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軍工航天新聞

低空衛(wèi)士系統(tǒng)使用激光 打擊黑飛無人機(jī)

星之球科技 來源:科技日?qǐng)?bào)社-中國(guó)科技網(wǎng) (北京)2017-06-25 我要評(píng)論(0 )   

激光低空衛(wèi)士:專治黑飛無人機(jī)資料圖:近年來,以輕型/超輕型無人機(jī)、多旋翼、三角翼和航模、動(dòng)力傘等為代表的低空、小型飛行器(

激光“低空衛(wèi)士”:專治“黑飛”無人機(jī)
 
近年來,以輕型/超輕型無人機(jī)、多旋翼、三角翼和航模、動(dòng)力傘等為代表的低空、小型飛行器(下稱“低慢小”)越來越多。資料顯示,5月份西南、西北、中南地區(qū)機(jī)場(chǎng)共有19次無人機(jī)影響航班正常運(yùn)行事件,給安全運(yùn)行和旅客出行帶來極大不便。
 
除了威脅航班起降,“低慢小”還可能對(duì)國(guó)家安全造成危害。2014年法國(guó)境內(nèi)有十座核電站遇到不明身份的無人機(jī)“偷竊”;韓國(guó)青瓦臺(tái)上空多次出現(xiàn)無人機(jī)飛行并近距離拍照;2015年1月16日,一架“phantom”無人機(jī)突破“全球最嚴(yán)密的防衛(wèi)網(wǎng)”,在美國(guó)白宮草坪上墜毀;4月22日,日本首相官邸上空發(fā)現(xiàn)無人機(jī)……
“‘低慢小’飛行器具有制作簡(jiǎn)單、成本低廉、易于獲取、遠(yuǎn)程操控力強(qiáng)、難以被發(fā)現(xiàn)和處置的特點(diǎn)。”中國(guó)工程物理研究院(下稱中物院)副總工程師范國(guó)濱說。
雖然今年6月1日起,國(guó)家民航局開展了無人機(jī)實(shí)名登記工作,但專家指出,正規(guī)廠家和合規(guī)用戶的“無意干擾”可以控制,但惡意者的“黑飛”則是防不勝防。
為了解決“低慢小”威脅安全的問題,中物院組織單位成功研發(fā)了“低空衛(wèi)士”系列激光攔截系統(tǒng)。
 
傳統(tǒng)手段存在不足
據(jù)范國(guó)濱介紹,“低慢小”一般具有以下特點(diǎn):低空——飛行高度大部分在500米以下;慢速——飛行速度一般在50米/秒以下;目標(biāo)尺寸小——通常在1平方米左右,大量采用電池為動(dòng)力,并且它們的飛行距離多數(shù)能達(dá)到5公里以上,載重也達(dá)到數(shù)公斤,大都是按預(yù)定程序自主控制飛行。
 
“低慢小”幾何尺寸小和紅外特征弱,再加上城市低空環(huán)境背景復(fù)雜,造成預(yù)警和跟瞄難度大。即使雷達(dá)和光電系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)了它,由于距離近,預(yù)警時(shí)間短,機(jī)動(dòng)性強(qiáng),定位精度差,使用以導(dǎo)彈和高炮相結(jié)合的現(xiàn)代防空手段處置效率不高,有點(diǎn)像用大炮打蚊子,并且還有可能對(duì)地面和人群造成附帶損傷,不適合在城市環(huán)境和重大活動(dòng)中應(yīng)用。
 
因此,“低慢小”目標(biāo)的處置一直是安全保衛(wèi)的難點(diǎn)??梢哉f,低空安防是一個(gè)世界性的難題。
 
目前,“低慢小”的發(fā)展極為迅速,這使得不法分子利用其進(jìn)行非法肇事的可能性越來越大。當(dāng)“低慢小”對(duì)重要區(qū)域或重大活動(dòng)場(chǎng)所的安保構(gòu)成威脅時(shí),現(xiàn)在一般的應(yīng)對(duì)方法主要依靠狙擊手、速射炮進(jìn)行攔截,或者靠空中撒網(wǎng)或直升機(jī)在空中捕獲,目前也有了射頻干擾裝置,但這些手段成功率較低。
 
激光有了用武之地
世界上第一臺(tái)紅寶石激光器是1960年由美國(guó)科學(xué)家梅曼發(fā)明,自此,激光技術(shù)獲得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,在工業(yè)、醫(yī)療、信息科學(xué)、生物技術(shù)和軍事上得到了廣泛應(yīng)用。
 
激光具有方向性好的特點(diǎn)。它可以很好地把光集中在物體很小的面積上。比如我們平時(shí)使用的手電筒,其光線就是發(fā)散的,而演講、上課時(shí)用的激光筆就是一條光線,聚集度極高。此外,激光還有照度高的特點(diǎn),太陽直射到地面的光照強(qiáng)度一般是每平方米也就數(shù)百瓦,而激光的照度能達(dá)到每平方厘米幾千瓦。
 
科學(xué)家正是利用這一特性,將高功率激光遠(yuǎn)距離傳輸、投射到目標(biāo)上,通過熱燒蝕,破壞目標(biāo)結(jié)構(gòu),從而使目標(biāo)被摧毀或喪失能力。
 
“低空衛(wèi)士”火眼金睛
在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上,為解決“低慢小”飛行器的隱患問題,以中物院副總工程師范國(guó)濱為首的科研團(tuán)隊(duì),利用長(zhǎng)期研究激光的優(yōu)勢(shì),著力開發(fā)一款服務(wù)于低空安保的“低空衛(wèi)士”高科技系統(tǒng)。
 
據(jù)介紹,該系統(tǒng)自主提出并實(shí)現(xiàn)了分體組合式激光系統(tǒng)的新構(gòu)型,突破了高效高品質(zhì)激光合成技術(shù)、快速拆裝式光學(xué)組裝技術(shù)、耦合光路一鍵校準(zhǔn)和跟蹤轉(zhuǎn)臺(tái)分體設(shè)計(jì)等系列關(guān)鍵技術(shù),實(shí)現(xiàn)了光機(jī)電熱接口的快速鏈接,有效解決了城市密集區(qū)、高層建筑屋頂?shù)雀黝悘?fù)雜區(qū)域部署的難題;提升了對(duì)具有隨機(jī)擾動(dòng)的目標(biāo)的軌跡預(yù)測(cè)能力,實(shí)現(xiàn)了對(duì)低慢小目標(biāo)的穩(wěn)定跟蹤;建立了真假目標(biāo)的時(shí)空相關(guān)性判據(jù),有效降低目標(biāo)自動(dòng)提取的虛警率。
 
“低空衛(wèi)士”系統(tǒng)通過發(fā)射激光對(duì)“低慢小”實(shí)施打擊,其毀傷主要是通過燒蝕“低慢小”的表面材料、功能部件,以破壞其動(dòng)力學(xué)特性、能源系統(tǒng)、飛行控制系統(tǒng)等,使目標(biāo)失去飛行能力。當(dāng)激光幅照加熱和復(fù)合材料自身燃燒釋熱共同作用時(shí),會(huì)引起飛翼或機(jī)體材料較大面積燒蝕、炭化,致使其結(jié)構(gòu)材料強(qiáng)度下降,進(jìn)而使“低慢小”不能承受飛行中的力學(xué)載荷;而當(dāng)激光輻照直接或間接燒蝕能源系統(tǒng)、飛行控系統(tǒng),也均會(huì)使飛行器出現(xiàn)空難性后果。
 
據(jù)系統(tǒng)開發(fā)單位介紹,在實(shí)際使用中,雷達(dá)持續(xù)大范圍搜索空域,一旦發(fā)現(xiàn)可疑目標(biāo)如無人機(jī),將目標(biāo)的位置信息發(fā)送給“低空衛(wèi)士”,引導(dǎo)“低空衛(wèi)士”對(duì)目標(biāo)自動(dòng)捕獲和持續(xù)跟蹤,并在指揮屏幕上實(shí)時(shí)顯示目標(biāo)圖像,指控系統(tǒng)根據(jù)測(cè)距信息判斷目標(biāo)是否進(jìn)入打擊范圍,當(dāng)目標(biāo)進(jìn)入打擊范圍后,指控人員選擇瞄準(zhǔn)位置,發(fā)射主激光,燃燒目標(biāo)的關(guān)鍵部位,直至目標(biāo)墜毀。之后,系統(tǒng)可根據(jù)任務(wù),轉(zhuǎn)入執(zhí)勤狀態(tài)或立即進(jìn)入對(duì)新威脅目標(biāo)的打擊狀態(tài)。
 
強(qiáng)機(jī)動(dòng)力隨叫隨打
“低空衛(wèi)士”系統(tǒng)的單套發(fā)射功率近萬瓦、低空有效護(hù)衛(wèi)面積12平方公里。其部署后,能在5秒內(nèi)精準(zhǔn)攔截半徑2.5公里左右、360度空域的固定翼等多種航空器,具有快速、準(zhǔn)確、無聲無息、無附帶損傷的特點(diǎn)。據(jù)介紹,“低空衛(wèi)士”已成功完成多次試驗(yàn)和演示,先后擊落固定翼、多旋翼、直升機(jī)等典型小型航空器30余架次,成功率100%。
 
為了更靈活有效地對(duì)付“低慢小”,中物院研制成功了世界首套分體組合式“低空衛(wèi)士”系統(tǒng),可拆成幾個(gè)部分便于人工搬運(yùn),比如運(yùn)到樓頂,然后再快速組裝。同時(shí),系統(tǒng)采用出光自動(dòng)保護(hù)設(shè)計(jì),避免誤擊誤傷目標(biāo)。該系統(tǒng)配有紅外成像跟蹤,具備全天候作戰(zhàn)能力。為提高系統(tǒng)自主運(yùn)行能力,中物院為“低空衛(wèi)士”同步研發(fā)了與其配套使用的雷達(dá)系統(tǒng),可以實(shí)現(xiàn)對(duì)“低慢小”目標(biāo)的有效監(jiān)測(cè)和目標(biāo)引導(dǎo),克服了傳統(tǒng)雷達(dá)體積大、轉(zhuǎn)動(dòng)慢、靈敏度有限,且無法在高層建筑上布設(shè)等不足。
 
分體組合式低空衛(wèi)士系統(tǒng)研制成功,有效解決了城市密集區(qū)、高層建筑屋頂?shù)雀黝愱嚨夭渴鸬碾y題,為城市及重要核心區(qū)域的低空安防提供了一種重要手段,并已在重大任務(wù)中發(fā)揮了重要作用,是世界上首套有了實(shí)際應(yīng)用的系統(tǒng)。

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激光無人機(jī)
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