中国研发激光“低空卫士”：专治“黑飞”无人机

近年来，以轻型/超轻型无人机、多旋翼、三角翼和航模、动力伞等为代表的低空、小型飞行器(下称“低慢小”)越来越多。资料显示，5月份西南、西北、中南地区机场共有19次无人机影响航班正常运行事件，给安全运行和旅客出行带来极大不便。

除了威胁航班起降，“低慢小”还可能对国家安全造成危害。2014年法国境内有十座核电站遇到不明身份的无人机“偷窃”；韩国青瓦台上空多次出现无人机飞行并近距离拍照；2015年1月16日，一架“phantom”无人机突破“全球最严密的防卫网”，在美国白宫草坪上坠毁；4月22日，日本首相官邸上空发现无人机……

“‘低慢小’飞行器具有制作简单、成本低廉、易于获取、远程操控力强、难以被发现和处置的特点。”中国工程物理研究院(下称中物院)副总工程师范国滨说。

虽然今年6月1日起，国家民航局开展了无人机实名登记工作，但专家指出，正规厂家和合规用户的“无意干扰”可以控制，但恶意者的“黑飞”则是防不胜防。

为了解决“低慢小”威胁安全的问题，中物院组织单位成功研发了“低空卫士”系列激光拦截系统。

传统手段存在不足

据范国滨介绍，“低慢小”一般具有以下特点低空——飞行高度大部分在500米以下；慢速——飞行速度一般在50米/秒以下；目标尺寸小——通常在1平方米左右，大量采用电池为动力，并且它们的飞行距离多数能达到5公里以上，载重也达到数公斤，大都是按预定程序自主控制飞行。

“低慢小”几何尺寸小和红外特征弱，再加上城市低空环境背景复杂，造成预警和跟瞄难度大。即使雷达和光电系统发现了它，由于距离近，预警时间短，机动性强，定位精度差，使用以导弹和高炮相结合的现代防空手段处置效率不高，有点像用大炮打蚊子，并且还有可能对地面和人群造成附带损伤，不适合在城市环境和重大活动中应用。

因此，“低慢小”目标的处置一直是安全保卫的难点。可以说，低空安防是一个世界性的难题。

目前，“低慢小”的发展极为迅速，这使得不法分子利用其进行非法肇事的可能性越来越大。当“低慢小”对重要区域或重大活动场所的安保构成威胁时，现在一般的应对方法主要依靠狙击手、速射炮进行拦截，或者靠空中撒网或直升机在空中捕获，目前也有了射频干扰装置，但这些手段成功率较低。

激光有了用武之地

世界上第一台红宝石激光器是1960年由美国科学家梅曼发明，自此，激光技术获得了突飞猛进的发展，在工业、医疗、信息科学、生物技术和军事上得到了广泛应用。

激光具有方向性好的特点。它可以很好地把光集中在物体很小的面积上。比如我们平时使用的手电筒，其光线就是发散的，而演讲、上课时用的激光笔就是一条光线，聚集度极高。此外，激光还有照度高的特点，太阳直射到地面的光照强度一般是每平方米也就数百瓦，而激光的照度能达到每平方厘米几千瓦。

科学家正是利用这一特性，将高功率激光远距离传输、投射到目标上，通过热烧蚀，破坏目标结构，从而使目标被摧毁或丧失能力。

“低空卫士”火眼金睛

在广泛调研的基础上，为解决“低慢小”飞行器的隐患问题，以中物院副总工程师范国滨为首的科研团队，利用长期研究激光的优势，着力开发一款服务于低空安保的“低空卫士”高科技系统。

据介绍，该系统自主提出并实现了分体组合式激光系统的新构型，突破了高效高品质激光合成技术、快速拆装式光学组装技术、耦合光路一键校准和跟踪转台分体设计等系列关键技术，实现了光机电热接口的快速链接，有效解决了城市密集区、高层建筑屋顶等各类复杂区域部署的难题；提升了对具有随机扰动的目标的轨迹预测能力，实现了对低慢小目标的稳定跟踪；建立了真假目标的时空相关性判据，有效降低目标自动提取的虚警率。

“低空卫士”系统通过发射激光对“低慢小”实施打击，其毁伤主要是通过烧蚀“低慢小”的表面材料、功能部件，以破坏其动力学特性、能源系统、飞行控制系统等，使目标失去飞行能力。当激光幅照加热和复合材料自身燃烧释热共同作用时，会引起飞翼或机体材料较大面积烧蚀、炭化，致使其结构材料强度下降，进而使“低慢小”不能承受飞行中的力学载荷；而当激光辐照直接或间接烧蚀能源系统、飞行控系统，也均会使飞行器出现空难性后果。

据系统开发单位介绍，在实际使用中，雷达持续大范围搜索空域，一旦发现可疑目标如无人机，将目标的位置信息发送给“低空卫士”，引导“低空卫士”对目标自动捕获和持续跟踪，并在指挥屏幕上实时显示目标图像，指控系统根据测距信息判断目标是否进入打击范围，当目标进入打击范围后，指控人员选择瞄准位置，发射主激光，燃烧目标的关键部位，直至目标坠毁。之后，系统可根据任务，转入执勤状态或立即进入对新威胁目标的打击状态。

强机动力随叫随打

“低空卫士”系统的单套发射功率近万瓦、低空有效护卫面积12平方公里。其部署后，能在5秒内精准拦截半径2.5公里左右、360度空域的固定翼等多种航空器，具有快速、准确、无声无息、无附带损伤的特点。据介绍，“低空卫士”已成功完成多次试验和演示，先后击落固定翼、多旋翼、直升机等典型小型航空器30余架次，成功率100%。

为了更灵活有效地对付“低慢小”，中物院研制成功了世界首套分体组合式“低空卫士”系统，可拆成几个部分便于人工搬运，比如运到楼顶，然后再快速组装。同时，系统采用出光自动保护设计，避免误击误伤目标。该系统配有红外成像跟踪，具备全天候作战能力。为提高系统自主运行能力，中物院为“低空卫士”同步研发了与其配套使用的雷达系统，可以实现对“低慢小”目标的有效监测和目标引导，克服了传统雷达体积大、转动慢、灵敏度有限，且无法在高层建筑上布设等不足。

分体组合式低空卫士系统研制成功，有效解决了城市密集区、高层建筑屋顶等各类阵地部署的难题，为城市及重要核心区域的低空安防提供了一种重要手段，并已在重大任务中发挥了重要作用，是世界上首套有了实际应用的系统。