長期以來,在水下如何保持與外界的通訊是一道世界性難題。藍綠激光的應用,為實現潛艇水下通信開辟了嶄新的技術途徑。
“海水窗口”帶來“助聽器”
海水為什么會呈現藍綠色,是因為海水吸收了光譜中其他顏色的光。20世紀70年代初,美國研究人員率先發現了藍綠色這一“海水窗口”,進而巧妙利用一定波長的藍綠激光,由衛星或飛機中繼,使潛艇水下通信向前邁進了一步。
藍綠激光水下通信利用的就是波長為450—530納米的藍綠色光在水下衰減較小的原理。水下藍綠激光通信具有海水穿透能力強、數據傳輸速率快、方向性號、設備輕巧且抗截獲和抗核輻射影響能力好,相當于在水下游弋的潛艇戴上了數據通信的“助聽器”,因而迅速得到快速發展和廣泛研究。
自美國海軍從1977年提出衛星—潛艇通信的可行性研究后,激光對潛通信迅速成為美國的戰略性研究計劃。從1980年開始,美國以幾乎兩年一次的頻率開展過多次海上大型藍綠激光對潛通信試驗,到20世紀90年代中期,基本完成了藍綠激光水下通信的所有關鍵性試驗。此時,處在兩極格局尖銳博弈另一端的蘇聯也不甘落后,從1983年底就在黑海艦隊進行了利用空間軌道反射鏡實現岸對潛水下藍綠激光的通信試驗。此后,英國、德國、加拿大、法國、澳大利亞等國也相繼跟進研究。
經過10多年不間斷的藍綠激光通信試驗,美軍目前已形成較為明朗的衛星—潛艇激光通信發展方向。尤其是體積小、重量輕、高功率、長壽命的二極管泵浦固體激光器的研制成功,使得在衛星上裝上藍綠激光器成為可能。美國國防部高級研究計劃局正在以地球同步衛星為平臺,開展雙工衛星—潛艇藍綠激光通信系統的研制。美軍還針對對潛通信現狀,在由波音飛機改造而來的E-6“水星”對潛通信飛機上加裝了機載藍綠激光通信系統,已經取得了一定的數據通信效果。
助力潛艇成為海戰主角
長期以來,制約潛艇成為海戰主角的一個重要原因,就是無法依托電磁波在水下對外有效通信。未來,隨著以藍綠激光通信為代表的水下通信技術發展成熟,“以潛制海”的時代或許即將來臨。
其實,除對潛通信外,藍綠激光在海軍裝備應用中還大有可為。世界軍事強國相繼投入了大量人力、物力用于藍綠激光探雷、測深、水下傳感、海基光控武器等方面的試驗研究,取得了一大批技術突破。1967年,美國就完成了世界上第一個藍綠激光測深裝置,該型水下探測裝置可用于探測和搜索海底沉船、測繪海圖等。美國海軍曾將藍綠激光系統作為發展探雷設備的首項發展項目,海灣戰爭時期美軍利用激光探雷器尋找水雷,效率比聲吶方式高出數十倍。此外,水下傳感器是潛艇、水下機器人的“耳目”,對及時發現和識別水下威脅目標具有重要作用。利用藍綠激光水下傳感裝置,可獲得比其他水下傳感器更高的識別精度和定位能力,甚至可實現潛艇對水下目標的跟蹤和直接攻擊。
藍綠激光通信優點雖多,但在具體應用時也存在諸多技術瓶頸。激光波束窄,一般傳輸路徑都是直線,潛艇在離陸地較遠的區域作戰時,必須依靠大型飛機和衛星平臺向特定水域發射通信激光。一旦這些平臺遭到摧毀,潛艇將有可能再次變成“睜眼瞎”。因而,目前對潛通信采取的技術手段依舊是首先利用長波電臺粗略對潛艇進行定位,之后再使用激光通信手段進行精確通信,但會嚴重受限于低頻通信的通信質量和定位精度。
同時,激光在水中衰減雖小,但光波一路上要經過二氧化碳、水蒸氣、懸浮微粒、臭氧分子以及云層和大氣湍流的多重干擾,因此需要激光發射裝置根據外部環境實時調整發射的角度、強度和頻率等特征信息,對激光發射端的自適應光學系統提出了較高要求,這些都是藍綠激光通信亟須優化改進的技術難題。