近年來，以輕型/超輕型無人機(jī)、多旋翼、三角翼和航模、動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”還可能對國家安全造成危害。2014年法國境內(nèi)有十座核電站遇到不明身份的無人機(jī)“偷竊”；韓國青瓦臺上空多次出現(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)。”中國工程物理研究院（下稱中物院）副總工程師范國濱說。
雖然今年6月1日起，國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”對重要區(qū)域或重大活動場所的安保構(gòu)成威脅時(shí)，現(xiàn)在一般的應(yīng)對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
世界上第一臺紅寶石激光器是1960年由美國科學(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濱為首的科研團(tuán)隊(duì)，利用長期研究激光的優(yōu)勢，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；提升了對具有隨機(jī)擾動的目標(biāo)的軌跡預(yù)測能力，實(shí)現(xiàn)了對低慢小目標(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)自動提取的虛警率。
“低空衛(wèi)士”系統(tǒng)通過發(fā)射激光對“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”對目標(biāo)自動捕獲和持續(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)入對新威脅目標(biāo)的打擊狀態(tài)。
強(qiáng)機(jī)動力隨叫隨打
“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“低慢小”目標(biāo)的有效監(jiān)測和目標(biāo)引導(dǎo)，克服了傳統(tǒng)雷達(dá)體積大、轉(zhuǎn)動慢、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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