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揭秘光譜“處女地”:現(xiàn)代軍用紫外探測技術(shù)


  來源: 儀器儀表商情網(wǎng) 時(shí)間:2015-11-27 作者:秦藝丹(科普中國)
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 紫外是指在電磁頻譜中10~400nm波長范圍的一段,其波長在電磁頻譜中位于可見光譜紫光區(qū)的外側(cè),是在1802年由德國物理學(xué)家里特發(fā)現(xiàn)。由于只有波長大于200nm的紫外輻射才能在空氣中傳播,所以通常討論的紫外輻射效應(yīng)及其應(yīng)用均在200~400nm范圍內(nèi)(大氣層中的“紫外窗口”)。

軍用紫外探測技術(shù)是利用近地大氣中的“日盲區(qū)”(波長小于300nm的紫外輻射由于同溫層臭氧吸收,基本上達(dá)不到地球近地表面,造成太陽光中的紫外輻射在近地表面形成盲區(qū))和大氣層中的“紫外窗口”來實(shí)現(xiàn)的。

圖1 紫外是波長比可見光短,但比X射線長的電磁輻射,波長范圍在10納米至400納米,能量從3電子伏特至124電子伏特之間。它的名稱是因?yàn)樵诠庾V中電磁波頻率比肉眼可見的紫色還要高而得名,又俗稱紫外光

早在20世紀(jì)60年代,美國空軍就開始了利用紫外波段探測洲際導(dǎo)彈發(fā)射的研究工作(導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)的尾焰會(huì)產(chǎn)生紫外光子)。理論上,只要能夠?qū)?dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)的羽煙紫外輻射進(jìn)行精確測量,就能夠有效發(fā)現(xiàn)是否有導(dǎo)彈發(fā)射。但是,由于科研人員發(fā)現(xiàn)難于確定這些紫外輻射信號(hào)強(qiáng)度是否強(qiáng)于自然輻射,再加上紫外輻射特有的“非熱態(tài)”,導(dǎo)致無法建立相關(guān)的信號(hào)模型和算法理論,紫外探測難以付諸實(shí)施,研究工作只能轉(zhuǎn)向易于建立信號(hào)模型的發(fā)動(dòng)機(jī)羽煙紅外特征探測。

一直到20世紀(jì)80年代,在美國的“導(dǎo)彈防御計(jì)劃”下,研究人員再次考慮利用紫外輻射來探測導(dǎo)彈發(fā)射的可行性。也是在這一時(shí)段,相關(guān)的基礎(chǔ)研究也取得了進(jìn)展,特別是利用地球觀測衛(wèi)星獲取了自然背景輻射的精確數(shù)據(jù),高靈敏度的紫外陰極、電荷耦合器件(CCD)和高增益微通道板的研究也獲得了突破,這使得軍用紫外探測技術(shù)成為了可能。

因此,進(jìn)入20世紀(jì)90年代之后,軍用紫外探測技術(shù)進(jìn)入實(shí)質(zhì)性研究和應(yīng)用開發(fā)階段,被譽(yù)為21世紀(jì)最具影響力的軍用技術(shù)之一的紫外告警技術(shù)異軍突起,并且已經(jīng)逐步成為一種標(biāo)準(zhǔn)配置而越來越多的出現(xiàn)在各類高價(jià)值武器平臺(tái)(也包括部分大型民用客機(jī))上。

目前,軍用紫外探測技術(shù)主要在戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈告警、天基紫外預(yù)警和紫外超高譜偵察等幾個(gè)方面展開:戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈告警,航空兵在空中格斗、低空突防、近距支援、對(duì)地攻擊和起飛著陸等階段,很容易受到紅外制導(dǎo)空空導(dǎo)彈和便攜式防空導(dǎo)彈的攻擊,由于缺乏有效的紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈逼近告警,75%的戰(zhàn)損都是因?yàn)轱w行員在沒有發(fā)覺處于導(dǎo)彈威脅之中而被擊落的。

作為對(duì)抗紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈中最為關(guān)鍵的導(dǎo)彈逼近告警(MAWS)就需要能夠在大范圍空域內(nèi)能夠連續(xù)地快速告警,并且虛警率極低。而紫外探測技術(shù)就能勝任這樣的應(yīng)用,通過被動(dòng)接收導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的紫外輻射,就可以對(duì)導(dǎo)彈的發(fā)射或者逼近進(jìn)行實(shí)時(shí)告警以及精確定向,及時(shí)提醒飛行員采取機(jī)動(dòng)規(guī)避和對(duì)抗措施。此外,由于紫外告警設(shè)備結(jié)構(gòu)簡單、不需要制冷、不需要掃描、重量輕、體積小和勤務(wù)性能好,所以現(xiàn)在不但可以裝在各種戰(zhàn)斗機(jī)、攻擊機(jī)、武裝直升機(jī)和大型民航客機(jī)上,地面部隊(duì)的主戰(zhàn)坦克和步兵戰(zhàn)車也都開始配備。

圖2 20世紀(jì)80年代,在美國的“導(dǎo)彈防御計(jì)劃”下,研究人員再次考慮利用紫外輻射來探測導(dǎo)彈發(fā)射的可行性

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