激光对卫星探测器的干扰技术研究

　　0　引言

　　军用侦察卫星、通信卫星和导航卫星等在高技术战争中发挥着巨大的作用,已成为战场作战行动的重要支援保障系统。随着各类卫星的发展,反卫星激光武器也逐步发展并应用起来,它可以破坏卫星上的仪器或摧毁卫星平台,使敌方的指挥、控制、通信和情报系统瘫痪。作为卫星“视觉系统”的光电探测器是一种弱光探测系统,且光学系统对激光具有大的光学增益,因此激光辐照卫星极易造成光电探测系统的干扰和破坏,严重者可使整颗卫星报废[1]。从20世纪70年代以来,美国、前苏联等国家先后进行了多次反卫星激光武器的研究和试验,为实战提供了较完整的数据资料[2]。

　　激光有着作为攻击武器的理想特性。因为能以很窄的光束和频段发送大量的能量,这些特性能让攻击方有效地导引能量到目标卫星的正确位置并且使用合适的频率给目标卫星以打击[3-4]。激光对近地面CCD干扰试验与分析已有许多家单位做过研究[5],但是这些研究结果对利用激光干扰星载探测器却不十分适用。本文详细地分析了利用激光干扰卫星探测器的可行性及影响因素,并通过实验及理论计算相结合的方法,对KH-12卫星的干扰进行了判定,证明了激光干扰卫星探测器的可行性。

　　1　激光干扰卫星探测器分析

　　由于光学成像卫星工作在400 km左右的高空,高能激光武器能否有效地达到干扰星载探测器的目的,取决于激光束在经过远距离传输后到达目标的激光功率密度能否达到或超过干扰所需的阈值功率密度,这除与卫星所在轨道高度有关外,还取决于以下因素:地面激光器输出功率、激光束质量、跟踪瞄准精度和大气对激光传输等的影响[6]。这里设地面激光器输出功率为p0,波长λ0,激光器口径D0,探测器口径D1,大气对激光传输的影响因子τ1,激光束质量因子θ,跟踪瞄准精度因子τ2,卫星轨道高度因子R,到达探测器表面的激光功率为Q,则有:

　　其中,τ1以大气的衰减系数衡量,单位为km-1,θ以激光发散角衡量,单位为度;τ2以激光光斑中心与探测器中心之间的距离衡量,单位为m;R以探测器据激光器距离衡量,单位为m。

　　1.1　大气的衰减效应

　　激光干扰星载探测器时,必须经过远程大气传输,因此激光能量必然会受到大气对激光传输的影响。这些影响可分为线性和非线性的,其中大气分子和大气气溶胶的吸收与散射,大气湍流等属于线性效应,其效应的大小与激光强度无关。而受激喇曼散射、热晕等属于非线性效应,非线性效应的大小与激光强度密切相关。

　　1.1.1　大气湍流对光束质量的影响