激光干扰技术的发展动向与分析＊

2014-11-28徐大伟

舰船电子工程 2014年9期

关键词：光束波音公司激光器

徐大伟

（海军驻锦州地区军事代表室锦州 121000）

1 引言

激光对红外制导导弹的有效干扰是通过用激光饱和或损伤导弹导引头中的光学系统、电子线路、电子元器件、红外探测器件和调制盘等实现的。本文就激光干扰技术的发展动向、发展分析等，作进一步的研究和探讨［1］。

2 激光干扰技术

当激光作用于红外探测器的能量大于其破坏阈值时，导引头无信号输出，导引规律失效，导弹变为无控弹飞行，从而形成对导弹的有效干扰［2］。

2.1 干扰光斑估算

设激光发射处距红外制导导弹的距离为R，由于衍射引起的垂直于导弹表面的激光束扩散半径a：

式中θ为光束发散角，包括光束衍射发散角θy和激光光源抖动θd的影响。

式中λ为入射激光波长，D0为激光发射望远镜孔径，β为光束质量因子，取D0＝0.4m，β＝3，θd＝θy／2，可以求出当R＝5km时，在红外制导导弹导引头表面的激光光斑半径5.5cm；当R＝8km时，在红外制导导弹导引头表面的激光光斑半径8.7cm；当R＝10km时，在红外制导导弹导引头表面的激光光斑半径10.9cm。

2.2 干扰能量估算

设激光器距离红外制导导弹探测器的距离为R，激光波长为λ，激光器输出功率为P0，瞄准跟踪系统的精度为θ，大气透过率系数为τ1，整流罩透过系数为τ2，滤光片透过系数为τ3，调制盘透过系数为τ4，a是导弹表面激光束扩散半径，红外制导导弹光学镜头直径为D1，探测器光敏面直径为D2，探测器接收到的功率密度为P：

0.838 是分布在Airy斑第一暗环内的光能百分比。由上式可得：

假设光学镜头直径D1＝5cm，探测器光敏面直径为D2＝4mm。大气透过率系数τ1按前面的研究结果取值，导弹整流罩的透过率约为0.7，滤光片的透过率约为0.7，调制盘的透过率约为0.5，激光波长1.06μm，采用波长为1.06μm的激光照射该型CCD探测器的熔化破坏功率密度阈值为80w／cm2。

在中纬度夏季水平能见度为23km，垂直高度为400m的条件下，将以上各数据代入式（5）可得到激光干扰不同距离的探测器需要发射的最小能量。当R＝5km时，所需激光功率为479W；当R＝8km时，所需激光功率为1796W；当R＝10km时，所需激光功率为4652W。

3 发展动向

1）美陆军为高能激光移动演示项目寻求光束控制器。美国《军事与航空航天电子学》网站2013年8月12日报道：美国陆军激光武器专家正在进行商业调研，寻求能够设计制造在未来能击落无人机（UAV）、火箭弹、榴弹和迫击炮弹的车载50kW～100kW高能激光器的光束控制器的公司［3］。

位于阿拉巴马州亨茨维尔的美国陆军空间与导弹防御司令部8月9日发布了一项用于高能激光移动演示（HEL MD）项目的光束控制子系统（BCS）的需求信息（编号为 W9113M－07－C－0177）。

波音公司在圣路易斯的定向能系统分部一直与美国陆军合作，致力于HEL MD项目的研究，即在八轮重型军用卡车上安装能够击落无人机，火箭弹、榴弹和迫击炮弹的激光武器。

早在2011年6月波音公司已完成了HEL MD的低功率测试。去年10月波音公司取得了一项为期三年的双相HEL MD项目的研发合同，开发、测试能击落无人机的10kW激光器。其中一些测试定于今年进行，这些测试将展示波音公司的激光器在捕获、跟踪和摧毁目标方面的能力。

目前陆军新设了一个研究项目，计划研制5～10倍现有功率的激光武器，并能按照HEL MD的指挥与控制系统工作。为此，他们正在寻找能设计可靠光束控制系统的企业参与到该项目中来。

由于该光束控制系统将被安装在军用越野车上，因此要求该系统不仅具有能够击落火箭弹、榴弹、迫击炮弹、无人机和其他外露的引爆装置的定位精度，而且还能经受住车辆自身的震荡和振动。

陆军研究人员解释说，目前的光束控制系统是由若干程序集组成的，因此软件是系统集成最基本的组成部分。

目标攻击始于光束控制系统，目标感知传感器会显示目标位置，然后光束控制系统从待机模式切换到作战模式，激光器转动、瞄准、照亮目标，最终锁定一个精确的攻击点发射激光。

HEL MD系统采用开放式系统架构，模块化的设计方法。HEL MD系统可接收多个传感器的轨道数据，从中获取目标信息，进行跟踪、识别，并按目标的重要性进行分级排序，通过排除障碍信息锁定目标的轨道信息，避免轨道丢失，进一步瞄准攻击点，确定攻击时间，确保激光束击中目标，并核实目标是否已摧毁。

HEL MD系统包括激光子系统（LSS），热管理子系统（TMS），光束控制子系统（BCS），指挥、控制和通信（C3）子系统，车载平台子系统（VPS）和电源子系统（EPS）。

陆军官员称，射频干扰（RFI）技术只是规划建设，不作为此次询价的要求。

2）美国陆军开发直升机激光威胁告警系统。美国《军事与航空航天电子学》2013年8月23日报道：美国陆军航空专家需要激光检测系统以保护直升机免受使用激光测距仪、激光指示器和激光致盲武器的防空武器的威胁。专家们在美国UTC航空系统公司ISR系统分部找到解决方案。陆军合同司令部宣布向UTC航空公司授予2.085亿美元多年合同，用于开发陆军／海军有人驾驶飞机／可视化和可见光／接收、无源检测（AN／AVR－2B）激光检测系统（LDS）［4］。

AN／AVR－2激光检测直升机航电系统是一个接收、处理和显示威胁信息的被动激光告警系统，当直升机被激光照射到时以提醒机组人员采取回避行动。短程防空导弹和防空火炮通常使用激光制导。激光检测系统（LDS）显示座舱内AN／APR－39A（V）1雷达检测装置指示器的威胁信息。系统有一个接口单元比较仪和四个相同的传感器单元。

能够装载AN／AVR－2激光检测装置的直升机包括美国海军陆战队的AH－1F眼镜蛇武装直升机、陆军AH－64阿帕奇攻击型直升机、陆军 MH－60K和EH－60A黑鹰直升机、MH－47E重型运输直升机和OH－58D基奥瓦武装侦察直升机。

AN／AVS－2B（V）型激光检测系统采用的技术源于被取消的RAH－66科曼奇项目的开发技术。该系统与先前的AN／AVR－2A（V）型相比体积减小40%，重量减轻45%，功耗减少45%。系统提供增强的威胁检测和数据接口能力，并且验证可靠性增强500%。其模型已在2004年服役。

3）波音计划2013年底进行高能激光移动演示项目实弹射击试验。《简氏防务周刊》2013年10月22日报道：波音公司计划2013年底，在新墨西哥州的白沙导弹靶场进行高能激光移动演示（HEL MD）系统的实弹射击试验。届时，这一全新的战术激光武器系统将有望击落迫击炮弹和小型无人机［6］。

HEL MD是少数几个设计用于击落火箭弹、迫击炮弹和小型无人机的战术激光武器计划之一。鉴于美军在阿富汗战场受到日益增长的迫击炮、火箭弹等常规武器攻击的威胁，美军近年来加强了战术激光武器的研究。2011年底美国防部终止了空基反导激光器（ABL）项目，但美国通过该项目在激光器技术、能源制备和光束控制等领域均取得了很大进展，为其新型机载激光器的发展打下了坚实基础。HEL MD系统是一种低功率电子激光器，可以安装在A4型奥什科什重型扩展机动性战术卡车（HEMTT）上，用于击落火箭弹、迫击炮和小型无人机。

早在2011年6月，波音公司已完成HEL MD的低功率测试。2012年10月波音公司取得了一项为期三年的HEL MD10kW功率激光器的研发合同。波音公司定向能系统分部副总裁迈克尔·林恩在10月21日举行的美国陆军协会（AUSA）2013年年会上表示，波音公司已完成HEL MD系统初步测试，证明其具备使用低功率激光器跟踪火箭弹、迫击炮和小型无人机的能力。波音公司计划2013年底进行实弹射击试验，验证该系统跟踪、识别和击落迫击炮弹的能力。计划2014年初进行HEL MD系统附加的“自适应光学”测试，测试激光在灰尘或其他光学失真环境下的跟踪能力。林恩期待美国陆军空间与导弹防御司令部（SMDC）批准波音公司在2016年或2017年开始HEL MD的低速初期生产。

4）美国洛马公司验证30kW的武器级高功率纤维激光。美国洛克希德·马丁公司网站2014年1月28日报道：美国洛克希德·马丁公司最近测试了功率为30kW的电力驱动的纤维激光［7］。

试验简介。此次试验验证了有记录以来功率最高的激光，同时保持光束质量和电效率。该试验将许多纤维激光器组合成一个质量几近完美的光束，比起替代方案的固态激光技术，用电量约减少了50%。此过程称为光束组合，由多个纤维激光器模块发出光束，送入一台组合器，进而合成一个高功率、高质量的光束。每个模块所发送光束具有独特的波长。

试验意义。对于在广泛的空中、陆上和海上军事平台部署作战任务相关的激光武器系统来说，此次成功试验标志着重要里程碑。先前行业中进行的激光武器试验演示了目标捕获、跟踪和摧毁。然而，这些解决方案对于战术军事应用来说效能有限，所生成的激光效能低下，从而对大尺寸、高功率和冷却能力有所需求，但关键军事地面和空中平台无法很好地支持这些需求。

洛克希德·马丁公司高级副总裁兼首席技术官雷·乔纳森博士称，公司为军事应用提供了合适的高功率、电力驱动的激光系统。激光部件的发展、光束组合技术的成熟和提高，都将支持军事目标，为飞机、直升机、舰艇和装甲车等军事平台提供重量轻、坚固的激光武器系统。该高能激光可用作激光武器系统的核心。

4 发展分析

激光干扰技术的发展趋势：定向红外激光干扰、一体化激光干扰、小功率化学激光干扰、发展固体激光器、发展化学激光器［9］。

1）定向红外激光干扰。定向红外激光干扰（CDIRCM）技术能提供更远的作用距离和更大的灵活性，能有效干扰新一代红外导弹。

2）一体化激光干扰。为使红外激光干扰光束能及时准确指向来袭导弹，必须跟踪导弹并给出导弹的方位数据。这项功能是由导弹逼近报警系统完成的。一般采用无源红外或紫外探测的导弹逼近报警系统，它具有360°覆盖范围。

3）小功率化学激光干扰。采用TRW公司的小功率化学激光器，可在适当距离发射红外激光束，欺骗、迷惑红外导弹，使其脱靶。

4）发展固体激光器。固体激光器输出波长短、有利于大气传输、适合远程作战的要求，能够方便地按比例放大到高功率，还具有体积小、使用灵活、转化效率高、采用电驱动、后勤保障简单等特点，能广泛应用于各种平台，是新一代激光器的杰出代表。

5）发展化学激光器。化学激光器在各类激光器中亮度、连续平均功率最高，输出功率最高达兆瓦级。氧碘型高能激光器的工作波段低于水蒸气吸收截止波长（1.72μm），可用于机载或地面作战平台（如空军机载激光器采用氧碘型），氟氢型的波段正处于大气吸收严重的2.6μm～3μm范围内，用于天基反导武器，而氟氘型的波长正处于3.6μm～4μm大气窗口波段，用于舰载及陆军的综合反导武器。