神通激光

第三节 名副其实千里眼

　　激光在军事上的应用，不仅是一种崭新的强大武器，而且是一种崭新的高级神探，是以往任何光学和电子学观测设备都无法比拟的观察探测手段，成为现代战争中侦察敌情的最锐敏的眼睛，成为现代战争中指战员最得力的助手。

　　在“伸手不见五指”的夜里，战士怎样侦察敌方军事目标和瞄准目标进行射击呢？用手电筒或探照灯照射，显然是不行的，因为那样会被敌人发现。在军事上，为了不让敌人觉察到，不便采用可见光，而是利用不可见的红外线，使用一种能够接收红外线的夜视仪，观察和瞄准敌方的军事目标。

　　物体只要具有一定的温度，都无例外地向外界辐射各种波长的电磁波——红外线。可是，人的眼睛视网膜只对0.39～0.76微米这一狭窄的可见光波段敏感，而红外线的波段是处于可见光和毫米波（0.76～1000微米）之间。现有的摄像器件、照相器材的工作波长范围也都在可见光区域或1.3微米以内的狭窄的近红外区域，对3微米以上的红外波段完全不敏感，因而也就不能成像。为了解决这一问题，人们采取“光机扫描”的方式，通过光学系统把目标在每个瞬间的红外辐射都投射到红外探测器上，而探测器再依次把它们转变成强弱不同的电信号。电信号的强弱变化正好对应于目标辐射强弱的变化。这种信号经过适当的电子学处理后，由显示器显示出目标的热像图。这种仪器的名字叫做“红外前视装置”。它可以装在无人驾驶飞机上，对战地进行战术侦察；也可以装在战车上、舰船上，作为夜视仪进行实地观察；此外，只有几公斤重的小型红外前视装置，可以作为步兵手提式夜视仪。

　　夜视仪能够在黑夜里接收来自物体的红外线，形成清晰可见的图像，供战士观察目标或射击瞄准。但许多物体或战地目标不产生热，因而没有红外线辐射，或红外线辐射极其微弱，这样一来，夜视仪对这些目标就成了“夜盲”。激光是治“夜盲”的神医。人们给夜视仪配备了红外激光器。这种激光器能够发射红外波段的激光束，红外激光束照射到目标物体上反射回来，被夜视仪接收并形成图像，为夜间活动提供了方便。在飞机或战车上，给红外夜视仪加装电视设备，形成清晰明亮的图像，甚至可以达到同白天直接观察和瞄准物体同样的效果。

　　将激光对准目标发射出去以后，又反射回来，如果测定出从发出光信号到接收到反射光信号之间的时间t，则从发出光信号地点到目标或从目标返回到发出光信号地点所用的时间为t/2，已经知道光的传播速度C约为30万公里/秒，这样便可以测出两地距离d：

　　d=½Ct

　　这是激光测距仪的基本原理。激光具有高单色性、高方向性和高功率的特点，对于测定长远的距离、判定目标的方位、提高测量的精度是非常有利的，是激光测距仪的理想光源。例如，卫星激光测距，通过观测站将超短脉冲激光发射到卫星上，并测定出往返时间，便得到观测站至卫星之间的精确距离，其相对精度可达到亿分之一。卫星激光测距对解决地球物理问题、地球模型科学测定、导弹发射和航天技术的发展发挥着重要作用。我国武汉卫星激光测距站的卫星观测质量早已跨进国际先进行列，同美国宇航局地球动力学组织的全球30多个激光跟踪站建立了联网，卫星激光测距技术不断取得新进展。

　　激光测距仪的种类很多，不仅有卫星激光测距仪，还有炮兵激光测距仪、坦克激光测距仪、空—地激光测距仪。

　　除了测量距离之外，人们还研制出从空中测量地面情况的激光测高仪，可以测定地面地形变化和海面海浪起伏。例如，在飞机上利用激光测高仪，可以辨别出地面上的凸凹不平和路边壕沟，探测出树木草丛或冰雪覆盖的地面起伏。

　　激光测距仪经过改进，又出现了激光雷达。它不但能够测定目标的距离，还可以测出目标的方位、目标运动的速度和加速度。雷达又叫做无线电定位仪，激光雷达就是一种性能极好的激光定位仪。激光雷达与无线电雷达相比具有许多优点，它体积较小，重量较轻，抗干扰性能和保密性能好，测量精度也比较高。激光雷达既然具有能够精确指出目标的方位、距离和运动状态的高强本领，那么，要是把它装在炸弹、导弹上，那炸弹、导弹岂不是长了“眼睛”？这就是上一节中所讲过的激光制导的导弹、炮弹和炸弹。

　　激光雷达是主动性雷达，比传统的电磁雷达更优越，隐形飞机在它的千里眼中也会暴露无遗，逃脱不了被摧毁的下场。

　　目前，我国已经研制成功兆瓦级超强功率放大器固体激光器，从而我国有了超距离攻击激光雷达。这种攻击激光雷达包含着世界上最尖端的5大核心技术突破：激光材料突破，激光辐射材料物理机理及成像图谱研究突破，一次性快速跟踪定位控制技术突破，高密度能量可逆转换载体材料突破，激光成像技术突破。这种超距离攻击激光雷达威力极其强大，不仅有千里眼、万里眼的功能，而且有快如闪电、强如无坚不摧的万里长矛的神力，可以在激光雷达侦测到敌方目标后瞬间直接将其摧毁！一位老军工专家得知激光雷达击毁了千里之外的靶标，激动得泪流满面，仰天高呼：这是我们中国人研制的武器，全世界最尖端的武器！一位著名军事专家自豪地说：敌人如果胆敢让它的隐形飞机来中国轰炸，来一架就击落一架，一个也休想逃回去！

　　在激光军事技术方面，中国的研究处于世界领先地位。中国的超强功率放大器固体激光器是世界一流的，用它发射的激光束可在3千公里距离获得每平方厘米35K焦耳能量密度，此能量密度比攻击导弹所需要的破坏阀值高出1个数量级以上。粗略估计，中国的攻击性激光雷达理论值有效杀伤力超过3万公里。

　　激光雷达不仅广泛应用在军事方面，而且广泛应用在天文、气象、大地测量、人造卫星和宇宙航行等领域。

　　激光测距仪和激光雷达受大气影响较大。怎么会受大气影响呢？让我们来看一下生活中的实例吧。在清洁的室内，只见家具和物品被阳光照亮，却不见阳光穿过室内空间；在打扫房间时，灰尘飞起，就看见从玻璃窗射进室内的阳光，一缕一缕地穿过室内空间。在黑夜里，打开手电筒向远处照去，可以看见一缕直溜溜的光柱，那也是因为空气中有许多灰尘或者雾珠，不然的话，空气十分清净，也是看不见光柱的。这是为什么呢？原来，光照在微小的灰尘颗粒上，就会向各个方向无规则地反射，光学上称为散射现象。正是由于散射现象的存在，让我们看到了光的直线传播。但是，由于散射，光的能量在传输过程中会不断损失，因而传输的距离大大缩短。光的散射损失与光的波长的长短有关，光的波长越短，散射越厉害，光能损失也就越严重。激光的波长与大气中浮游的灰尘颗粒的长短差不多，比雷达用的微波和毫米波短1000倍到100000倍，因此，激光在大气中的散射要比雷达在大气中的散射严重得多。这对长距离测量来说，是很不利的。这是激光测距仪和激光雷达的缺点。

　　然而，激光雷达受大气影响的缺点，对探测大气及它的污染情况来说又是优点，激光雷达因此可用于探测大气及其污染情况。科学家们研制成专用的激光雷达，它能够把激光束发射到高空大气层中去，并接收高空浮游的微粒反射回来的激光束。激光的反射强度是与浮游微粒的密度成比例的，因而可以根据反射强度来测定高空的浮游微粒的分布情况，进而研究大气的构成情况，包括测定高空风速、风向等气象数据。这种用于探测大气的专用激光雷达，就起名叫激光气象探测仪。

　　如果大气被污染了，大气中的浮游微粒的成分和分布等情况都会发生变化，利用激光雷达可以进行监测和分析。从前，对城市和工矿地区大气污染情况，一般都是采用化学测定法来测定，从取样到化学处理，花费劳力和时间很多，由于所选的点的数量有限，加上所选的点都是在地面附近，因而得到的数据是很有限的，更谈不上对大气污染动向的掌握了。因此，影响了对大气污染的准确预报和及时采取防治措施。激光雷达观测大气污染，可以将激光雷达装置安装在汽车上，随时随地进行大气污染监测，不仅测定地面附近大气情况，而且测定高空大气情况，并能观测大气的扩散和湍流，数据经电子计算机处理，得出准确可靠的大气污染预报。