激光制导技术是一种通过激光信号获取制导信息或传递制导指令,引导导弹依照特定引导规律飞向目标的技术手段。按照工作原理,激光制导可以分为激光指令制导、激光驾束制导、半主动激光制导以及主动激光制导四种类型。其中,前两种属于遥控制导方式,后两种则属于寻的制导方式。从制导原理的角度分析,这几种激光制导方式与相应的雷达制导方式在本质上是高度相似的,例如半主动激光制导与半主动雷达制导的制导原理完全一致,均属于半主动寻的制导范畴,二者之间的主要区别在于寻的媒介不同,前者采用激光,而后者则采用雷达微波。从这个角度来看,只要掌握了激光与雷达微波作为信息载体的不同物理特性,就能够基本理解激光制导与雷达制导之间的差异。与普通光源相比,激光具有定向发光、光谱纯度高、能量高度集中的特点,其频率范围涵盖了紫外光、可见光和红外光。由于激光的频率远高于微波,因此在军事领域的应用相比雷达微波和无线电通信具有诸多独特的优势与特性。
美国GBU-12激光制导炸弹
激光指令制导和激光驾束制导属于遥控制导类型,激光在此过程中充当了“指挥官”(后方控制系统)与“士兵”(导弹)之间沟通的桥梁。而半主动激光制导和主动激光制导则属于寻的制导类型,激光相当于为“士兵”照亮“目标”的那一束光。无论哪种激光制导方式,激光在其中都仅仅扮演着信息媒介的角色,“指挥官”依然可以是雷达,而非激光器本身,这也是激光指令制导应用相对较少的原因。因为激光作为指令传输媒介的效能并不比传统无线电通信更具优势,反而存在更多缺点。虽然激光通信的数据传输量确实大于无线电通信,但在传输制导指令时并不需要极高的数据量,而激光通信的作用距离短、全天候性能差的缺点却十分突出。此外,激光指令制导在系统复杂程度方面高于激光半主动制导和激光驾束制导,难以保持激光制导原本的简洁高效优势,因此通常仅用于替代或升级有线制导系统,难以应用于远程攻击武器。
那么,激光制导与雷达制导相比,各自的优势和劣势是什么?首先,激光的工作频率远高于雷达微波,频率越高意味着能量密度越大,并且激光的定向发光特性使得能量高度集中,因此制导精度极高,能够实现“精确打击”,精度可达1米以内,甚至可以从建筑物的窗户中穿透进行攻击。其他制导方式难以达到这种精度,只有在采用复合制导方式后才能实现类似的精度。其次,激光制导具备一定的抗干扰能力。传统的电磁干扰主要针对雷达制导武器,对激光制导武器通常无效,并且激光的发射波束窄、指向性强,敌方难以实施有效干扰。同时,激光制导不受地物杂波的影响,在打击复杂背景环境下的目标时更具优势。此外,激光制导还具备一定的反隐身能力,传统的雷达隐身技术对激光制导武器无效。最后,激光制导武器在成本方面具有明显优势,与其他精确制导弹药相比,激光制导炸弹是一种性价比高、使用频率高的精确制导武器,最适合大规模装备。当然,激光制导也存在明显的缺点。例如,激光的作用距离相对较短,在大气中传输时损耗较大,容易受到气象条件的影响,云、雾、雨、烟、尘等都会对激光产生强烈的散射和吸收,而且很容易被对方的激光告警器探测到攻击意图。这些缺点也使得敌方可以采取相应的防护和对抗措施,例如施放烟雾、采取伪装措施,甚至实施主动的激光干扰或激光致盲,导致激光制导武器失效、光电瞄准设备失灵。
传统的电磁干扰对激光制导武器通常无效。图为机载电子干扰吊舱
在几种激光制导方式中,半主动激光制导技术最为成熟、应用最广泛。半主动激光制导的制导过程如下: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,从而跟踪目标并将导弹导向目标。可见,半主动激光制导与半主动雷达制导一样,都是依靠外部设备来照射目标。用激光束照射目标还有一个独特的特点,即激光照射到目标上会出现漫反射现象。漫反射是指当一束平行的入射光线照射到粗糙的表面时,表面会将光线向各个方向反射,我们日常生活中的自然光就具有这种漫反射现象。漫反射的一大优势是照射目标的平台和发射武器的平台可以相隔很远,也就是说,激光的漫反射现象可以轻松实现半主动激光制导武器的A照B射,例如地面上的士兵使用激光照射器对敌方目标照射后,就可以呼叫其他作战单元(如战斗机或远程火炮)发射激光制导弹药对目标进行远程打击。而雷达波束在照射物体时则难以出现漫反射现象,通常只有规律性的反射或散射。这是因为雷达波束的波长相对较长,多为厘米波或毫米波,一般物体的表面对于雷达波来说都比较“光滑”。而激光的波长可以达到纳米级水平(1纳米=0.000001毫米),物体的表面对激光来说就是“粗糙”的,才会出现漫反射现象。
漫反射原理示意图
士兵操作激光指示器
正是因为激光制导具有这种特性,使其可以广泛应用于各种对地支援武器,如制导炸弹、制导炮弹、制导火箭弹等,战术适应性非常强。激光制导的这种A照B射的间接瞄准模式可以使进攻平台在安全距离外发动攻击,实现“打了不管”,具备更好的战场生存能力。此外,激光制导的这种特性还可以使发射方采取一些独特的战术,例如发射后锁定——激光制导导弹可以先向目标的大致方向发射出去,在飞行途中再通过第三方的照射,导弹导引头捕捉到激光反射信号后锁定目标并完成攻击,这样一来可以增加导弹的打击灵活性;或者激光制导导弹可以从隐蔽地形后发射,先通过自动驾驶仪越过障碍物后,再由前方人员对目标实施照射,导弹导引头捕捉到激光反射信号后锁定目标,从而提高了发射平台的隐蔽性和生存性。当然,由于激光制导需要操作人员和激光指示器持续照射目标,操作人员容易暴露,容易遭受攻击。为了解决这一问题,美国正在研发一种小型遥控飞机,在装载激光指示器后可以为激光制导武器提供第三方的目标指示。这里顺便提一下美国发明的“制导子弹”。该子弹可以“拐弯”,最远射程可达5 000米(目前世界最远狙杀纪录是2 375米),开枪后制导子弹会像制导炸弹一样,自动跟踪目标直至命中,非常适合攻击远距离的移动目标。这种子弹的制导原理也是半主动激光制导,需要狙击手持续照射被攻击的目标。很显然,这种制导子弹继承了半主动激光制导的一大缺点,容易暴露狙击手以及攻击意图,从而丧失狙击作战的隐蔽性,这是狙击作战的大忌,其实战效果仍有待观察。
激光制导子弹的飞行轨迹
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