特种光缆及组件在武器装备领域的应用

周 丰 孙亚斌

（1．中国电子科技集团公司第八研究所，安徽 合肥 230051；2．宇航光纤互联技术安徽省重点实验室，安徽 合肥 230051）

从20 世纪70 年代以来，纤光缆和半导体光电器件获得较为广阔的发展空间，促进光子和电子技术的结合进程，纤光缆通信逐渐演变成信息时代的主要标识之一。光纤光缆在传导信息、传感及处理信息等方面均体现出良好的效能，传输能耗低、传导效率高、自重轻、抗磁性能强及在不良环境中适应性强等优势，使其在军事领域中表现出良好的适用性。

1 特种光缆及组件的分类与结构

目前通信用光缆产品应用范畴逐渐拓展，但针对特种光缆及相应的传输组件，特别是性能优良的产品对进口表现出较强的依赖性，不同领域在使用光缆产品的过程中对品种、品质等提出了更高的要求。在后续的发展阶段中，可以预测整个产业对特种光缆及组件的需求量将会呈不断上升的趋势，只有这样才能从根本上满足军事领域可持续发展提出的要求，才能有强大的能力参与国际上的竞争活动。

光缆主要由光纤及其保护结构构成，一般是由光纤外层增设缓冲层、外护套等包裹，形成具备一定机械性及耐受性强的呈缆产品，航天器用光缆和普通光缆两者在结构上存在一定的相似之处，但因为前者需要用于极度高低温和空间敷设等环境条件下，所以在材料和工艺上可能会提出更严格的要求。图1 为某经典航天器舱外光缆的结构示意图。

图1 某经典航天器舱外光缆的结构图示

1.1 分类

光缆主要分为4 类。1）在恶劣环境条件中表现出较好适用性的产品：恶劣环境被定义为超出常规通信使用范围的环境，主要有：①超出（-40 ℃~75 ℃）范畴的环境条件（-100 ℃~125 ℃）。②伴有强烈震荡的环境。③光纤制导与水下鱼雷等提出的特殊要求。④强电磁、高腐蚀性、强辐射性环境。⑤人工安全存在高难度的区段。2）特定用途与特殊结构的产品：主要用途有军用、海、陆、空、天等领域中。3）功能性产品：多被配套用于非通信领域中，对象以功能型光纤传感系统、智能电网等为主。4）具备阻燃与环保属性的产品：该类产品使用在煤矿井、光纤至桌面（FTTD）、车载及士兵穿戴式轻型计算机内[1]。

1.2 结构形式与特征

光缆产品的构成以缆芯、加强构件以及护套3 个部分为主。一般会将缆芯分为单、多纤芯2 类。特种光缆可以被看成是属性与结构特别的产品，组合器件为特种组件的代表，其能较好的适用多种特别属性与使用要求的光衔接、转换与传导。

军事发展期间对特种光缆和组件的技术含量、适用环境条件均提出较苛刻的要求，用量较少、附加值较大等是其主要特点，一般推荐在材料、结构、工艺流程等方面做出创新。

2 特种光缆及组件的应用领域

2.1 陆军战术通信

陆军战术通信包括3 个方面。1）当地局域网光缆通信系统。2）C3 系统链路。3）远距离战术光缆通信系统[2]。

2.2 机载光纤光缆传输

机载光纤光缆传输包括3 个方面。1）机载光纤总线。2）航空电子互联网。3）飞行控制系统。

2.3 雷达领域

雷达领域包括4 个方面。1）远程化微波传导系统。2）数个基地信号的互联互通系统。3）天线频次基准配置系统。4）信号配置网络。

2.4 卫星空间站

传输卫星空间站传输包括3 个方面。1）天线微波光纤线路。2）通信脉冲转发系统。3）传感信号传导网络。

2.5 火箭

火箭在光纤的应用上包括2 个方面。1）离地控制线路。2）壳体健康状态探查。

2.6 导航

导航包括2 个方面。1）克战车导向系统。2）火箭导航以及惯性导航系统。MLA 为典型的航宇产品（如图2 所示），图2 为NASA 在2004 年发射的用于检测水性地形的激光高度计，其由4 架望远镜共同构成，设计精度达0.5 m，MLA 激光飞行时间测量与航天器轨道方位数据在确定行星的表面高度、天平动与内部结构方面发挥重要的辅助性作用。该光缆组件选用Avim 连接器，光纤利用丹顿公司生产的1 064 nm 的抗反射涂层涂覆。

图2 水星激光高度计光缆布置（MLA）

2.7 智能飞行器

智能飞行器包括3 方面。1）损伤控制。2）火警告警。3）分布传感系统等。

3 技术发展分析

3.1 海底光缆

海底光缆又被称为海底通信电缆，是采用绝缘材料包裹的导线类型，将其敷设于海底，用来进行不同国家之间的电信传输。海底光缆因为是采用绝缘外皮包裹的导线束安置于海底，海水对外界光磁波的干扰过程能形成较好的防护作用，所以海缆形成信噪比相对较高，海底光缆通信期间内时间拖延。海底光缆的设计使用年限为持续运作25 年，但人造卫星通常会在10~15 年就会燃料殆尽。海底光缆多被用于衔接光缆与Internet，从宏观上可以将其分为岸上、水下设备2个部分[3]。岸上设备负责把语音、图象、数据信息等通信业务打包传导。水下设备负责处理、传送与接收通信信号。水下设备可以细化为3 个部分，即海底光缆、中继器与“分支单元”。海底光缆为其中最重要的部分，与其他2 个部分相比较，海底光缆更脆弱。我国首条海底电缆主要用途是传送电报，即台南至澎湖电缆，全长为98.156 km。当下，已成功研制的第4 代海底光缆，单根生产长度＞50 km。携带中继的海底电缆以及连接器与柔软型海底光缆技术已投入使用。图3 是某典型海底光缆结构示意图。

图3 某典型海底光缆结构图示

3.2 野战光缆及其组件

野战电缆在野战条件下在数十千米内传输音频、载波或者数字信号的通信电缆领域中均体现出较好的适用性。有自体重量轻盈、抗拉力强、能多次收放等诸多优势。早在20世纪70 年代初，美国就投身野战电缆的研究领域中，可以将其对应的技术规范细化为短距离野战光缆（1 km ～2 km）与长距离战术光缆（6 km ～8 km 中继距离）。C3I 系统、局域网（L A N）以及长距离战术通信系统等内均有应用。A T＆T 公司制造的阻燃野战光缆为具有代表性的野战光缆，其内使用了内外聚氨脂护套，符合相关规范设定的阻燃要求[4]。

3.3 航空用光缆及组件

在20 世纪70 年代早期就对机载光纤光缆的应用情况进行了研究，时至今日该项工作持续推进，支撑该项工作的动力是光纤光缆具有体积微小、自重轻盈、带宽与抗电磁干扰能力强等优势。如果使用光缆取代电缆，则可以使B-1 轰炸机的自重减少约有1 t，并且还能较显著地降低几个数量级的电磁干扰源与经济投入。

当下，航空复合材料获得很大的发展空间，以复合材料为主要生产原料的隐形飞机已演变成各个国家军方急迫研发的秘密武器。但如果将电缆设作为机内的互联网，就不能达到真正的隐形。而如果采用光纤布线，则能实现减少噪声或静音的目的。如果选用的是光纤数据总线，随后把应变、温度等光纤传感器与信息处理器安置于复合材料构件中，这样就能建设智能蒙皮飞机。

1974 年美国空军率先在A-7 飞机上进行了光纤应用试验，其先在技术层面上对机载光纤光缆与通信系统做出较客观的评估。A-7 飞机用13 根光缆取代了最初传输115 个系统信号的同轴电缆以及对绞高温导线，使初传输线缆自体重量由18 ㎏降至1.2 kg。现阶段，人们正在积极研发光学复用的纤维光学传感开关与数据总线。为满足更高的标准要求，国外还积极研发了能耐受-65 ℃~150 ℃特殊环境条件的航空用光纤电缆[5]。

3.4 有限直到光缆

其优势体现在体积小、重量轻、投入成本低、战场生命力顽强及可增强武器震慑力等方面上，具体应用状况有3 个方面。

3.4.1 反坦克武器

美国陆军在1989 年就研发制造并装备持有夜视功能与全天候工作功效的光纤制导导弹。

3.4.2 前沿防空系统（FAADS）

光纤制导导弹（FOG-M）为FAADS 的重要构成，一般会被安置于近战地区段中远离机动合成部队的后部，或者是临近乙方部队前沿隐蔽阵地上，借用地面与空中探测设备构成C3I 系统将目标预警信息反馈给FOG-M。

3.4.3 光纤制导鱼雷

美国研发的轻型光纤制导鱼雷和其他普通鱼雷相比较，最大的不同是能实现远程式反潜，最长距离能达到100 km[6]。

绕放线技术属于另一个较重要的技术类型，因为制导光缆环绕在放线装备上，需要伴随弹体高速飞转，所以光缆绕线与放线技术在以上过程中会发挥较为重要的作用。光缆缠绕对应的控制参数有缠绕基层、缠绕超前角、后退和交叠控制缠绕时吸附力大小等。为减少缠绕诱导光纤形成的微弯损耗，建议选用精准的缠绕手段。该种方法所采用的是转轴略带锥形，能促使光缆缠绕与圆柱体上形成轴向层，随即逆向环绕另一层，围绕在前后2 个线圈之间。

4 结语

当下，特种光缆及组件在武器装备领域的使用已步入商品化、实用化阶段，为了跟进新型武器装备的先进发展局势、显著减少和国外高端科技之间的距离。提升国内特种光缆及组件产品的开发水平与自主研发能力，迎合不断增长的国内需求，并在国际竞争中占据一定优势地位，我国应打造一支精湛的创新团队，加大关键技术的研发及创新力度，加快国际电缆产品的国产化进程，为我国武器装备现代化发展目标的实现注入动能。