特種光纜及組件在武器裝備領域的應用

周 豐 孫亞斌

（1．中國電子科技集團公司第八研究所，安徽 合肥 230051；2．宇航光纖互聯技術安徽省重點實驗室，安徽 合肥 230051）

從20 世紀70 年代以來，纖光纜和半導體光電器件獲得較為廣闊的發展空間，促進光子和電子技術的結合進程，纖光纜通信逐漸演變成信息時代的主要標識之一。光纖光纜在傳導信息、傳感及處理信息等方面均體現出良好的效能，傳輸能耗低、傳導效率高、自重輕、抗磁性能強及在不良環境中適應性強等優勢，使其在軍事領域中表現出良好的適用性。

1 特種光纜及組件的分類與結構

目前通信用光纜產品應用范疇逐漸拓展，但針對特種光纜及相應的傳輸組件，特別是性能優良的產品對進口表現出較強的依賴性，不同領域在使用光纜產品的過程中對品種、品質等提出了更高的要求。在后續的發展階段中，可以預測整個產業對特種光纜及組件的需求量將會呈不斷上升的趨勢，只有這樣才能從根本上滿足軍事領域可持續發展提出的要求，才能有強大的能力參與國際上的競爭活動。

光纜主要由光纖及其保護結構構成，一般是由光纖外層增設緩沖層、外護套等包裹，形成具備一定機械性及耐受性強的呈纜產品，航天器用光纜和普通光纜兩者在結構上存在一定的相似之處，但因為前者需要用于極度高低溫和空間敷設等環境條件下，所以在材料和工藝上可能會提出更嚴格的要求。圖1 為某經典航天器艙外光纜的結構示意圖。

圖1 某經典航天器艙外光纜的結構圖示

1.1 分類

光纜主要分為4 類。1）在惡劣環境條件中表現出較好適用性的產品：惡劣環境被定義為超出常規通信使用范圍的環境，主要有：①超出（-40 ℃~75 ℃）范疇的環境條件（-100 ℃~125 ℃）。②伴有強烈震蕩的環境。③光纖制導與水下魚雷等提出的特殊要求。④強電磁、高腐蝕性、強輻射性環境。⑤人工安全存在高難度的區段。2）特定用途與特殊結構的產品：主要用途有軍用、海、陸、空、天等領域中。3）功能性產品：多被配套用于非通信領域中，對象以功能型光纖傳感系統、智能電網等為主。4）具備阻燃與環保屬性的產品：該類產品使用在煤礦井、光纖至桌面（FTTD）、車載及士兵穿戴式輕型計算機內[1]。

1.2 結構形式與特征

光纜產品的構成以纜芯、加強構件以及護套3 個部分為主。一般會將纜芯分為單、多纖芯2 類。特種光纜可以被看成是屬性與結構特別的產品，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、轉換與傳導。

軍事發展期間對特種光纜和組件的技術含量、適用環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，一般推薦在材料、結構、工藝流程等方面做出創新。

2 特種光纜及組件的應用領域

2.1 陸軍戰術通信

陸軍戰術通信包括3 個方面。1）當地局域網光纜通信系統。2）C3 系統鏈路。3）遠距離戰術光纜通信系統[2]。

2.2 機載光纖光纜傳輸

機載光纖光纜傳輸包括3 個方面。1）機載光纖總線。2）航空電子互聯網。3）飛行控制系統。

2.3 雷達領域

雷達領域包括4 個方面。1）遠程化微波傳導系統。2）數個基地信號的互聯互通系統。3）天線頻次基準配置系統。4）信號配置網絡。

2.4 衛星空間站

傳輸衛星空間站傳輸包括3 個方面。1）天線微波光纖線路。2）通信脈沖轉發系統。3）傳感信號傳導網絡。

2.5 火箭

火箭在光纖的應用上包括2 個方面。1）離地控制線路。2）殼體健康狀態探查。

2.6 導航

導航包括2 個方面。1）克戰車導向系統。2）火箭導航以及慣性導航系統。MLA 為典型的航宇產品（如圖2 所示），圖2 為NASA 在2004 年發射的用于檢測水性地形的激光高度計，其由4 架望遠鏡共同構成，設計精度達0.5 m，MLA 激光飛行時間測量與航天器軌道方位數據在確定行星的表面高度、天平動與內部結構方面發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的1 064 nm 的抗反射涂層涂覆。

圖2 水星激光高度計光纜布置（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）分布傳感系統等。

3 技術發展分析

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線類型，將其敷設于海底，用來進行不同國家之間的電信傳輸。海底光纜因為是采用絕緣外皮包裹的導線束安置于海底，海水對外界光磁波的干擾過程能形成較好的防護作用，所以海纜形成信噪比相對較高，海底光纜通信期間內時間拖延。海底光纜的設計使用年限為持續運作25 年，但人造衛星通常會在10~15 年就會燃料殆盡。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、水下設備2個部分[3]。岸上設備負責把語音、圖象、數據信息等通信業務打包傳導。水下設備負責處理、傳送與接收通信信號。水下設備可以細化為3 個部分，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 個部分相比較，海底光纜更脆弱。我國首條海底電纜主要用途是傳送電報，即臺南至澎湖電纜，全長為98.156 km。當下，已成功研制的第4 代海底光纜，單根生產長度＞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已投入使用。圖3 是某典型海底光纜結構示意圖。

圖3 某典型海底光纜結構圖示

3.2 野戰光纜及其組件

野戰電纜在野戰條件下在數十千米內傳輸音頻、載波或者數字信號的通信電纜領域中均體現出較好的適用性。有自體重量輕盈、抗拉力強、能多次收放等諸多優勢。早在20世紀70 年代初，美國就投身野戰電纜的研究領域中，可以將其對應的技術規范細化為短距離野戰光纜（1 km ～2 km）與長距離戰術光纜（6 km ～8 km 中繼距離）。C3I 系統、局域網（L A N）以及長距離戰術通信系統等內均有應用。A T＆T 公司制造的阻燃野戰光纜為具有代表性的野戰光纜，其內使用了內外聚氨脂護套，符合相關規范設定的阻燃要求[4]。

3.3 航空用光纜及組件

在20 世紀70 年代早期就對機載光纖光纜的應用情況進行了研究，時至今日該項工作持續推進，支撐該項工作的動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等優勢。如果使用光纜取代電纜，則可以使B-1 轟炸機的自重減少約有1 t，并且還能較顯著地降低幾個數量級的電磁干擾源與經濟投入。

當下，航空復合材料獲得很大的發展空間，以復合材料為主要生產原料的隱形飛機已演變成各個國家軍方急迫研發的秘密武器。但如果將電纜設作為機內的互聯網，就不能達到真正的隱形。而如果采用光纖布線，則能實現減少噪聲或靜音的目的。如果選用的是光纖數據總線，隨后把應變、溫度等光纖傳感器與信息處理器安置于復合材料構件中，這樣就能建設智能蒙皮飛機。

1974 年美國空軍率先在A-7 飛機上進行了光纖應用試驗，其先在技術層面上對機載光纖光纜與通信系統做出較客觀的評估。A-7 飛機用13 根光纜取代了最初傳輸115 個系統信號的同軸電纜以及對絞高溫導線，使初傳輸線纜自體重量由18 ㎏降至1.2 kg?，F階段，人們正在積極研發光學復用的纖維光學傳感開關與數據總線。為滿足更高的標準要求，國外還積極研發了能耐受-65 ℃~150 ℃特殊環境條件的航空用光纖電纜[5]。

3.4 有限直到光纜

其優勢體現在體積小、重量輕、投入成本低、戰場生命力頑強及可增強武器震懾力等方面上，具體應用狀況有3 個方面。

3.4.1 反坦克武器

美國陸軍在1989 年就研發制造并裝備持有夜視功能與全天候工作功效的光纖制導導彈。

3.4.2 前沿防空系統（FAADS）

光纖制導導彈（FOG-M）為FAADS 的重要構成，一般會被安置于近戰地區段中遠離機動合成部隊的后部，或者是臨近乙方部隊前沿隱蔽陣地上，借用地面與空中探測設備構成C3I 系統將目標預警信息反饋給FOG-M。

3.4.3 光纖制導魚雷

美國研發的輕型光纖制導魚雷和其他普通魚雷相比較，最大的不同是能實現遠程式反潛，最長距離能達到100 km[6]。

繞放線技術屬于另一個較重要的技術類型，因為制導光纜環繞在放線裝備上，需要伴隨彈體高速飛轉，所以光纜繞線與放線技術在以上過程中會發揮較為重要的作用。光纜纏繞對應的控制參數有纏繞基層、纏繞超前角、后退和交疊控制纏繞時吸附力大小等。為減少纏繞誘導光纖形成的微彎損耗，建議選用精準的纏繞手段。該種方法所采用的是轉軸略帶錐形，能促使光纜纏繞與圓柱體上形成軸向層，隨即逆向環繞另一層，圍繞在前后2 個線圈之間。

4 結語

當下，特種光纜及組件在武器裝備領域的使用已步入商品化、實用化階段，為了跟進新型武器裝備的先進發展局勢、顯著減少和國外高端科技之間的距離。提升國內特種光纜及組件產品的開發水平與自主研發能力，迎合不斷增長的國內需求，并在國際競爭中占據一定優勢地位，我國應打造一支精湛的創新團隊，加大關鍵技術的研發及創新力度，加快國際電纜產品的國產化進程，為我國武器裝備現代化發展目標的實現注入動能。