激光制导导弹

背景

导弹与火箭的不同之处在于其制导系统可将其引导至预先选定的目标。二战期间，从飞机上发射的无制导或自由飞行的火箭被证明是一种有用但经常不准确的武器。这种不准确通常导致需要发射多枚火箭才能击中单个目标，因此需要寻找一种将火箭引导至目标的方法。无线电波技术（如雷达和无线电探测设备）的同时爆发为这个问题提供了第一个解决方案。包括美国、德国和英国在内的几个交战国家将现有的火箭技术与新的基于无线电或雷达的制导系统相结合，制造出世界上第一枚制导导弹。尽管这些导弹的部署数量不足以从根本上改变二战的进程，但它们所记录的成功指出了将改变未来战争进程的技术。高科技战争时代由此开启，这个时代将迅速证明其问题和承诺。

问题集中在新无线电波技术的不可靠性上。导弹无法瞄准比工厂、桥梁或军舰还小的目标。电路经常被证明是变化无常的，在恶劣的天气条件下根本不会起作用。随着雷达的成功，干扰技术蓬勃发展，出现了另一个缺陷。敌方干扰站发现越来越容易拦截发射飞机的无线电或雷达传输，从而允许这些站以相同频率发送相互冲突的信号，从而干扰或“混淆”导弹。制导导弹的战场应用，尤其是那些设想攻击较小目标的应用，需要一种更可靠、不易受到干扰的制导方法。幸运的是，由于对光放大效应的独立研究，这种方法变得可用。

Theodore Maiman 博士制造了第一台激光器 （受激辐射的光放大） 1960 年在休斯研究实验室。军方几乎在第一束光束穿透空气时就意识到了激光的潜在应用。激光制导射弹在一系列空袭中经受了火的洗礼，突显了美国在越南战争中的努力。这些武器的准确性为他们赢得了众所周知的“智能武器”的绰号。但即使是新一代先进武器，也无法在这场艰苦而代价高昂的战争中为美军带来胜利。然而，在越南获得的经验、激光技术的改进以及电子和计算机的类似进步相结合，导致了更复杂和更致命的激光制导导弹。它们最终在沙漠风暴行动中得到广泛使用，其准确性和可靠性在伊拉克军队的决定性失败中发挥了至关重要的作用。因此，激光制导导弹已成为当今高科技军事技术的关键组成部分。

原材料

一枚激光制导导弹由四个重要部件组成，每个部件含有不同的原材料。这四个组成部分 导弹体被压铸成两半：将熔融金属（铝或钢）倒入金属中模具并冷却以形成适当的形状。然后将两半焊接在一起。
主要的激光组件——光探测传感器和光学过滤器——在一系列操作中组装起来，这些操作与导弹的其余部分是分开的。然后将支持激光系统的电路焊接到预印制板上。电子套件的电路板也与导弹的其余部分独立组装。如果设计要求，此时将微芯片添加到电路板上。是导弹体， 引导系统 （也称为 激光和电子套件）， 推进剂， 和 弹头。 导弹体由钢合金或高强度铝合金制成，通常沿体腔涂有铬，以防止导弹发射时承受过大的压力和热量。制导系统包含各种类型的材料——一些是基本材料，另一些是高科技材料——旨在提供最大的制导能力。这些材料包括一个光探测传感器和光学过滤器，导弹可以利用它们来解释从母机发出的激光波长。光检测传感器最重要的部分是其传感圆顶，它可以由玻璃、石英和/或硅制成。导弹的电子套件可以包含砷化镓半导体，但有些套件仍然完全依赖铜或银线。制导导弹使用氮基固体推进剂作为燃料来源。可以加入某些添加剂（如石墨或硝化甘油）来改变推进剂的性能。导弹的弹头可以包含高爆炸性氮基混合物、燃料空气炸药 (FAE) 或磷化合物。弹头通常用钢包裹，但有时也使用铝合金作为替代品。

设计

现代战场上存在两种基本类型的激光制导导弹。第一种类型“读取”从发射飞机/直升机发射的激光。导弹的电子套件向尾翼（称为控制面）发出指令 在它的身体上，以使其与激光束保持一致。这种类型的导弹被称为光束骑士 因为它倾向于将激光束推向目标。

第二种导弹使用机载传感器来拾取目标反射的激光。飞机/直升机飞行员选择一个目标，用来自目标指示器的激光束击中目标，然后发射导弹。导弹的传感器测量其飞行路径与反射光路径之间的误差。然后通过电子套件将修正信息传递到导弹的控制面，引导导弹瞄准目标。

无论哪种类型，导弹设计者都必须将计算机模拟作为设计过程的第一步。这些模拟有助于设计人员选择合适的激光器类型、主体长度、喷嘴配置、腔体尺寸、弹头类型、推进剂质量和控制面。然后，设计师将包含所有相关工程计算的包放在一起，包括那些由计算机模拟生成的计算。然后围绕激光和控制表面的功能设计电子套件。现在可以完成所有组件的图纸和原理图；事实证明，CAD/CAM（计算机辅助设计/制造）技术有助于完成这项任务。然后围绕飞机激光和导弹控制面的能力设计电子系统。以下步骤包括为所选电子系统生成必要的示意图。对整个导弹系统的另一项计算机辅助研究构成了设计过程的最后一步。

制造
过程

构建身体并连接鳍

• 1 钢制或铝制机身被压铸成两半。压铸包括将熔融金属倒入所需形状的钢模中，然后让金属硬化。当它冷却时，金属呈现出与模具相同的形状。此时，可选的铬涂层可以应用于对应于完整导弹腔体的半部的内表面。然后将两半焊接在一起，并在焊接后在主体的尾端添加喷嘴。
• 2 个可移动的尾翼现在被添加到导弹体的预定点。散热片可以连接到机械接头上，然后焊接到机身的外部，或者它们可以插入故意铣削到机身上的凹槽中。

发射推进剂

• 3 推进剂必须小心地涂抹在导弹腔体上，以确保涂层均匀，因为任何不规则都会导致燃烧速度不可靠，进而降低导弹的性能。实现均匀涂层的最佳方法是使用离心力施加推进剂。这个应用程序，称为 铸造， 在工业离心机中进行，该离心机具有良好的屏蔽和隔离的位置，以防止火灾或爆炸。

组装制导系统

• 4 主要的激光组件——光探测传感器和滤光片——在一系列操作中组装起来，这些操作与导弹的其余部分是分开的。然后将支持激光系统的电路焊接到预印制板上；此时要特别注意光学材料，以防止它们过热，因为这会改变导弹能够探测到的光的波长。组装好的激光子系统现在被搁置，等待最终组装。电子套件的电路板也与导弹的其余部分独立组装。如果设计要求，此时将微芯片添加到电路板上。
• 5 现在可以通过连接必要的电路板并通过检修面板将整个组件插入导弹主体来集成制导系统（激光组件和电子套件）。然后导弹的控制面通过一系列中继线与制导系统相连，中继线也通过检修面板进入导弹机身。然而，光探测传感器和它的外壳在这一点上只添加到光束骑射导弹，在这种情况下，外壳小心地用螺栓固定在靠近导弹后部的外径上，面朝后以解释来自母体的激光信号飞机。

总装

• 6 弹头的插入构成导弹总装阶段 目前的激光制导导弹以两种方式之一工作。第一种是“光束骑手”，它读取发射飞机发出的激光并将光束射向目标。第二种类型使用机载传感器来拾取飞机发出并从目标反射的激光。传感器测量导弹飞行路径和反射光路径之间的误差，电子套件根据需要改变控制面以引导导弹朝向目标。构造。在此过程中必须非常小心，因为错误可能会导致导致灾难性事故。简单的紧固技术，如螺栓连接或铆接，用于连接弹头，而不会带来安全隐患。对于反射激光的制导系统，光电检测传感器（在其外壳中）用螺栓固定到位弹头的尖端。在组装的最后阶段完成后，制造商成功地构建了最复杂、最精密和潜在危险的部件今天使用的硬件。

质量控制

每个重要部件在组装前都经过严格的质量控制测试。首先，推进剂必须通过测试，在该测试中，检查员在模拟导弹飞行的条件下点燃推进剂样本。下一个测试是风洞演习，涉及导弹体的模型。该测试评估导弹飞行过程中周围的气流。此外，还发射了一些用于测试目的的导弹，以测试飞行特性。进一步的工作包括对电子套件进行一系列测试，以确定将命令传递到导弹控制面的速度和准确性。然后测试激光组件的可靠性，并发射测试光束，让检查人员记录光检测传感器“读取”正确波长的能力。最后，在布满练习目标的范围内，从飞机或直升机上试射一定数量的完整制导导弹。

副产品/废物

弹头中使用的推进剂和炸药如果进入水源就会有毒。必须收集剩余量的这些材料并带到指定的处置场所进行燃烧。每个州都有自己的爆炸物处置政策，联邦法规要求定期检查处置场所。镀铬过程中的流出物（液体副产品）也可能是危险的。这个问题最好通过将流出物储存在防漏容器中来解决。作为额外的安全预防措施，所有参与处理任何危险废物的人员都应穿着防护服，包括呼吸装置、手套、靴子和工作服。

未来

未来的激光制导导弹系统将在机上携带自己的微型激光器，从而不再需要在飞机上安装目标指示激光器。这些导弹目前在几个国家正在开发中，被称为“发射后不管”，因为飞行员可以发射其中一枚导弹并忘记它，依靠导弹的内部激光和探测传感器将其引导至目标。这一趋势的进一步发展将导致导弹可以自行选择和攻击目标。一旦它们的潜力被发挥出来，在未来的几年里，全世界的战场都会感受到这些“辉煌导弹”的致命毒液。一个更先进的概念设想了一种用于步兵的战斗步枪，它也可以发射小型激光制导导弹。沙漠风暴行动清楚地表明了对激光制导精度的需求，因此，致力于其任务的军事机构无疑将发明和部署更加致命的激光制导导弹。