中国光学仪器及激光武器的回顾与展望

2014-08-04 admin1 144

  1997年10月,美国以中红外线化学激光炮两次击中在轨道上运行的废弃卫星,宣告这次秘密试验完满成功。在此同时,中国国防光学单位正加紧攻关,争取在2000年前取得重大技术突破,并为战术激光武器的量产做好必要的准备工作。

  长春光机所的诞生及贡献

  光学工业在第一次世界大战得到很大发展,在第二次世界大战期间已成为重要的战略工业,制造光学玻璃的原材料、含铁量低的石英砂变成战略矿产,光学玻璃制造技术也很保密。国民政府在抗战前建立了全国独一无二的光学工厂一昆明光学工厂,主要用于制造军用双筒望远镜,其技术水平在当时来说相当高,足与欧洲工厂媲美,是中国当时少数能和列强一较高下的工业,但以规模来说则未见突出。今日中国军用光学技术的骨干,也大都直接或间接来自昆明光学工厂,但那时该厂却只有 400多人。

  1951年建立的中国科学仪器馆,是中国军用光学工业的起步,并为前苏联援建的208光学仪器厂培养了制造光学玻璃的全套技术骨干,也为後来成立的长春光学机械研究所(简称长春光机所或长光所)培养不少人才。

  长春光机所成立後的首要任务是150工程,研制专为对地地弹道飞弹进行追踪、精密测量、观测距离不少於150公里的大型光学系统,简称追踪电影经纬仪。除此之外,这套系统还有时统设备、引导雷达、程序引导仪、判读仪及数据处理设备等,当时只有美国装备了类似的系统。重要的150工程由于技术难度大,所以前国防科委副主任钱学森曾多次对长光所发出重要指示及亲临指导。结果电影经纬仪的技术指标大都超过了设计要求,目前的第四代产品具有红外或激光自动迫踪能力,能以电脑实时运算及打印数据5饬抗ぷ鳎揽莆蟪闪?18工程项目。718工程包括了建造远望号远洋测量船、向阳红10号远洋调查船、大江级远洋打捞救生船、福清级大型油水补给舰、远洋拖船、051型驱逐舰等当时大陆最尖端的项目,参与工作的部委有35个,其他单位1,180个、人数达数十万,经过 10年努力使中国成为世界上第四个具有远洋测量追踪能力的国家。远望号测量船的主要设备及技术性能接近美、苏在1970年代末期水平,船上测量设备主要是雷达,但在雷达盲区的测量及精密测角等必须采用光学仪器,为达成精准测量这些设备的研制和生产要求都极为苛刻。

  此外,长春光机所也为092型导弹核潜艇研制了配套的飞弹发射瞄准装置和合制潜望镜,为进行巨浪1型潜地飞弹而研制的测量仪器与进口仪器比较,中国的光学设备数据更完整。

  为发展返回式卫星的空间摄影系统,长光所受7机部(即第7机械工业部,也就是今日航天部门的前身)委托担任这个工作,在北京成立了一个新的第15研究院。 15院後来被撤销,人员被分配到7机部508所。返回式照相侦察卫星上的相机虽然解析度不高,但总算使中国在1970年代具备太空侦察能力,成为全球第3个有返回式卫星的国家。

  用于研究核爆过程的高速相机是由西安光机所负责,该所是由长光所抽调骨干援建而成。因为高度保密,西光所过去鲜为人知,龚祖同所长在开放後曾荣获国际高速摄影的Photo一Sonics奖。西光所研制的相机能拍摄每秒几百至几万帧的照片,在80年代更开发出具国际水准,分辨率达10-11至10-13秒的变像高速相机。

  夜视技术在1950年代是极机密的尖端技术,长光所当时便展开这项研究,同样是龚祖同带头研制的主动红外线变像管和红外线夜视仪,在1958年试验成功并由昆明光学仪器厂推广生产。 1960年代又开发出由三级串联像增强管组成的微光夜视仪,能看到百公尺獾娜颂寤疃?p> 上述要求很高的光学技术装备,除空间摄影系统外,其他无论发展时间或技术性能都不比外国同类产品差,大陆各地研制的高低技术光学军用仪器可说数以干计,当中不乏精品。只是当时的政治动乱,加上发展项目太多、资金不足、战略政策及方针未能有效配合,使中国军用光学设备在 1960年代中期放慢发展脚步,但仍偶有佳作,光是1970年代装备陆军的主动红外线观察瞄准镜就有10多种,不过这类装备当时已开始被第一代微光夜视仪代替。中国目前的夜视技术仍落後列强十馀年,不过近10年来发展速度已经加快。

  激光元器件的开发应用

  1960年世界上第一台红宝石激光器在美国诞生,翌年长光所就研制出在结构上更为先进的同类产品,当时有多个单位同时进行这项工作。由於该项成果具有突破性,推广激光的文章令其更受注目,中国高层在衡量国内外技术进展後大受鼓舞,决心大力发展激光设备。

  1965年西南技术物理研究所制成铝石榴石(Nd:YAG)激光晶体,翌年制成YAG激光器, 1972年高重复频率调QYAG激光器研制成功。用于军用光纤通信的半导体激光器

  也在1960年代中期开始研制,20年内中国先後研发出C02激光器、氩离子激光器、环形激光器、稳频激光器、远红外激光等,并於1970年代中期开始量产用于陆军武器测

  距、弹道测量、人造卫星测距、大气激光通信、光纤通信、海军武器测距、陆空军武器导引等方面的系统。

  例如1974年北京工业学院等单位开始探索激光半主动导引技术,在1977年制成样机,目前空军已装备几种激光导引炸弹,主要用于强5攻击机。激光导引反战车飞弹方案于1983年制定,目前第一代这类武器已初步具备量产能力,被称为闪电1号飞弹,第二代的同类飞弹也正在研制中。另外,中国也与外国同时研制出调QYGA激光器,使其很早就实现了宝石轴承激光打孔,激光测距和激光通信也到较快发展。供新装备使用的光纤数位资料汇流排已研制成功,可取代现役的 1553B资料汇流排,至于战机上的光传操纵系统也完成了初步发展阶段。由此可知,中国在激光元器件的开发和应用未落後大多,技术上也不算差,具有相当的潜力。 1960年代已开发出强激光武器

  中国在激光元件器和基础技术研究方面水准略次於美国,1960年代曾名列前茅,当时各国都以为强激光武器能很快投入服役,所以中国高层亦乐於进行这方面的投资。 1964年初毛泽东就此事询问聂荣臻元帅,探讨是否要发展这个新技术的问题,聂当即表示:「一定要做,即便就像把钱投进大海也得做。」经过讨论,国防科委决定将强激光武器列为重点攻关武器,正式命名为6403工程64年3月成立之意)

  当时中国高层之所以深具兴趣,主要是著眼於高空防御方面。当时美国的B-58和发展中的XB一20高空战略轰炸机,A-12/YF一12高空高速长程战斗机和日後的SR-71高空战略侦察机等,对大陆的未来空防威胁甚大。中国虽然在1959年成立了操作SA-2地空飞弹的543部队,但无论部队规模或飞弹数量都不足,应付台湾黑猫中队U- 2侦察机已十分艰苦,无暇他顾,而空军战斗机和高炮部队对未来的威胁更是束手无策。更要命的是当时中国正在罗布泊及三线地区加紧秘密发展导弹核武器的 596工程,若这些珍贵的情报被「高空窃贼」所盗去,国家尊严及安全将大受打击。

  中国高层有鉴于此,决意加速研制红旗2号、3号防空飞弹和歼8高空高速战斗机,但因为大陆工业基础薄弱,短时间内不可能有大的改观,所以刚取得初步突破的激光技术似乎为上述需求带来一线生机。美国当时也有这类计画,并把它称为「死光炮」(当年对激光武器的统称),考虑到两国技术接近,抢先对手一步制成激光武器就成为中

  高功率、大能量的强激光器研究工作,而上光所其实也是长光所协助兴建的,可见长光所具有承先启後的领导地位。

  根据国际著名的中国首席军用光学权威王大珩所述,上光所成立以後,因为王淦昌等专家预测强激光聚焦可能产生核聚变,极力鼓吹发展,所以研究所兵分两路,一路由邓锡铬领头进行激光核聚变研究,一路由王之江率领发展激光武器,这两种尖端 技术也就这样子在上海奠定了基础。

  1974 年王大珩率团出访美加介绍了大陆国产强激光装置已打出了中子,令人刮目相看,加国专家表示两国已处于同一水平。 1986年上光所建成尖峰疽功率超过 1012瓦的强脉冲激光试验装置,张爱萍上将将它命名为「神光」,使中国成为继美、苏、法、日之後拥有同类设备的国家。

  王之江率领的强激光武器团队在探索多种激光器後,最後选定固体激光器作主攻方向,怛无奈当时国内外的技术条件都未成熟,只得在1970年代暂时搁置计画。计画暂停的原因有多种,主要是当时情报显示国外这方面频有进展,刺激了军方高层,误认为成功近在咫尺。毛泽东更下达一一一定要研发出来的军今状,在政治沟挂磺械?br> 文革年代,人力物力不足,缺乏严格科学论证分析,资源、技术储备、工业基础都没有保障,却仓促把固体激光器定位为主攻方向,终使计画难产。其实当时国内外的诸多理论研究都还处于原始阶段,所以对激光炮的发展过于乐观,在技术条件和环境尚未成熟的情况下,其结果并不令人意外。计画搁责後,上光所把资源转移到比较成熟、易於实用化的激光器件研究,使固体高功率激光器和其重要部件激光晶体的品质都达到国际先进水准。虽然激光武器计画暂停,但仍留下一些人员进行基础研究,以便他日能东山再起。

  瞄准2000年的中国神光

  随著19S0年代美国星战计画的登台,中国也在19S0年代中期悄悄地把激光武器重新上马。中国这次汲取了先前的教训,不再定死目标,尽量利用成熟技术,灵活变通,以「侧重基础、侧重提高」为指导方针,在这个技术领域进行长时间的相关探索研究工作。

  中国在强激光器的研究陆续进行了C02激光(电激励、气动激励)、化学激光、自由电子激光和X射线激光等探索,其中C02激光和化学器的输出功率达万瓦及以上,有广阔的开发前景。而在强激光破坏效应研究方面,对激光的热和力学效应进行了广泛的实验研究和理论分析,取得了满意的成果,提高了对激光破坏目标的认识。

  对强激光大气传输特性的研究工作,也从大气折射、大气衰减、湍流效应、非线性效应等方面进行了广泛的理论和试验研究。应用自适应光学技术改善大气传输效应的研究工作也取得进展,采用横向剪切干涉仪作为波前探测器,驱动21单元变形反射镜,带宽为300HZ,对激光信标光束的大气湍流效应进行了补偿。校正後的尖峰值能量提高到为校正前的3.5倍,分布亦接近衍射极限。

  中国新一代飞秒级超短超 台阶。这个设备是大陆第一台用于超短超强激光研究的精密装置,专家认为它的研制成功为中国强场激光物理研究提供了一种全新技术,目前超短超强激光场中的物质及行为研究,是国际上重大前沿研究项目之一。

  激光武器具有攻击目标速度快、转移火力快(只需零点几杪)、效费比元,C02激光器甚至只需几百美元,与飞机或飞弹价值不成比例)、杀伤效率高等优点,势将成为资讯战时代的重点武器装备,在福克兰战争和波湾战争已得到初步实战验证。不过目前使用的成熟激光武器仍是低功率的激光致盲武器,虽然它已经被列为不人道武器而受到抵制,怛各列强似乎仍阳奉阴违,以「不怕一万,只怕万一」的心态秘密发展这种武器,其中又以美国表现最为露骨。中国对此亦有准备,1995年在第之届国际防务展览会上(IDEX95),北方工业展出了1990年代初制成的ZM一87手提激光干扰机,它能使敌人眼睛受伤或令其晕眩,能重创用光电仪器向己方瞄准或射击的敌人。ZM一87的有效作用距离3公里,加上一个放大器後更可增至5公里,性能并不比美军差。

  由于高、低功率激光武器在未来战场上的使用将更为普遍,加上中国在强激光技术上有悠久的发展史和雄厚的技术基础,所以其发展将愈来愈快。某些技术上更可寻求与另一个激光强国一俄罗斯的合作而如虎添翼。这次美国首次以卫星为对象进行的强激光护射试验,将会为上海光机所等单位打下一支强心针,目前北京、上海方面已根据需求开始进行战术防空及舰载激光炮的高级工程发展阶段研究。中国将在2000年以後在强激光武器领域有更大的进展,并初步具备量产化能力,届时中国可能有能力威胁在大陆近岸活动的美国「曙光女神」超高速战略侦察机。

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