高能激光武器与防护技术
学科发展
高能激光武器与防护技术
Ｈｉｇｈ－ＰｏｗｅｒＬａｓｅｒＢｅａｍＰｒｏｔｅｃｔｉｏｎＴｅｃｈｎｉｑｕｅ
解放军电子工程学院吴
丹
合高技术目标跟踪系统实现侦察、识别、跟踪、定位和攻击一体化，能够精确地从目标群中分选一个目标瞄准攻击，或者对准目标的某一部位实施外科手术式杀伤。
使用成本低５．
高能激光武器的硬件可重
二、高能激光武器的特点
硬杀伤能力强１．
高能激光武器的激光辐射能量相当强，受到辐射的目标会丧失承载能力而出现爆炸或坍塌，从而达到摧毁的目的。
反应灵敏２．
激光束无惯性，能快速变换方向，当需要击毁多个目标时，只需要转动有关反射镜即可实现从一个目标转向另一个目标的目的。即使是大型化学激光武器，每次填充更换化学燃料也只需几分钟。
攻击速度快３．
一、高能激光武器的分类
根据作战对象的不同，高能激光武器可分为战术激光武器和战略激光武器。战术激光武器的作战对象是军事装备上的光电装置、飞机、战术导弹、巡航导弹等，而战略激光武器的作战对象是战略导弹、侦察
高
高能激光武器系统往往结激光束以光速传播，照射目标时无需考虑提前量，即使要击毁一枚３００ｋｍ以外以１Ｍａ速度飞行的巡航导弹，从发射到击毁目标所需时间只要１ｍｓ。
三、高能激光对材料的毁伤机理
作用在目标上的高能激光束会使其构成材料的特性和状态发生变化，如温升、膨胀、熔融、汽化、飞散、击穿和破裂等。其对材料的毁伤作用主要为热作用破坏、力学破坏和辐射破坏。
热作用破坏１．
当激光功率密度小于复使用，作战费用低。美国估计氟化氘化学激光器每发射一次仅耗费１０００! ２０００美元，二氧化碳激光器每发射一次则可降至几百美元。
Ｗｅａｐｏｎｓ＆
摘要：在高技术战争中，空中目标面临的威胁不仅仅来自于传统武器，还会遭到高能激光武器的攻击。本文分析了高能激光武器对主要空中目标的毁伤机理，探讨一些目前可采用的目标抗高能激光防护技术。
关键词：高能激光武器
材料
防护
卫星、天基作战平台等目标。
激
光技术在军事领域的广泛应用使现代战场充斥
着各种激光威胁。不仅激光测距机、激光目标指示器等早已大量装备部队，而且一些军事强国早在上世纪８０年代就装备了以攻击光电传感器为目的的各类低能激光武器。经过多年的研究发展，各类激光武器由单波长发展到多波长，由少数几个固定波长发展到宽波段可调谐，特别是高能激光武器即将投入实战，它的出现使得导弹、飞机、卫星等空中目标面临直接被摧毁的危险，因此有必要重视相应的防护措施。
１０３Ｗ／ｃｍ
２
时，目标材料在吸收
大量激光能量后会升温，还会在加热区外传热，这是加热过程。当激光功率密度为１０３!
４．自动化程度与射击精度
１０６Ｗ／ｃｍ
２
时，材料局部区域的
温度会升高到熔化温度，如果
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激光继续以较高的速率沉积能量，这个局部区域材料就会发生熔融。如果激光功率密度达到１０６! １０８Ｗ／ｃｍ２，吸收激光能量的材料就可能经历一系列过程达到汽化，当激光强度超过汽化阈值时，激光照射将使目标材料持续汽化，这个过程称作激光热烧蚀。当激光强度足够高、汽化很强烈时，将发生材料蒸汽高速喷出时把部分凝聚态颗粒或液滴一起冲刷出去的现象，从而在材料上造成凹坑甚至穿孔。导弹、飞机和卫星的壳体材料一般都是熔点在
某些力学破坏效应，例如层裂和剪切断裂等。受高能激光辐射的目标的表面材料即使没有被烧蚀摧毁，也会因为受力学破坏而严重影响其技术性能甚至失效。
辐射破坏３．
目标材料因激光照射汽化而产生等离子体，等离子体能够辐射紫外线和Ｘ射线，对目标材料造成损伤。紫外线的主要破坏作用是激光致盲，在毁伤空中目标方面没有作用。Ｘ射线在光谱中能量最高，可从几十兆电子伏特到几百兆电子伏特，具有极强的穿透能力，它可使感光材料曝光，作用时间较长时可使物质电离改变其电学性质，也可以对材料产生光解作用使其发生暂时性或永久性色泽变化，对固体材料造成剥落、破裂等物理损伤，尤其对各类卫星的威胁最为严重。四、主要空中目标抗高能激光防护技术
导弹、飞机和卫星等空中目标是高能激光武器的主要攻击目标，因此必须重视它们对高能激光武器的防护。采用新材料和涂敷保护层是主要防护措施。
新材料加固１．
采用新材料来加固易受攻击的部位，如导弹的导引头整流罩、飞机雷达的天线罩、卫星上各类传感器的光学窗口等部位，属于局部应用，但是可以从整体上提高目标的损毁阈值，加大激光武器的攻击难度。对
于不同种类的辐射激光，加固材料应具有高的材料密度、高的汽化热和高的激光反射率。材料的选取应综合这些要求，还要考虑透波性和防辐射性能。对飞行器而言，还要考虑到是否会对其空中机动性能以及雷达和红外特征产生影响等。
目前，国外研制的抗激光加固材料主要有金刚石薄膜、氧化铝陶瓷和二氧化硅陶瓷等，其中，美国研制的金刚石薄膜具有极坚硬、透明和良好的防辐射特性，抗激光损伤阈值极高。国内有研究表明，在碲镉汞探测器表面加了透红外的聚四氟乙烯膜后，对激光辐照能起到明显的保护作用，而且器件的探测率、响应率和信噪比都没有受到太大影响。
涂敷保护层２．
此种技术是采用一种耐热烧蚀的、汽化潜热相当大并且对激光的反射率高的材料，在不改变装备性能的前提下，以合理的工艺附着在被保护对象的表面。抗激光涂敷保护层技术与抗激光加固技术的本质相同，但其属于整体应用。以弹道导弹的防护为例，当在其高压贮箱的表面涂敷一层５ｍｍ
厚
的耐热烧蚀材料时，这一点负荷的增加对于导弹的有效载荷或燃料负荷影响并不大，导弹的射程也不会受到可观的影响。能量密度为１ｋＪ／ｃｍ２的高能激光束一般会损坏未加保护的高压贮箱，而在涂敷有保护层的情况下，高能激光在对目标产生严重破坏前必须先将该保
１５００" Ｃ左右的金属材料，功率２! ３ＭＷ
的强激光只要在其表
面某固定部位辐照３! ５ｓ，就容易被烧蚀熔融、汽化，使内部的燃料燃烧爆炸。
力学破坏２．
当激光功率密度达到１０８!
１０１０Ｗ／ｃｍ
２
时，目标材料不仅发
生汽化，而且蒸气会通过自由电子的逆韧致辐射和光致电离两种机制吸收激光能量并导致蒸汽分子电离，形成等离子体，等离子体会进一步吸收激光能量并迅速膨胀，形成等离子体的激光支持吸收波，直至最后等离子体熄灭。发生汽化时，汽化的物质高速喷出将对材料表面产生反冲压力，对于足够强的入射激光，等离子体会以超声速膨胀，即激光支持吸收波以激光支持爆轰波（ＬＳＤＷ）的形式出现，而ＬＳＤＷ
会对目标
材料产生相应的压力。如果上述过程产生的压力峰值足够高，就可能在目标材料中产生
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护层穿透，所要求的激光能量密度就会高达１０! ２０ｋＪ／ｃｍ２，抗破坏能力提高了十倍以上。
且不对称，从而不符合预警系统管理计算机中输入的红外辐射模式。
（#）在发动机助推器上装上圆形保护屏罩挡住发动机尾焰。
（&）发展火箭超冷燃料发动机，以减少红外辐射。
一旦弹道导弹尾焰的红外辐射被红外探测系统中的任一环节捕获，就必须迅速实施光电干扰对抗措施，重点发展基于大气散射的激光探测与告警技术、红外激光编码干扰技术和等离子体隐身技术。
从其他角度考虑，美国设计出了一种“眼睑”，可每秒开关#***次。“眼睑”由一片薄玻璃制成，上面覆盖两个由氧化铟和锡制造的透明电极，电极间有一个像铰链似的不透明电极，通过在两个电极间加上电压，在静电引力作用下，不透明电极下拉，使“眼睑”关闭，加上相反电压，使“眼睑”打开，以此来防止激光对卫星的致盲。此种方法对连续激光辐照防护有效，但如果有脉冲激光辐照时，由于其具有作用时间短、功率密度高的特点，机械快门将会防护失效，此时要求探测器表面的抗激光物理性能优越。五、结束语
抗高能激光防护手段是目标遭到高能激光武器攻击时的最后防线，但是这些手段目前实际应用难度大、成本高，且防护效果存在很大的不确定性。抗高能激光武器攻击最根本的是防止被其探测系统瞄准捕捉，所以提高目标的各项隐身性能才是最有效的防护手段。
３．弹道导弹抗高能激光防护技术
高能激光武器拦截弹道导弹主要针对导弹助推段，对于红外探测系统而言，火箭发动机的尾焰是一种非常特殊的辐射源，具有运动速度相对较慢、温度特别高和有效辐射面积大的显著特点，使得弹道导弹容易被红外探测器探测和跟踪，此时导弹发动机处在工作状态，燃烧室压力大，弹体遭激光热烧蚀破坏后极易使燃料外泄引起爆炸。目前采取的对抗措施包括以下几种。
（１）采用弹道导弹弹体旋转飞行技术，其着眼点是分散热烧蚀破坏能量，使激光能量无法在弹体的某个固定部位得到迅速积累。研究表明，弹体旋转飞行技术的抗激光效果与弹体半径! 和旋转角速度! 有关，导弹抗激! 和! 的值越大，光摧毁的延迟时间就越长。当时! 由最小值趋向无穷大时，间延长的最小倍数等于! 与激最大倍光束半径" 之比的" 倍，数等于! 与" 之比的#倍，通常情况下! 远大于" ，可见此项技术的抗激光效果相当显著。
（$）发展火箭助燃助推器，使导弹助推飞行时间从%!从而使弹&’()减至"’()以内，道导弹预警系统来不及做出反应或探测目标。
（%）在发动机推进剂中添加污染剂，使尾焰特别明亮，而
术
４．卫星抗高能激光防护技对于卫星的光电探测器，可以用一种激光后处理技术来提高损伤阈值。激光后处理技术是把光学材料经低于激光损伤阈值的激光照射后激光损伤阈值可提高$!%倍的新技术。激光后处理的激光照射方式有两种：一是用同一强度的激光多次照射；二是用光强随时间逐渐上升的激光多次照射，此种激光后处理方式激光损伤阈值提高得多一些。
!
ＨＦ５０００型温场自动检测系统研制成功
西安航空发动机集团天鼎电子仪器有限公司根据用户需求，研制成功了ＨＦ５０００型温场自动检测系统，并于近期推向市场。
ＨＦ５０００型温场自动检测系统可实现加热装置有效温区检测的全自动操作，实现检测过程的自动定时巡回采样，实现对测量热电偶和补偿导线的自动误差修正，实现对采样数据的计算和处理，实现自动打印检测记录报表、自动打印检测报告、自动绘制温区位置图。并可对检测记录进行存储和查询，同时还可对环境实验用“温、湿箱”和“高、低温箱”的温度、温度的偏差、均匀度、稳定度及变化速率等项指标进行自动校准。
（郭旭之）
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