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激光制导

发布时间:2019-06-29 19:09 来源:未知 编辑:admin

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  激光制导是六十年代初发展起来的一门新技术。由于它具有一些优越的特性,如制导精度高,抗干扰能力强、结构简单、成本低、是一种新的有效的制导体制,所以在武器制导系统中被广泛应用。

  利用激光获得制导信息或传输制导指令使导弹按一定导引规律飞向目标的制导方法。激光制导炸弹(如美国“宝石路”)、激光制导导弹(如美国“海尔法”反坦克导弹)和激光制导炮弹(如“铜斑蛇”)

  使用位于载机或地面上的激光器照射目标,导弹上的激光导引头接收从目标反射的激光从而跟踪目标并把导弹导向目标。

  将攻击用弹头与指引目标用的“激光目标指示器”分开配置的。攻击时,先从地面或空中用激光目标指示器对准目标发射激光束,发射或投放的攻击性弹头前端的“寻的器”就会捕获由目标表面漫反射回来的激光,并控制和导引弹头对目标进行奔袭,直至击中目标并将目标炸掉。由于激光束的方向性极好而且发散角极小,因此,激光制导武器命中精度极高,可以说指哪儿打哪儿。如美国生产和装备的“宝石路”激光制导炸弹,其命中精度已达到1. 5米。

  激光照射器装在导引头上。这种激光制导的自动化程度高,但实际上还没有应用到反坦克导弹上。这种照射器可以将导弹的预设轨道在激光器内编码,有激光通过光的反射自主导航。该种方法抗干扰能力较强,并且制导精确,适合于在空中打击地面目标,如坦克等。

  激光接收器置于导弹上,导弹发射时激光器对着目标指示照射,发射后的导弹在激光波束内飞行。当导弹偏离激光波束轴线时,接收器敏感偏离的大小和方位并形成误差信号,按导引规律形成控制指令来修正导弹的飞行。

  光束编码是驾束制导的关键技术,激光驾束制导武器系统对导弹的控制的关键是要形成具有编码信息的激光驾束控制场。激光驾束的编码方案有多 种,如数字编码、空间偏振编码、空间扫描以及调制 盘空间编码等,其中激光空间频率编码方式应用较广。该方式抗干扰性能好,解码方式简单,易实对光强分布均匀性要求不高,但对调制盘转速稳定性要求严格。

  用激光脉冲代替红外半自动指令制导中用来传输控制指令的导线。弹上接收机用激光接收器。激光脉冲经编码后发射出去,如采用哈明码(一种能自动纠错的码)对激光脉冲进行编码。

  激光波束方向性强、波束窄,故激光制导精度高,抗干扰能力强。但是0.8—1.8微米波段的激光易被云、雾、雨等吸收,透过率低,全天候使用受到限制。如采用10.6微米波段的长波激光,则可在能见度不良的条件下使用。

  激光制导是60年代才开始发展起来的一种新技术。已出现激光半主动制导和激光驾束制导的空对地、地对空导弹以及激光制导航空炸弹。激光驾束和激光半主动制导已应用于反坦克导弹技术中。

  激光制导包括激光寻的制导和激光驾束制导。在激光寻的制导中又包括主动寻的制导、半主动寻的制导和被动寻的制导3种形式。其中技术最成熟、在战场上使用最多的是半主动寻的制导,激光制导炸弹激光制导导弹等均使用此种制导方式。

  激光半主动寻的制导是将攻击用弹头与指引目标用的“激光目标指示器”分开配置的。攻击时,先从地面或空中用激光目标指示器对准目标发射激光束,发射或投放的攻击性弹头前端的“寻的器”就会捕获由目标表面漫反射回来的激光,并控制和导引弹头对目标进行奔袭,直至击中目标并将目标炸掉。由于激光束的方向性极好而且发散角极小,因此,激光制导武器命中精度极高,可以说指哪儿打哪儿。如美国生产和装备的“宝石路激光制导炸弹,其命中精度已达到1. 5米。

  激光制导炸弹可谓威力非凡。越战之初,美军为炸毁河内附近的一座大桥曾出动了600多架飞机,投下2000多吨弹药,结果大桥安然无恙,而美军飞机却被打下20架。1968年初,美军使用了“宝石路”激光制导实验炸弹,只出动了12架飞机空投了10余枚激光制导炸弹就彻底摧毁了那座大桥,而美方却没有一架飞机损失。在海湾战争期间,以美国为首的多国部队共投掷了6520吨激光制导炸弹,有 90%击中了目标,同期投下的8万余吨非制导炸弹的命中率却只有25%。

  各军事强国纷纷加强激光制导炸弹的研制。在未来战争中如何防范激光制导武器的袭击是一个不可回避的课题。

  对付激光制导武器的常用办法是对目标进行烟幕保护,即在可能被袭击的目标周围施放烟幕,把目标隐藏在浓浓的烟幕之中。越战期间,在美军首次利用激光制导炸弹取得辉煌战果之后,越方及时使用了烟幕对电厂桥梁等目标进行了掩护。当美军又一次对这些目标进行轰炸时,投下的许多激光制导炸弹面对白茫茫的浓烟就都成了看不见目标的“瞎子”,结果竟没有一枚命中目标。

  烟幕使激光制导武器“变瞎”的原因在于烟幕能对光波产生强烈的散射和吸收。这种散射和吸收有效地遮挡了光波的通道,使“激光目标指示器”难以瞄准目标,也使激光制导武器的“寻的器”无法接收到由目标漫反射回来的引导光波。在这种情况下,激光制导武器自然也就变“瞎”了。

  烟幕保护不仅可用于对付激光制导武器,而且还可以对付其他类型的光学精确制导武器,例如红外制导武器、电视成像制导武器等。但烟幕必须在敌方的光学制导武器来袭之前的适当时间开始施放,还要选择在上风头的必要部位进行。如果在敌方袭击开始时烟幕不浓或不能充分遮掩目标,就会大大削弱其保护作用。因此烟幕保护不仅需要有效的预警系统相配合,而且还需要消耗大量的发烟器材,对于敌人突如其来的袭击很难及时进行有效的防御。

  激光制导武器之所以能够逞威,关键在于被袭击的目标通常都会对照射激光产生较强的漫反射作用。为了美观,许多建筑物都采用浅色外表,而这恰恰能够对照射激光产生强烈的漫反射,为激光制导武器提供较强的目标指示信号。既然激光制导离不开目标对照射激光的漫反射,那就应当想方设法尽可能地降低目标对激光的漫反射强度。黑化表面是减小漫反射强度的一种有效方法。

  激光制导武器通常使用波长1.06微米的激光作照射光(也有用10.6微米的)。一般建筑物表面对照射光的反射率都比较大,通常在50%左右,白色表面甚至可以达到90%左右。所以,它们很容易成为被激光制导武器打击的目标。如果用对1 .06微米和10.6微米波长的光具有高吸收率低反射率的材料覆盖表面,就可以在很大程度上实现对激光制导武器的“隐形”,使激光制导武器接收不到足够的反射激光,因而也就无法对目标进行准确的袭击。例如,灯黑涂料对1.06微米和10.6 微米光波的反射率只有5%左右。这样微弱的漫反射光就很难被激光制导武器接收到。

  使用黑色材料覆盖表面的方法有多种,既可以用涂料直接涂在建筑物表面,也可以用黑化后的板、片、膜、布等类型的材料临时覆盖(或遮掩)在建筑物表面,同时要注意经常清除黑化面上的尘土,因为尘土会增强漫反射,还要注意经常在黑化面上洒些水,使其保持湿润。湿润的黑化面可以增强对光波的吸收而减少反射,还可以起到散热降温的作用。

  激光制导武器寻找目标靠的是从目标漫反射回来的照射激光。因为漫反射是向四面八方进行的,才使得激光制导武器的寻的器随时都能捕捉到由目标反射回来的激光并把攻击方向对准目标。如果在目标的表面使用平面镜进行防护,无论照射目标的激光束来自空中还是地面,平面镜都将对照射其上的激光按反射定律产生集中的定向反射。反射光同样是很窄的光束。激光制导武器的寻的器极难捕捉到它,即使偶然碰到了反射光束,由于互相运动也很快就会错开反射光束而“ 脱靶”。而且由于镜面反射激光的能量集中,寻的器的光学元件在碰到反射光束时也容易被炸毁而失效。

  防护镜可以用玻璃、有机玻璃、聚酯等材料光洁透明的板或片(甚至较硬的薄膜)经过镀金属反光膜来制造。玻璃镜耐久性好,便于平战两用,而有机材料轻便且不易破碎,更适合战争环境。尤其是有机材料便于裁割,易于贴在各种大小不一的目标表面。

  采用镜面防护时,由于建筑物比较大,防护镜面通常都是由许多平面镜组成的。因此要注意尽量使处于同一平面的镜面在安装时保持方向一致,这样作可以减小目标被发现的几率。

  为达到更好的保护效果,还可以将施放烟幕、黑化表面以及镜面保护组合搭配使用。由于黑化表面和镜面保护是经常性起作用的,这就弥补了烟幕保护的缺陷,即使预警系统没有对敌人的来袭作出预警,来袭的激光制导武器也很难逞威。如果临战再施放一些烟幕,不论其覆盖能力如何,都会更进一步使来袭的光学制导武器丧失准确制导能力。

  导弹作为21世纪的主要武器需要有极高的精确性,所以激光制导在导弹领域引用极广,1965年美国研制成功“宝石路”激光制导炸弹,并于67年用于越南战场, 首次使用就取得了惊人的战果。从而各国军事学家开始对激光制导产生重视。各大国开始正想研究。

  制导炮弹是利用自身制导装置,发射后能在弹道末段实施控制、引导的炮弹。主要对付坦克、装甲车辆、舰艇等目标。激光制导炮弹广泛应用于反坦克领域,由于打击精确度高,在各国陆军中有极高的应用。代表有美国“铜班蛇”制导炮弹,瑞典的“斯特勒克斯”制导炮弹等。

  21世纪海军作为发展较快的军种诞生了无数的新型武器,制导鱼雷就是其中之一,早在二次世界大战时德国潜艇就想要制造一种精确度较高的鱼雷,以便进一步打击航空母舰等大型船只,激光器的发明使这一构想成为现实。激光的高精确度使得鱼雷可以更准确地远距离打击船只。

  2012年2月初,美国洛克希德·马丁公司桑迪亚国家实验室对外宣布研制了一种类似飞镖的激光制导子弹。这种激光制导子弹长4英寸(约合10.16厘米),适用于点50口径(指弹壳直径为0.5英寸,约合12.7毫米)枪族武器。研究人员称,激光制导子弹在飞行过程中能自动调整方向,像微型导弹一样击中1英里(约合1.6公里)以外的目标。这种子弹可广泛装备军队,从而提高射击的命中率,让普通士兵也拥有狙击手的神奇枪法。

  据介绍,在阿富汗战场和伊拉克战场上,由于受天气、风速、光线及目标移动等因素影响,美军士兵经常消耗大量子弹也无法命中目标。为了提高武器射程和射击精度,美国国防部高级研究计划局(DARPA)早在4年前就秘密启动了一项名为EXACTO(Extreme Accuracy Tasked Ordnance)的项目,即一种射程可达5公里的高精度武器项目。洛克希德·马丁公司桑迪亚国家实验室负责研制的这款激光制导子弹正是EXACTO项目的一部分,虽然目前还处于初级研制阶段,但其最终目标是研发一种可以自动搜索和锁定目标,并精确命中目标的子弹。

  人们常说“子弹不长眼”,但这种说法在激光制导子弹面前得改一改。与传统意义上的子弹不同,激光制导子弹突破了子弹从螺纹枪管发射后直线飞行的惯性轨迹,开辟了无动力曲线飞行的先例,直接颠覆了传统射击原理。

  在激光制导子弹的内部有一个独特的微型控制系统,其主要由两大部分构成:一是制导系统。在子弹前端有一个光学感应器,用以搜索、追踪射向目标的激光制导点,内部的传感器能将目标不断变化的信息适时传给制导和指挥元件,后者通过一个8位的中央处理器计算出需要的飞行路径,并指挥电磁传动装置。二是传动系统,主要是一个驱动电机和一个类似“鱼鳍”的微型弹尾,驱动电机可为传动系统提供持续动力,微型弹尾可不断旋转,调整方向,控制子弹迂回、曲折地击中目标。因此,有人形象地把该型子弹称作是“前长眼睛、后长鱼鳍”并且“还有头脑”的“聪明子弹”。

  相比瞄准射击的老式武器,激光制导子弹显然把步兵单兵武器带入了一个新时代。据称,与普通子弹不同,这种激光制导子弹并不靠凹槽或螺纹膛线来实现高速旋转,以保持直线飞行。它采用的是一种独特的滑膛设计,子弹发射后不必旋转,其尾部微型的“鱼鳍”在飞行过程中,能根据目标移动等信息调整方向,完成弹道偏离、自动导引和准确命中目标。研究人员称,它每秒可自动调整导航路径达30次,以保证能达到“百步穿杨”的效果。

  研究人员还通过计算机进行了空气动力学模拟测试,发现普通子弹受到外界影响每前进1公里至少偏离目标9.8米,而这种激光制导子弹在同样情况下只会偏离0.2米。因为它独特的尾翼能适应空气动力学变化,在一定限度上抵消风速和地球引力的作用,从而增大系统瞄准和直接射击距离,提高作战效能。

  桑迪亚国家实验室的研究人员称,战场上的士兵在使用激光制导子弹时,不需要依靠准星进行精确瞄准,只要锁定目标,不论朝哪个方向射击,子弹都将通过激光导航自我修订、调整飞行方向,更快速更准确地命中目标。这就大大削弱了素有“死神”之称的狙击手的作用,有人调侃地说,“狙击手可以下岗了”;也有人说,“‘三点一线’即将成为过去时”。制导子弹还有一个突出的功能:能够打击隐蔽在墙壁、战壕、石头或房屋内的敌人。

  这种激光制导子弹具有广阔的发展前景。试想,也许在不久的将来,士兵们使用装满了激光制导子弹的滑膛枪械,不必弹飞如雨,而能做到一枪干掉一个。因此,有专家称,激光制导子弹的使用,标志着步兵这个最古老的兵种也开始进入精确打击时代。该实验室的负责人称,其潜在的大客户包括军队、执法机构等。

  虽然这种激光制导子弹目前已测试成功,结果也令人欢欣鼓舞,但仍有一些问题需要解决。就连桑迪亚国家实验室的负责人也不得不承认,目前存在的最大挑战是这种子弹科技含量大,造价过高,从而导致研发经费投入不足。另外,还有专家表示,这种激光制导子弹的杀伤力不强。其初速仅有2400英尺/秒(约732米/秒),与标准的军用速度还存在差距。同时,由于其自身没有持续动力,一旦在飞行过程中改变前进方向,势必会消耗部分动能,这样其杀伤力与未制导的子弹相比就弱了很多。

  激光寻的制导是激光制导的未来发展方向。激光寻的制导是用激光器向目标发射激光波束,用接收机敏感目标反射回来的激光束,引导制导武器飞向目标。我国从上世纪70年代就开始进行激光制导方面的研究,开发出7712型激光制导炸弹,但由于命中精度不理想,并没有装备部队,此后通过对俄罗斯KAB-5090L激光制导炸弹的仿制,完全掌握了这种技术,并且在二炮部队装备。近几年随着东风21—D导弹的试射,我国在激光制导导弹领域发展极为快,而各国也在此方面进行了极大的投资,致力于研发出更强的导弹。

  21世纪随着技术的发展,国防建设也变得极为困难,激光制导技术的发展使得导弹变的更为精确,这使得敌人可以远距离打击我国的交通线。在伊拉克战争中,战争初期美军就是用激光精确制导导弹先行炸毁了伊拉克的桥梁,使得伊军的后勤补给变得混乱,从而胜利。 现代战争中,反导已是现代国防的新课题。如果做个简单的类比,激光制导武器相当于“矛”,其对抗装备则相当于“ 盾”,从目前来看“矛”领先于“盾”。随着各国军方对激光制导武器认识的加深,激光制导的对抗也越发激烈。目前服役的半主动式激光制导武器多是波长为1.06μm的脉冲激光束,且光束编码是事前预设的。作战时如向敌方激光制导武器发射与其相当的激光信号,使压制敌激光接收机或发送假信息,对方就无法使用激光制导武器,或使导弹被误导而无法命中真实目标。使用烟雾干扰。烟雾干扰仍是一种重要的对抗手段,它不仅能干扰侦察系统,使照射手看不到目标,而且对1.06μm激光能强烈吸收,使激光制导武器的激光信号被阻塞而丧失战斗力。 激光制导武器的使用要有一个侦察识别的过程,如果事先把己方的目标伪装、隐形起来,激光制导武器就无法使用。 配置激光告警器。在己方的目标上配置激光告警系统,激光制导武器在飞行中必须向目标照射激光,当警告器发觉后,己方可立即采取措施使其丧失战斗力。总而言之激光制导技术在21世纪的发展将会更加强大,而对其的防御也会做得更好。

  在21世纪中,随着科技的发展,激光制导技术也必将得到更大的发展,在军事上矛与盾的争霸也是技术发展的推动力,从激光被发现到现在应用于多种武器上,激光所走之路极为宽阔,也拥有着极大的前景。而各种激光武器的问世,使得战争变得更加残酷,但更精确的打击也使平民的伤亡减少,战争的时间缩短,进一步减少死亡。 所以我们应单一更为积极的态度去发展科技,使得科技可以更好地造福于人类,发挥出更大的积极作用。

  葛强胜,方绪怀,郭 跃 “大型桥梁抗激光制导炸弹袭击对策探讨”《光电技术应用》 第l9卷第2期  2004年4月

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