激光“低空衛士”：專治“黑飛”無人機

近年來，以輕型/超輕型無人機、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、中南地區機場共有19次無人機影響航班正常運行事件，給安全運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年法國境內有十座核電站遇到不明身份的無人機“偷竊”﹔韓國青瓦台上空多次出現無人機飛行並近距離拍照﹔2015年1月16日，一架“phantom”無人機突破“全球最嚴密的防衛網”，在美國白宮草坪上墜毀﹔4月22日，日本首相官邸上空發現無人機……

“‘低慢小’飛行器具有制作簡單、成本低廉、易於獲取、遠程操控力強、難以被發現和處置的特點。”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實名登記工作，但專家指出，正規廠家和合規用戶的“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了“低空衛士”系列激光攔截系統。

傳統手段存在不足

據范國濱介紹，“低慢小”一般具有以下特點：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﹔目標尺寸小——通常在1平方米左右，大量採用電池為動力，並且它們的飛行距離多數能達到5公裡以上，載重也達到數公斤，大都是按預定程序自主控制飛行。

“低慢小”幾何尺寸小和紅外特征弱，再加上城市低空環境背景復雜，造成預警和跟瞄難度大。即使雷達和光電系統發現了它，由於距離近，預警時間短，機動性強，定位精度差，使用以導彈和高炮相結合的現代防空手段處置效率不高，有點像用大炮打蚊子，並且還有可能對地面和人群造成附帶損傷，不適合在城市環境和重大活動中應用。

因此，“低慢小”目標的處置一直是安全保衛的難點。可以說，低空安防是一個世界性的難題。

目前，“低慢小”的發展極為迅速，這使得不法分子利用其進行非法肇事的可能性越來越大。當“低慢小”對重要區域或重大活動場所的安保構成威脅時，現在一般的應對方法主要依靠狙擊手、速射炮進行攔截，或者靠空中撒網或直升機在空中捕獲，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

世界上第一台紅寶石激光器是1960年由美國科學家梅曼發明，自此，激光技術獲得了突飛猛進的發展，在工業、醫療、信息科學、生物技術和軍事上得到了廣泛應用。

激光具有方向性好的特點。它可以很好地把光集中在物體很小的面積上。比如我們平時使用的手電筒，其光線就是發散的，而演講、上課時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，太陽直射到地面的光照強度一般是每平方米也就數百瓦，而激光的照度能達到每平方厘米幾千瓦。

科學家正是利用這一特性，將高功率激光遠距離傳輸、投射到目標上，通過熱燒蝕，破壞目標結構，從而使目標被摧毀或喪失能力。

“低空衛士”火眼金睛

在廣泛調研的基礎上，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隊，利用長期研究激光的優勢，著力開發一款服務於低空安保的“低空衛士”高科技系統。

據介紹，該系統自主提出並實現了分體組合式激光系統的新構型，突破了高效高品質激光合成技術、快速拆裝式光學組裝技術、耦合光路一鍵校准和跟蹤轉台分體設計等系列關鍵技術，實現了光機電熱接口的快速鏈接，有效解決了城市密集區、高層建筑屋頂等各類復雜區域部署的難題﹔提升了對具有隨機擾動的目標的軌跡預測能力，實現了對低慢小目標的穩定跟蹤﹔建立了真假目標的時空相關性判據，有效降低目標自動提取的虛警率。

“低空衛士”系統通過發射激光對“低慢小”實施打擊，其毀傷主要是通過燒蝕“低慢小”的表面材料、功能部件，以破壞其動力學特性、能源系統、飛行控制系統等，使目標失去飛行能力。當激光幅照加熱和復合材料自身燃燒釋熱共同作用時，會引起飛翼或機體材料較大面積燒蝕、炭化，致使其結構材料強度下降，進而使“低慢小”不能承受飛行中的力學載荷﹔而當激光輻照直接或間接燒蝕能源系統、飛行控系統，也均會使飛行器出現空難性后果。

據系統開發單位介紹，在實際使用中，雷達持續大范圍搜索空域，一旦發現可疑目標如無人機，將目標的位置信息發送給“低空衛士”，引導“低空衛士”對目標自動捕獲和持續跟蹤，並在指揮屏幕上實時顯示目標圖像，指控系統根據測距信息判斷目標是否進入打擊范圍，當目標進入打擊范圍后，指控人員選擇瞄准位置，發射主激光，燃燒目標的關鍵部位，直至目標墜毀。之后，系統可根據任務，轉入執勤狀態或立即進入對新威脅目標的打擊狀態。

強機動力隨叫隨打

“低空衛士”系統的單套發射功率近萬瓦、低空有效護衛面積12平方公裡。其部署后，能在5秒內精准攔截半徑2.5公裡左右、360度空域的固定翼等多種航空器，具有快速、准確、無聲無息、無附帶損傷的特點。據介紹，“低空衛士”已成功完成多次試驗和演示，先后擊落固定翼、多旋翼、直升機等典型小型航空器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“低空衛士”系統，可拆成幾個部分便於人工搬運，比如運到樓頂，然后再快速組裝。同時，系統採用出光自動保護設計，避免誤擊誤傷目標。該系統配有紅外成像跟蹤，具備全天候作戰能力。為提高系統自主運行能力，中物院為“低空衛士”同步研發了與其配套使用的雷達系統，可以實現對“低慢小”目標的有效監測和目標引導，克服了傳統雷達體積大、轉動慢、靈敏度有限，且無法在高層建筑上布設等不足。

分體組合式低空衛士系統研制成功，有效解決了城市密集區、高層建筑屋頂等各類陣地部署的難題，為城市及重要核心區域的低空安防提供了一種重要手段，並已在重大任務中發揮了重要作用，是世界上首套有了實際應用的系統。