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1、. . .激光武器在军事中的应用摘要装订线现代化的战争中，战争的形式已不仅仅局限于传统的海陆空联合作战，更渗透进了电子战、心理战、媒体战等越来越丰富的对抗形式，同时，作战工具也更加多样化。而激光武器技术在现代战争中发挥着越来越重要的作用。文章简要介绍了激光武器的基本特点和部分工作原理，并对未来战争中激光武器的运用进行了分析。关键词：激光武器；自适应光学；军事应用.专业资料.The Leaser Weapon on the Military ApplicationABSTRACTIn the modern warfare, the form of war is not limited to tr
2、aditional land, sea and air combat, more penetration into the electronic warfare, psychological warfare, media war has also become increasingly diverse forms of confrontation. At the same time, operational tools become more diverse. Laser weapons technology plays an increasingly important role in mo
3、dern warfare. The article briefly describes the basic characteristics and some of the working principle of laser weapons, and the use of laser weapons in the future war. Key words：Laser weapons；Adaptive optics；Military applications目录1激光武器简介11.1激光武器的特点11.2激光武器的分类12自适应光学在激光武器中的应用32. 1大气对高功率激光传输特性的影响32
4、. 2用于战术激光武器的自适应光学系统52. 3自适应光学在高能激光武器中的应用53激光武器在未来战争中的应用展望7参考文献81激光武器简介1.1激光武器的特点高度集束激光的能量非常集中。举例说，在日常生活中我们认为太阳是非常亮的，但一台巨脉冲红宝石激光器发出的高度集中光束激光却比太阳亮200亿倍，然而它的总能量却远远小于太阳，甚至不足以煮熟一个鸡蛋。由于激光自身的种种特性，在世界军事领域，对激光的应用越来越广泛。激光技术用于军事，不仅可以提高现有常规武器的命中率，而且可为军队提供新型战术武器，从而大大增强军队在现代战争中的作战能力，其应用领域涉及雷达、测距、定向能武器、导弹、航空航天、电子对
5、抗等方面，受到各大军事强国的重视，未来有望成为军事技术最活跃的一个领域。激光武器有着相较其他传统作战工具不具有的特点。1) 反应迅速。光速以每秒30 万公里传输, 打击目标不需计算射击提前量, 瞬发即中。2) 可在电子战环境中工作。激光传输不受外界电磁波的干扰, 目标难以利用电磁干扰手段避开激光武器的射击。3) 转移火力快。激光束发射时无后座力, 可连续射击, 能在很短时间内转移射击方向, 是拦截多目标的理想武器。4) 作战使用效费比高。化学激光武器仅耗费燃料, 每发费用为数千美元, 远低于防空导弹的单发费用。 1.2激光武器的分类根据激光功率的大小和武器用途的不同, 激光武器可分为激光干扰与
6、致盲武器、战术与战略激光武器。1) 激光干扰与致盲。这类装置主要用于干扰和致盲敌方的光电传感器和敌方官兵的眼睛，近来还发展用于干扰红外制导导弹的定向红外干扰系统。例如，美国陆军AN/ PLQ-5 型激光对抗系统(LCMS) 该系统是洛克希德桑德斯公司研制的便携式多功能激光系统, 采用闪光灯泵浦固体激光器, 重约19kg ,可以安装在M-16A3步枪或侦察车上。能暂时致盲人眼, 探测和干扰光电传感器。美国海军陆战队“军刀”(Saber)203激光照明器, 该装置由空军菲利浦实验室研制，用于照明、致盲和瞄准目标。 该装置采用镍镉电池供电,工作波长为670nm, 功率400mW,有效照明距离300m
7、，重1.5 磅, 每枚电池可连续运行30min，100m处的光斑尺寸可在1m10m 之间变化。美国陆军手持式激光“致眩器”(Dazer)。步兵肩扛式发射, 重9kg。它采用金绿宝石激光器，工作波长为700nm815nm, 用于探测和干扰敌方火控系统。美国三军定向红外干扰(DIRCM)系统。目前美国三军正分别开展以脉冲二氧化碳激光器或固体激光器为红外干扰源的定向红外干扰系统研制计划, 准备装备在飞机、舰艇或军车上, 用以干扰敌方红外制导导弹系统包含一个威胁告警接收机和一台捕获跟踪器, 可时及报警并告知来袭导弹方向, 然后使激光束瞄准导弹的导引头进行干扰, 令其偏离预定的攻击方向。目前已有样机产品
8、, 并进行了飞行试验。英国的“复仇女神”(Nemsis) 定向红外干扰系统。美国诺思罗普格鲁曼公司为英国国防部研制，可用于干扰敌方的近程红外制导导弹, 提供主动防御。初期装备系统将采用非相干红外源，后续型号改用激光器。2) 战术与战略激光武器。战术激光武器是利用激光作为能量, 是像常规武器那样直接杀伤敌方人员、击毁坦克、飞机等，打击距离一般可达20km。这种武器的主要代表有激光枪和激光炮，它们能够发出很强的激光束来打击敌人。战术激光武器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。战略激光武器可攻击数千公里之
9、外的洲际导弹。可攻击太空中的侦察卫星和通信卫星等。目前, 反战略导弹激光武器的研制种类有化学激光器、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。.专业资料.2自适应光学在激光武器中的应用2. 1大气对高
10、功率激光传输特性的影响衍射与大气无关，即使在真空条件下仍然存在，是激光通过有限口径传输的必然结果，但作为激光大气传输的关键参数，远场衍射极限为1.22/D，为了提高远场距角能力， 一般需要较小的波长。早期激光武器的雏形如美国空军激光实验室ALL 就使用CO2激光， 其波段为10.6m，相同发射口径条件下，聚焦能力仅为COIL（波段1.315m）的1/64。发射口径是另一重要因素，只有较大的发射口径才能使衍射角较小。例如，美国地基反卫激光武器GBL的口径设计为3.5m，就是为了缩小几百公里外的光束聚焦半径。较大发射口径的主要问题是大气湍流问题。下文将详细讨论大气湍流造成的影响。大气湍流影响主要通
11、过Cn2来表示。主要物理概念包括Fried相干长度r0、准直平面角0、闪烁指数以及湍流频率fG。图1大气湍流强度与高度的关系Fried相干长度ro是描述大气波前畸变范围的物理量，r0越大，表示大气湍流影响越小。在地表情况下，也就是地基激光武器应用场景中，r0约为110 cm；在ABL 应用场景中，r0约为0.11m。可见，在地面条件下，大气波前畸变要比空基应用严重得多。相干长度ro是一个非常重要的物理量，一旦战术激光武器的发射口径大于该值，在没有自适应光学的补偿条件下，波前畸变将严重影响光束传输。同时，在自适应光学的波前传感器设计中，孔径阵列的口径应该为ro量级，由此测得的波前畸变才能达到要求
12、的精度。 公式 1准直平面角0是描述具有一定发散角的激光在大气中传输时、光束中的各部分可视为经历相同路径的物理量，0指所能允许的最大激光发散角。这个概念比较复杂，主要应用于自适应光学信标光。由于大气的影响，信标激光的发散角若过大，其经历的大气路径将不同，回波信号用于修正波前将无效。显然，0是距离和大气湍流强度的函数。在一定的大气湍流条件下，距离越远，0将越小，对信标光的发散角要求将越高。若0/D，自适应光学系统将无法用于修正大气。 公式 2湍流频率fG是描述大气湍流频率的物理量。在目标较近、目标运动速度较慢时，fG约为100 Hz；在目标较远、目标运动速度较快时，fG约为1000 Hz。 公式
13、 3闪烁指数是描述湍流造成的能量损失的物理量，ABL系统应用环境下，闪烁指数约为0.10.5，其正比于大气湍流强度。 公式 4 大气散射与波长有关，波长越长，散射越弱。大气吸收特性与分子的电子能级、振转能级有关。大气吸收表现出来的最主要的特点是热晕现象（Thermal blooming），热晕现象是高功率激光大气传播特有的现象。热晕现象是非线性过程，对于高功率激光产生的结果相当严重，存在临界功率Pcri，一旦大于该值，到靶功率密度将不能继续提高，反而会下降。风速将影响热晕。下图是利用THEL理论计算的结果，当风速大时，热晕现象明显降低： 图2 功率密度与发射功率、风速的关系2. 2用于战术激光
14、武器的自适应光学系统大气湍流和热晕对高功率激光远场聚焦的性能产生了严重的影响， 采用大气补偿技术能够部分克服大气影响。自适应光学系统利用相位共轭的原理抵消大气湍流的影响， 相位共轭原理如图3 所示。自适应光学系统主要包括导星（BILL）、波前传感器（Wavefront sensor）、微机（用于波前重构算法） 以及触动器（Actuators） 和变形镜（Deformblemirrors） 等主要部分。图3 相位共轭导星BILL用来测量波前信息的激光主动照明光源。为了提高成像质量，降低大气闪烁造成的影响，采用多光束主动照明，图4为多光束激光主动照明提高探测信噪比的示意图。从上节讨论可知，BILL
15、的发散角需小于0，在ABL系统中，0/(/D) 在1.20.5之间5，上限对应弱湍流情况，下限对应强湍流情况。前文已经叙述过，若该比值小于1，自适应光学将无效，这也是ABL（作用距离达几百公里）难于实现的重要原因。自适应光学在战术激光应用中并不是万能的。一方面， 当距离较远时， 大气影响将更加严重， 以至于0/(/D) 远小于1， 导致自适应光学无效； 另一方面， 当功率较高、风速较小时，非线性的热晕使得相位共轭效果很差。这时， 采用最优化焦距控制等技术具有明显的优势。2. 3自适应光学在高能激光武器中的应用激光防空武器具有极高的激光能量，它是激光作为能量载体应用的典型代表，是光电对抗武器装备中的佼佼者，它以直接摧毁敌方各种制导武器为目的。除了要求更高的激光功率以外，对跟瞄系统的精度要求也更高，而且要求反应敏捷，加之投资巨大，所以此项技术的发展和应用都令世人瞩目。
