出激光。腔中氣體工作壓力低于大氣壓，壓力恢復(fù)裝置用來恢復(fù)腔體氣壓，使工作之后廢氣能順利排出。激光光學(xué)裝置將產(chǎn)生的激光選頻、整形輸出到瞄準(zhǔn)、跟蹤子系統(tǒng)。激光器輸出波長3.8μm，光斑直徑10cm，功率200~400kW。為便于機(jī)動，系統(tǒng)可以裝在標(biāo)準(zhǔn)的集裝箱中運(yùn)輸。跟瞄子系統(tǒng)采用功率較低的固體激光器進(jìn)行照明，用口徑75cm的望遠(yuǎn)鏡發(fā)射，通過接收目標(biāo)反射信號估算并瞄準(zhǔn)誤差和傳播路徑引起的歧變，用以修正高能激光束發(fā)送參數(shù)，起到光束定向(BD)的作用。整個瞄準(zhǔn)跟蹤子系統(tǒng)包括光束轉(zhuǎn)向裝置(BeamDirectorAssembly，BDA)、光束對準(zhǔn)和穩(wěn)定裝置(BeamAlignmentandStabilizationAssembly，BASA)、離軸跟蹤器(OffAxisTracker，OAT)、共軸跟蹤器(SharedApertureTracker，SAT)和瞄準(zhǔn)跟蹤控制器(PTSController，PTSC)。目標(biāo)瞄準(zhǔn)和跟蹤分兩步完成。由C3I子系統(tǒng)首先確定作戰(zhàn)對象，形成目標(biāo)狀態(tài)向量，PTSC根據(jù)目標(biāo)狀態(tài)調(diào)整光束轉(zhuǎn)向裝置BDA，使目標(biāo)進(jìn)入離軸跟蹤器(OAT)視場。OAT工作于遠(yuǎn)紅外波段，相比于共軸跟蹤器(SAT)，其視場更大，分辨率更低。在OAT引導(dǎo)下調(diào)整BDA，使目標(biāo)進(jìn)入SAT，由SAT進(jìn)行近紅外高精度跟蹤，用引導(dǎo)光束持續(xù)照射目標(biāo)，直到將其擊毀。

與MIRACL/SLBD不同，THEL-ACTD光路沒有采用水冷散熱，取而代之的是高透(反)鍍膜，它將鏡面的吸收減小到最低。試驗表明這是一種可行的策略。經(jīng)過四年的努力，TRW公司和與之合作的以色列公司完成了各子系統(tǒng)的設(shè)計和制造，并于2000年春在美國高能激光系統(tǒng)試驗中心(HELSTF)將整機(jī)組裝完畢。圖7.12是移動戰(zhàn)術(shù)高能激光系統(tǒng)展開效果圖。在先后進(jìn)行的一系列試驗中，已經(jīng)成功擊落“喀秋莎”系列火箭彈約30枚。在2004年的試驗中，又成功擊落遠(yuǎn)程導(dǎo)彈和迫擊炮。圖7.12移動戰(zhàn)術(shù)高能激光(MTHEL)系統(tǒng)

7.4激光反衛(wèi)星系統(tǒng)

激光反衛(wèi)星偵察始于前蘇聯(lián)。早在20世紀(jì)70年代，前蘇聯(lián)就成功用激光干擾美國偵察衛(wèi)星，使衛(wèi)星上的光學(xué)系統(tǒng)飽和。后來前蘇聯(lián)又成功進(jìn)行了十多次激光反衛(wèi)星試驗。美國在1989年1月9日通過了一項新的反衛(wèi)星武器發(fā)展計劃，將激光反衛(wèi)星武器與動能反衛(wèi)星武器放在同等重要的位置上，此舉將激光反衛(wèi)星武器推向了高速發(fā)展的快車道。同防空和反導(dǎo)激光武器類似，激光反衛(wèi)星武器也需要有強(qiáng)激光產(chǎn)生以及目標(biāo)捕獲、識別、跟蹤、照明、光路補(bǔ)償、光束控制等設(shè)施。配合不同的C3I系統(tǒng)，前面介紹的機(jī)載、艦載和陸基激光都可以作為獨(dú)立的反衛(wèi)星激光武器使用。此外，衛(wèi)星本身也可以作為很好的反衛(wèi)星平臺，也就是天基激光武器。天基激光(SpaceBornLaser，SBL)武器有兩大類：一類自身攜帶能源，能夠獨(dú)立作戰(zhàn)；另一類只有大型中繼鏡，靠反射其他獨(dú)立激光武器系統(tǒng)發(fā)射的激光作戰(zhàn)。

本節(jié)首先介紹衛(wèi)星的易損性，再介紹陸基激光反衛(wèi)試驗，最后簡單介紹未來天基激光反衛(wèi)系統(tǒng)的概念和設(shè)想。7.4.1衛(wèi)星易損性分析

衛(wèi)星是高價值偵察、通信工具，在獲取和傳遞信息中起著至關(guān)重要的作用。然而衛(wèi)星的軌道可以預(yù)先確定，暴露給反衛(wèi)星武器攻擊的時間較長(通常為100s)，并且受到攻擊時只能作簡單的規(guī)避或者根本不會主動規(guī)避，因此相對于反導(dǎo)和防空激光武器，用激光打擊衛(wèi)星具有更高的效費(fèi)比。據(jù)報道，地面反衛(wèi)星激光武器典型的作用距離大約是500~2000km，交戰(zhàn)時間為100s左右。激光束要在這段時間內(nèi)穩(wěn)定工作，對衛(wèi)星定點(diǎn)照射，達(dá)到干擾、破壞甚至摧毀衛(wèi)星的目的。按照破壞程度的不同，反衛(wèi)星激光武器對衛(wèi)星的破壞分為以下幾種：破壞衛(wèi)星硬設(shè)施，如防護(hù)層、天線、太陽能電池板等；破壞衛(wèi)星熱平衡，燒毀光電探測系統(tǒng)，造成探測器飽和的暫時致盲等不同層面、不同程度的破壞。不同的破壞視作戰(zhàn)目的而定，對激光武器的發(fā)射功率、光束質(zhì)量、光束控制也有不同的要求。從試驗結(jié)果看，硬破壞需要的功率較高，要求上靶功率密度在每平方厘米百瓦量級甚至更高，可以迅速去除熱控制材料,燒毀太陽能帆板,使高壓容器破裂,毀壞衛(wèi)星天線等，給衛(wèi)星造成不可恢復(fù)的破壞。相應(yīng)地，要求地面激光器能夠有幾兆瓦連續(xù)輸出功率?？紤]到大氣傳輸窗口，目前滿足這一輸出功率的只有氟化氘(DF)激光器和化學(xué)氧碘激光器(COIL)。實施硬破壞的激光武器系統(tǒng)的復(fù)雜度、費(fèi)用和工程管理難度都比較高，靈活性也低。相比之下，破壞衛(wèi)星熱平衡要容易得多。熱管理是衛(wèi)星設(shè)計中的