6.4.3 远程激光智能化排弹关键技术
远程激光智能化排弹系统主要包括高功率激光器、光束指向控制器、探测系统、标记激光器、电源和冷却模块几部分，此外还应包括确保激光束不会射向其他人员和车辆的混合预测和安全规避系统，以及提供系统控制和记录全部激光活动的智能显示控制系统。系统应解决“看得见、打得着、可控制”的问题。所谓看得见，即探测系统能准确标明目标位置；打得着，则要求激光能到达并能毁伤目标；可控制，就是利用激光引燃而不是引爆危险爆炸物。其关键技术、面临的主要问题、原因及解决途径主要如下所述。
1.多传感器复合探测技术
要实现远程激光智能化排弹，前提就是探测到目标的位置，同时为确保激光束不会射向其他人员和车辆，也需探测到作用范围内的保护对象，以便进行预测和安全规避，而不同的探测目标与环境，对传感器的要求也不同。
UXO 的探测设备主要包括合成孔径雷达、红外探测器、金属探测器、嗅觉传感器、脉冲热中子仪、质子热成像仪（见图6-38）等。目前主流的研究方法包括磁法探测技术、探地雷达探测技术等。磁法探测技术通过磁传感器探测弹丸产生的磁场强度，采用模式识别技术进行UXO 的搜索与探测；探地雷达则通过主动发射和接收特定频谱的信号，对地面以下的UXO 进行定位。在实际应用中，目前国内主要还是通过人工搜索方式进行UXO 的弹孔定位。
图6-38 质子热成像探地雷达成像仪
解决的途径是大力研究多传感器复合探测技术，通过融合不同传感器的探测信息，全面清晰构建人员车辆等战场环境，为实现激光远程智能化排弹奠定基础。
2.高可靠、紧凑、高能激光器技术
高可靠、紧凑、高能激光器技术是远程激光智能化排弹系统的核心，应具有运行效率高、功率高、功率可调性范围大、可靠性及稳定性高、体积小、环境适应能力强等特点。复杂的地域环境对危险爆炸物销毁的机动性要求日益严苛，因此要在提高功率、减小体积上下功夫。目前，仍然面临一些挑战，包括功率、体积、电力、冷却、材料技术等。解决的途径有以下几点：
（1）发展基于合束的模块化光纤战术激光武器（见图6-39 和图6-40）。同样的输出功率，光纤激光器的优势明显，包括光束质量、光传递特性、散热特性、可靠性和体积大小等，易于实现高效率和高功率。采用的光纤激光器功率越大，能够销毁的弹药口径越大，弹体越厚，装药感度越低，销毁距离越远，效率也越高。
图6-39 波音公司战术激光车
图6-40 美军ABL 激光战机
获取高功率、高亮度激光和远距离传输的有效途径是集成多个光纤激光器组件形成光纤模块化激光器，利用非相干合成或光谱合成技术产生强激光束。理论上而言，N 路光纤激光通过相干合成，远场光斑的峰值强度可实现单路时的N2倍，获得高亮度，并且，相干合成光束具有更好的大气传输效果。这是战术激光武器实现10 kW 以上功率量级输出的关键技术。主动相干合成需要非常复杂、昂贵的相位检测和控制装置及其算法；被动相干合成一般利用特殊的耦合结构和器件自组织完成锁相，技术相对简单可靠，但要实现大功率定标放大也有一定难度。
激光器的模块化设计不仅能提高激光武器的作战适用性，使激光束的功率可调性范围大，满足不同任务威胁需求；而且不易因单个激光器损坏而引起整套系统出现故障，方便维修保障。2009 年3 月，美国诺斯罗普·格鲁曼公司实现了输出功率15 kW 的单模块固体激光器的工程化，7 路光束相干合成实现了功率100 kW 的输出，可用于击毁空中目标，并于2010 年就开始了进场试验。2009 年6 月，美国IPG 公司研制的单模光纤激光器，输出功率已实现10 kW，能连续工作上万小时；后来制造出输出功率超过100 kW 的大功率光纤激光器，可采用单模和多模方式，具有高稳定性和极长的泵浦二极管寿命。2013 年，德国KLENKE 等报道了4 路百瓦级飞秒脉冲激光相干偏振合成系统，平均输出功率为530 W。2015 年10 月，美国洛克希德·马丁公司开始为美国陆军生产新一代模块化高功率激光器。图6-41 为美军激光复仇者击落无人机的场景。2016 年，国内某研究所基于主动锁相相干偏振合成系统实现了4 路0.5 kW 级全光纤窄线宽保偏放大器的共孔径合成输出。当相位控制系统处于闭环状态时，整个合成系统的输出功率达2.164 kW，合成效率为94.5%，这是目前相干偏振合成系统的最高输出功率。
图6-41 美军激光复仇者武器系统击落无人机场景
（2）发展脉冲或复合固体激光器。目前，国际上普遍采用连续激光工作制式。仿真和试验表明，它存在以下弊端：作战时间长、供电消耗大；对于战略导弹等旋转目标，因无法对准某一点进行烧蚀，无法损伤；因加热表面抗高温能力强的高速飞行器慢，难以有效损伤。
法国圣路易斯法德研究所在2002 年发现，采用平均功率15 kW 的脉冲CO2 激光（150 J，2 ms，100 Hz）照射铝合金板数秒钟就可烧出小孔，而采用平均功率30 kW 的连续激光，需要2 倍多的时间才能烧出小凹坑。俄罗斯采用钕玻璃长脉冲激光武器，在距离500 m 处，击穿了150 mm 的钢柱。美国DILAS 公司2012 年已研制出波长766～992 nm、占空比25%、峰值功率1 kW、脉宽10 ms、重频25 Hz、基温45 ℃的新型军用高功率脉冲LD。
（3）强激光大气传输及自适应光学技术。激光远距销毁弹药时，必须综合考虑大气吸收、散射和湍流效应等线性传输效应以及高能激光特有的热晕、光击穿非线性效应，这是进行可行性分析的基础和光学工程设计必须考虑的重要因素。同时，激光器的体制不同，大气传输效应也不同，如激光波长短，衍射效应小，但光学镜面瑕疵影响大；激光波长，虽然光学镜面瑕疵影响小，衍射却很严重。只有长期坚持测量大气光学特性和深入研究激光在实际大气环境中的传输试验，才能对激光大气传输的线性和非线性效应的特性进行全面掌握。
解决激光大气传输畸变的重要途径是采用自适应光学技术，它通过调整快速反射镜（Fast Steering Mirror，FSM）和变形镜（Deformable Mirror，DM）以及波前校正器和控制技术来纠正光束的扩展和畸变，从而提高光束质量（见图6-42）。
图6-42 基于快速反射镜变形镜组合的自适应光学系统
3.激光与危险爆炸物作用机理
研究激光对材料的毁伤作用主要包括热破坏、力学破坏和辐射破坏（见图6-43）。对危险爆炸物而言，一般认为激光作用以热破坏效应为主。在这方面，国内研究对激光与裸露装药的相互作用关注较多，对激光与带壳装药，特别是激光直接销毁危险爆炸物的作用机理研究关注较少。下一步要着重加强这方面的研究，特别是不同环境条件下激光的特性参数（包括功率入射角度、光斑尺寸、作用时间等）与危险爆炸物（包括种类、材质、部位、壁厚等）引燃的关系，关键是要弄清楚激光引爆与引燃危险爆炸物的临界条件。
图6-43 激光与材料相互作用
（a）固态加热；（b）表层熔化；（c）表层熔化，形成增强吸收等离子体云；（d）形成小孔及阻隔激光的等离子体云
温度升高—熔化—汽化—形成小孔、等离子体
激光与材料相互作用下的物态变化：相变态—液态—气态—等离子态