激光武器与战区防空

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1、激光武器与战区防空洪小聪（基础教育学院机械工程及自动化专业20090745）摘要：随着军事科技的突飞猛进，新概念武器逐渐得到世界各军事强国的青睐。作为一种定向能武器，激光武器的特殊性能和良好的应用前景，使其越来越受到军事科技者和战略家的关注。文章介绍和分析了激光的产生、传输和对目标的作用机理，以及激光武器系统组成和在未来战区防空反导中的应用前景，同时也分析了激光武器研制和实战化所面临的困难。高能高功率激光系统已经测试成功，但距离实用化还有相当长的路要走，我国也在激光研究领域中取得不菲的成就，研究起

2、点也比较早。关键词：粒子数反转、自适应性光学系统、湍流、热晕、大气击穿、热烧蚀1引言自从1960年5月美国加州休斯实验室的梅曼（T.H.Maiman）制成了世界上第一台红宝石激光器，获得了波长为694.3nm的激光以后，经过短短几十年的开发研究，激光技术获得了突飞猛进的发展，在诸多领域得到广泛应用。激光所具有的高定向性、高单色性、高相干性和高亮度决定了其可以成为一种很有作为的武器系统，利用定向发射的高能激光束可以直接毁伤目标或使之失效，是一种很有开发应用前景的防空反导武器系统。美国作为世界第一军事

3、强国，在激光武器研发上一直处于世界的前列，其已经开发试验成功了输出功率达MW级的激光武器系统，特别是机动战术高能激光武器项目的研发，更是代表着武器系统的变革。战术高能激光武器可以具备摧毁飞行中的短程火箭弹、炮弹，来袭的突破外围防空网的飞机、巡航导弹甚至是弹道导弹，是战区防空反导的高效能武器，目前战术高能激光武器还未进入实战部署，不过其优异的作战性能和相对（防空导弹系统）廉价的费用，在未来武器开发上更具吸引力和效用！高能激光器不仅仅指激光器的输出能量高，还要有相当高的功率。一般的高能激光器平均输出功

4、率应大于10kW,持续时间达数秒，激光能量在数万焦以上。高能激光系统利用高能激光器和光束定向器把激光辐射以足够大的功率密度和能量密度在足够小的立体角内定向地投射到远距离目标上。随着激光武器系统的小型化，车载或固定式激光系统在战区防空反导系统中作为内层防空的有效手段将有很好的应用前景和实战价值。激光束作为一种定向能束，属于定向能武器的一种，更是当今世界尖端武器系统即新概念武器研发的重要方面。图1激光武器作战2高能激光系统2.1高能激光武器系统构成高能激光系统主要由以下分系统组成：高能激光器分系统、捕

5、获跟踪瞄准和指挥控制分系统、大功率电源系统、光束控制及发射分系统、自适应光学分系统以及装载平台和其他配套系统。图2激光武器系统构成1、激光武器直接击中目标必须停留一定时间（>=10ms）才能造成破坏，激光发射系统与目标距离很远，目标具有运动速度，背景还会有干扰，这些因素决定了激光武器的捕获跟踪瞄准系统对目标要有很强的捕获跟踪能力，跟踪角误差精度要达到微弧度量级，因此，要提高红外跟踪、电视跟踪和激光雷达等光学跟踪设备的跟踪角速度和角加速度，减少跟踪误差和瞄准误差。1、高能激光束在腔镜和光路中的反射镜

6、上持续时间会达数秒，部分反射镜要承受数十千瓦每平方厘米的功率密度。在这种情况下容易引起镜腔的热畸变，使光束质量显著下降，因此对光束控制发射系统的材料、加工误差、反射率和镀膜技术要求很高。光束发射距离远、光束发散角要小、还要减少短红外波段的低阶与高阶像差减少重量来提高机动性。2、激光在大气中传输收到湍流的影响使光斑半径扩散，为了克服大气湍流的影响，可采用自适应光学技术加以补偿，校正激光大气传输畸变，以实现跟踪瞄准飞行中的目标。自适应光学系统由三部分组成实现最优化：感知系统必须进行补偿的像差测量装置、

7、把信号转变为有用信号的处理器和消除像差危害的波前变更系统。2.2激光的产生我们知道世界上的物质都是由原子组成的，而原子又由位于中心的原子核和绕原子核运动的电子组成，电子绕原子核旋转时，只能处于某些特定的轨道上，即原子只能具有某些特定的内能，原子的内能不能连续改变。一般把原子中分裂成一档一档的能量称为原子的能级。电子处于不同的轨道上对应不同的能级。从总的原子集团来看，处于较低能级的原子较多，较高能级的原子数较少，而处于基态的原子最多。在热平衡情况下，原子数目按能级分布遵循波尔兹曼公式：(N_2)/(

8、N_1)=e^[(-(E_2-E_1))kT](1.1)其中，E1，E2为能级1和能级2的能量值；N2和N1分别为能级2、1上的原子密度；波尔兹曼常数k=1.38×10-23J/K；T是热平衡时气体的热力学温度。当原子收到外界激发并获得能量，将从基态变到激发态（能级跃迁），热平衡条件被打破，而处于不稳定状态，跃迁到高能级的原子将从高能级自发地向低能级跃迁，并发射出一个能量为hv=En-Em的光子。若有大量的激发态原子在同一个外来光辐射场作用下产生受激辐射，能使同一模式的光子数大量增