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蓝绿激光为潜艇水下通信开辟新途径

导读: 长期以来,在水下如何保持与外界的通讯是一道世界性难题。蓝绿激光的应用,为实现潜艇水下通信开辟了崭新的技术途径。

长期以来,在水下如何保持与外界的通讯是一道世界性难题。蓝绿激光的应用,为实现潜艇水下通信开辟了崭新的技术途径。

“海水窗口”带来“助听器”

海水为什么会呈现蓝绿色,是因为海水吸收了光谱中其他颜色的光。20世纪70年代初,美国研究人员率先发现了蓝绿色这一“海水窗口”,进而巧妙利用一定波长的蓝绿激光,由卫星或飞机中继,使潜艇水下通信向前迈进了一步。

蓝绿激光水下通信利用的就是波长为450—530纳米的蓝绿色光在水下衰减较小的原理。水下蓝绿激光通信具有海水穿透能力强、数据传输速率快、方向性号、设备轻巧且抗截获和抗核辐射影响能力好,相当于在水下游弋的潜艇戴上了数据通信的“助听器”,因而迅速得到快速发展和广泛研究。

自美国海军从1977年提出卫星—潜艇通信的可行性研究后,激光对潜通信迅速成为美国的战略性研究计划。从1980年开始,美国以几乎两年一次的频率开展过多次海上大型蓝绿激光对潜通信试验,到20世纪90年代中期,基本完成了蓝绿激光水下通信的所有关键性试验。此时,处在两极格局尖锐博弈另一端的苏联也不甘落后,从1983年底就在黑海舰队进行了利用空间轨道反射镜实现岸对潜水下蓝绿激光的通信试验。此后,英国、德国、加拿大、法国、澳大利亚等国也相继跟进研究。

经过10多年不间断的蓝绿激光通信试验,美军目前已形成较为明朗的卫星—潜艇激光通信发展方向。尤其是体积小、重量轻、高功率、长寿命的二极管泵浦固体激光器的研制成功,使得在卫星上装上蓝绿激光器成为可能。美国国防部高级研究计划局正在以地球同步卫星为平台,开展双工卫星—潜艇蓝绿激光通信系统的研制。美军还针对对潜通信现状,在由波音飞机改造而来的E-6“水星”对潜通信飞机上加装了机载蓝绿激光通信系统,已经取得了一定的数据通信效果。

助力潜艇成为海战主角

长期以来,制约潜艇成为海战主角的一个重要原因,就是无法依托电磁波在水下对外有效通信。未来,随着以蓝绿激光通信为代表的水下通信技术发展成熟,“以潜制海”的时代或许即将来临。

其实,除对潜通信外,蓝绿激光在海军装备应用中还大有可为。世界军事强国相继投入了大量人力、物力用于蓝绿激光探雷、测深、水下传感、海基光控武器等方面的试验研究,取得了一大批技术突破。1967年,美国就完成了世界上第一个蓝绿激光测深装置,该型水下探测装置可用于探测和搜索海底沉船、测绘海图等。美国海军曾将蓝绿激光系统作为发展探雷设备的首项发展项目,海湾战争时期美军利用激光探雷器寻找水雷,效率比声呐方式高出数十倍。此外,水下传感器是潜艇、水下机器人的“耳目”,对及时发现和识别水下威胁目标具有重要作用。利用蓝绿激光水下传感装置,可获得比其他水下传感器更高的识别精度和定位能力,甚至可实现潜艇对水下目标的跟踪和直接攻击。

蓝绿激光通信优点虽多,但在具体应用时也存在诸多技术瓶颈。激光波束窄,一般传输路径都是直线,潜艇在离陆地较远的区域作战时,必须依靠大型飞机和卫星平台向特定水域发射通信激光。一旦这些平台遭到摧毁,潜艇将有可能再次变成“睁眼瞎”。因而,目前对潜通信采取的技术手段依旧是首先利用长波电台粗略对潜艇进行定位,之后再使用激光通信手段进行精确通信,但会严重受限于低频通信的通信质量和定位精度。

同时,激光在水中衰减虽小,但光波一路上要经过二氧化碳、水蒸气、悬浮微粒、臭氧分子以及云层和大气湍流的多重干扰,因此需要激光发射装置根据外部环境实时调整发射的角度、强度和频率等特征信息,对激光发射端的自适应光学系统提出了较高要求,这些都是蓝绿激光通信亟须优化改进的技术难题。

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