特種光纜及組件在武器裝備領(lǐng)域的應(yīng)用

周 豐 孫亞斌

（1．中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第八研究所，安徽 合肥 230051；2．宇航光纖互聯(lián)技術(shù)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230051）

從20 世紀(jì)70 年代以來(lái)，纖光纜和半導(dǎo)體光電器件獲得較為廣闊的發(fā)展空間，促進(jìn)光子和電子技術(shù)的結(jié)合進(jìn)程，纖光纜通信逐漸演變成信息時(shí)代的主要標(biāo)識(shí)之一。光纖光纜在傳導(dǎo)信息、傳感及處理信息等方面均體現(xiàn)出良好的效能，傳輸能耗低、傳導(dǎo)效率高、自重輕、抗磁性能強(qiáng)及在不良環(huán)境中適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)，使其在軍事領(lǐng)域中表現(xiàn)出良好的適用性。

1 特種光纜及組件的分類(lèi)與結(jié)構(gòu)

目前通信用光纜產(chǎn)品應(yīng)用范疇逐漸拓展，但針對(duì)特種光纜及相應(yīng)的傳輸組件，特別是性能優(yōu)良的產(chǎn)品對(duì)進(jìn)口表現(xiàn)出較強(qiáng)的依賴性，不同領(lǐng)域在使用光纜產(chǎn)品的過(guò)程中對(duì)品種、品質(zhì)等提出了更高的要求。在后續(xù)的發(fā)展階段中，可以預(yù)測(cè)整個(gè)產(chǎn)業(yè)對(duì)特種光纜及組件的需求量將會(huì)呈不斷上升的趨勢(shì)，只有這樣才能從根本上滿足軍事領(lǐng)域可持續(xù)發(fā)展提出的要求，才能有強(qiáng)大的能力參與國(guó)際上的競(jìng)爭(zhēng)活動(dòng)。

光纜主要由光纖及其保護(hù)結(jié)構(gòu)構(gòu)成，一般是由光纖外層增設(shè)緩沖層、外護(hù)套等包裹，形成具備一定機(jī)械性及耐受性強(qiáng)的呈纜產(chǎn)品，航天器用光纜和普通光纜兩者在結(jié)構(gòu)上存在一定的相似之處，但因?yàn)榍罢咝枰糜跇O度高低溫和空間敷設(shè)等環(huán)境條件下，所以在材料和工藝上可能會(huì)提出更嚴(yán)格的要求。圖1 為某經(jīng)典航天器艙外光纜的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖1 某經(jīng)典航天器艙外光纜的結(jié)構(gòu)圖示

1.1 分類(lèi)

光纜主要分為4 類(lèi)。1）在惡劣環(huán)境條件中表現(xiàn)出較好適用性的產(chǎn)品：惡劣環(huán)境被定義為超出常規(guī)通信使用范圍的環(huán)境，主要有：①超出（-40 ℃~75 ℃）范疇的環(huán)境條件（-100 ℃~125 ℃）。②伴有強(qiáng)烈震蕩的環(huán)境。③光纖制導(dǎo)與水下魚(yú)雷等提出的特殊要求。④強(qiáng)電磁、高腐蝕性、強(qiáng)輻射性環(huán)境。⑤人工安全存在高難度的區(qū)段。2）特定用途與特殊結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品：主要用途有軍用、海、陸、空、天等領(lǐng)域中。3）功能性產(chǎn)品：多被配套用于非通信領(lǐng)域中，對(duì)象以功能型光纖傳感系統(tǒng)、智能電網(wǎng)等為主。4）具備阻燃與環(huán)保屬性的產(chǎn)品：該類(lèi)產(chǎn)品使用在煤礦井、光纖至桌面（FTTD）、車(chē)載及士兵穿戴式輕型計(jì)算機(jī)內(nèi)[1]。

1.2 結(jié)構(gòu)形式與特征

光纜產(chǎn)品的構(gòu)成以纜芯、加強(qiáng)構(gòu)件以及護(hù)套3 個(gè)部分為主。一般會(huì)將纜芯分為單、多纖芯2 類(lèi)。特種光纜可以被看成是屬性與結(jié)構(gòu)特別的產(chǎn)品，組合器件為特種組件的代表，其能較好的適用多種特別屬性與使用要求的光銜接、轉(zhuǎn)換與傳導(dǎo)。

軍事發(fā)展期間對(duì)特種光纜和組件的技術(shù)含量、適用環(huán)境條件均提出較苛刻的要求，用量較少、附加值較大等是其主要特點(diǎn)，一般推薦在材料、結(jié)構(gòu)、工藝流程等方面做出創(chuàng)新。

2 特種光纜及組件的應(yīng)用領(lǐng)域

2.1 陸軍戰(zhàn)術(shù)通信

陸軍戰(zhàn)術(shù)通信包括3 個(gè)方面。1）當(dāng)?shù)鼐钟蚓W(wǎng)光纜通信系統(tǒng)。2）C3 系統(tǒng)鏈路。3）遠(yuǎn)距離戰(zhàn)術(shù)光纜通信系統(tǒng)[2]。

2.2 機(jī)載光纖光纜傳輸

機(jī)載光纖光纜傳輸包括3 個(gè)方面。1）機(jī)載光纖總線。2）航空電子互聯(lián)網(wǎng)。3）飛行控制系統(tǒng)。

2.3 雷達(dá)領(lǐng)域

雷達(dá)領(lǐng)域包括4 個(gè)方面。1）遠(yuǎn)程化微波傳導(dǎo)系統(tǒng)。2）數(shù)個(gè)基地信號(hào)的互聯(lián)互通系統(tǒng)。3）天線頻次基準(zhǔn)配置系統(tǒng)。4）信號(hào)配置網(wǎng)絡(luò)。

2.4 衛(wèi)星空間站

傳輸衛(wèi)星空間站傳輸包括3 個(gè)方面。1）天線微波光纖線路。2）通信脈沖轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)。3）傳感信號(hào)傳導(dǎo)網(wǎng)絡(luò)。

2.5 火箭

火箭在光纖的應(yīng)用上包括2 個(gè)方面。1）離地控制線路。2）殼體健康狀態(tài)探查。

2.6 導(dǎo)航

導(dǎo)航包括2 個(gè)方面。1）克戰(zhàn)車(chē)導(dǎo)向系統(tǒng)。2）火箭導(dǎo)航以及慣性導(dǎo)航系統(tǒng)。MLA 為典型的航宇產(chǎn)品（如圖2 所示），圖2 為NASA 在2004 年發(fā)射的用于檢測(cè)水性地形的激光高度計(jì)，其由4 架望遠(yuǎn)鏡共同構(gòu)成，設(shè)計(jì)精度達(dá)0.5 m，MLA 激光飛行時(shí)間測(cè)量與航天器軌道方位數(shù)據(jù)在確定行星的表面高度、天平動(dòng)與內(nèi)部結(jié)構(gòu)方面發(fā)揮重要的輔助性作用。該光纜組件選用Avim 連接器，光纖利用丹頓公司生產(chǎn)的1 064 nm 的抗反射涂層涂覆。

圖2 水星激光高度計(jì)光纜布置（MLA）

2.7 智能飛行器

智能飛行器包括3 方面。1）損傷控制。2）火警告警。3）分布傳感系統(tǒng)等。

3 技術(shù)發(fā)展分析

3.1 海底光纜

海底光纜又被稱為海底通信電纜，是采用絕緣材料包裹的導(dǎo)線類(lèi)型，將其敷設(shè)于海底，用來(lái)進(jìn)行不同國(guó)家之間的電信傳輸。海底光纜因?yàn)槭遣捎媒^緣外皮包裹的導(dǎo)線束安置于海底，海水對(duì)外界光磁波的干擾過(guò)程能形成較好的防護(hù)作用，所以海纜形成信噪比相對(duì)較高，海底光纜通信期間內(nèi)時(shí)間拖延。海底光纜的設(shè)計(jì)使用年限為持續(xù)運(yùn)作25 年，但人造衛(wèi)星通常會(huì)在10~15 年就會(huì)燃料殆盡。海底光纜多被用于銜接光纜與Internet，從宏觀上可以將其分為岸上、水下設(shè)備2個(gè)部分[3]。岸上設(shè)備負(fù)責(zé)把語(yǔ)音、圖象、數(shù)據(jù)信息等通信業(yè)務(wù)打包傳導(dǎo)。水下設(shè)備負(fù)責(zé)處理、傳送與接收通信信號(hào)。水下設(shè)備可以細(xì)化為3 個(gè)部分，即海底光纜、中繼器與“分支單元”。海底光纜為其中最重要的部分，與其他2 個(gè)部分相比較，海底光纜更脆弱。我國(guó)首條海底電纜主要用途是傳送電報(bào)，即臺(tái)南至澎湖電纜，全長(zhǎng)為98.156 km。當(dāng)下，已成功研制的第4 代海底光纜，單根生產(chǎn)長(zhǎng)度＞50 km。攜帶中繼的海底電纜以及連接器與柔軟型海底光纜技術(shù)已投入使用。圖3 是某典型海底光纜結(jié)構(gòu)示意圖。

圖3 某典型海底光纜結(jié)構(gòu)圖示

3.2 野戰(zhàn)光纜及其組件

野戰(zhàn)電纜在野戰(zhàn)條件下在數(shù)十千米內(nèi)傳輸音頻、載波或者數(shù)字信號(hào)的通信電纜領(lǐng)域中均體現(xiàn)出較好的適用性。有自體重量輕盈、抗拉力強(qiáng)、能多次收放等諸多優(yōu)勢(shì)。早在20世紀(jì)70 年代初，美國(guó)就投身野戰(zhàn)電纜的研究領(lǐng)域中，可以將其對(duì)應(yīng)的技術(shù)規(guī)范細(xì)化為短距離野戰(zhàn)光纜（1 km ～2 km）與長(zhǎng)距離戰(zhàn)術(shù)光纜（6 km ～8 km 中繼距離）。C3I 系統(tǒng)、局域網(wǎng)（L A N）以及長(zhǎng)距離戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)等內(nèi)均有應(yīng)用。A T＆T 公司制造的阻燃野戰(zhàn)光纜為具有代表性的野戰(zhàn)光纜，其內(nèi)使用了內(nèi)外聚氨脂護(hù)套，符合相關(guān)規(guī)范設(shè)定的阻燃要求[4]。

3.3 航空用光纜及組件

在20 世紀(jì)70 年代早期就對(duì)機(jī)載光纖光纜的應(yīng)用情況進(jìn)行了研究，時(shí)至今日該項(xiàng)工作持續(xù)推進(jìn)，支撐該項(xiàng)工作的動(dòng)力是光纖光纜具有體積微小、自重輕盈、帶寬與抗電磁干擾能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì)。如果使用光纜取代電纜，則可以使B-1 轟炸機(jī)的自重減少約有1 t，并且還能較顯著地降低幾個(gè)數(shù)量級(jí)的電磁干擾源與經(jīng)濟(jì)投入。

當(dāng)下，航空復(fù)合材料獲得很大的發(fā)展空間，以復(fù)合材料為主要生產(chǎn)原料的隱形飛機(jī)已演變成各個(gè)國(guó)家軍方急迫研發(fā)的秘密武器。但如果將電纜設(shè)作為機(jī)內(nèi)的互聯(lián)網(wǎng)，就不能達(dá)到真正的隱形。而如果采用光纖布線，則能實(shí)現(xiàn)減少噪聲或靜音的目的。如果選用的是光纖數(shù)據(jù)總線，隨后把應(yīng)變、溫度等光纖傳感器與信息處理器安置于復(fù)合材料構(gòu)件中，這樣就能建設(shè)智能蒙皮飛機(jī)。

1974 年美國(guó)空軍率先在A-7 飛機(jī)上進(jìn)行了光纖應(yīng)用試驗(yàn)，其先在技術(shù)層面上對(duì)機(jī)載光纖光纜與通信系統(tǒng)做出較客觀的評(píng)估。A-7 飛機(jī)用13 根光纜取代了最初傳輸115 個(gè)系統(tǒng)信號(hào)的同軸電纜以及對(duì)絞高溫導(dǎo)線，使初傳輸線纜自體重量由18 ㎏降至1.2 kg?，F(xiàn)階段，人們正在積極研發(fā)光學(xué)復(fù)用的纖維光學(xué)傳感開(kāi)關(guān)與數(shù)據(jù)總線。為滿足更高的標(biāo)準(zhǔn)要求，國(guó)外還積極研發(fā)了能耐受-65 ℃~150 ℃特殊環(huán)境條件的航空用光纖電纜[5]。

3.4 有限直到光纜

其優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在體積小、重量輕、投入成本低、戰(zhàn)場(chǎng)生命力頑強(qiáng)及可增強(qiáng)武器震懾力等方面上，具體應(yīng)用狀況有3 個(gè)方面。

3.4.1 反坦克武器

美國(guó)陸軍在1989 年就研發(fā)制造并裝備持有夜視功能與全天候工作功效的光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈。

3.4.2 前沿防空系統(tǒng)（FAADS）

光纖制導(dǎo)導(dǎo)彈（FOG-M）為FAADS 的重要構(gòu)成，一般會(huì)被安置于近戰(zhàn)地區(qū)段中遠(yuǎn)離機(jī)動(dòng)合成部隊(duì)的后部，或者是臨近乙方部隊(duì)前沿隱蔽陣地上，借用地面與空中探測(cè)設(shè)備構(gòu)成C3I 系統(tǒng)將目標(biāo)預(yù)警信息反饋給FOG-M。

3.4.3 光纖制導(dǎo)魚(yú)雷

美國(guó)研發(fā)的輕型光纖制導(dǎo)魚(yú)雷和其他普通魚(yú)雷相比較，最大的不同是能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程式反潛，最長(zhǎng)距離能達(dá)到100 km[6]。

繞放線技術(shù)屬于另一個(gè)較重要的技術(shù)類(lèi)型，因?yàn)橹茖?dǎo)光纜環(huán)繞在放線裝備上，需要伴隨彈體高速飛轉(zhuǎn)，所以光纜繞線與放線技術(shù)在以上過(guò)程中會(huì)發(fā)揮較為重要的作用。光纜纏繞對(duì)應(yīng)的控制參數(shù)有纏繞基層、纏繞超前角、后退和交疊控制纏繞時(shí)吸附力大小等。為減少纏繞誘導(dǎo)光纖形成的微彎損耗，建議選用精準(zhǔn)的纏繞手段。該種方法所采用的是轉(zhuǎn)軸略帶錐形，能促使光纜纏繞與圓柱體上形成軸向?qū)?，隨即逆向環(huán)繞另一層，圍繞在前后2 個(gè)線圈之間。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)下，特種光纜及組件在武器裝備領(lǐng)域的使用已步入商品化、實(shí)用化階段，為了跟進(jìn)新型武器裝備的先進(jìn)發(fā)展局勢(shì)、顯著減少和國(guó)外高端科技之間的距離。提升國(guó)內(nèi)特種光纜及組件產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)水平與自主研發(fā)能力，迎合不斷增長(zhǎng)的國(guó)內(nèi)需求，并在國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中占據(jù)一定優(yōu)勢(shì)地位，我國(guó)應(yīng)打造一支精湛的創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，加大關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)及創(chuàng)新力度，加快國(guó)際電纜產(chǎn)品的國(guó)產(chǎn)化進(jìn)程，為我國(guó)武器裝備現(xiàn)代化發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)注入動(dòng)能。