书城自然科学求知文库——电子能及动力发展史
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第29章 发展“三抗”通信系统

军事通信系统是遭敌电子打击的重要目标,为了保障作战指挥、维系各军兵种间的协同通信,研制和建立具有抗侦察、抗干扰和抗摧毁(以下简称“三抗”)的军事通信体系势在必行。随着科学技术的发展,特别是高技术广泛运用于军事领域,中微子通信、蓝绿光通信和流星余迹通信等新型通信手段,将在电子对抗领域中崭露头角,大显神通。

(1)中微子通信。中微子通信之所以能成为未来“三抗”通信的新秀和主力,是由于中微子身怀绝技,有着非凡的特点。

“中微子”,顾名思义,是指微小的中性粒子。人所共知,世上万物都由原子组成,原子包括原子核和绕核旋转的电子。原子核内又有质子和中子。“中微子”,通俗他说就是质子或中子发生衰变时的产物。它是一种体积极小的粒子,竟小到比电子的质量还要小近10个数量级。

在迄今己发现的300多种基本粒子中,中微子是一种奇特而稳定的粒子。这种粒子并不少见,在太阳光、宇宙射线中都有它的踪影。用人工的方法也可获得中微子,1962年,美国有三位教授(利昂·莱德曼、杰克·斯坦伯格和梅尔文·施瓦茨),曾利用纽约附近新建的粒子加速器人工产生了中微子,首次在基本粒子隐居栖身的微观世界里,掌握了获取中微子的钥匙。

中微子具有敢于与光速较量的神奇本领和不费吹灰之力穿越地球的拿手好戏。它沿直线传播,在传播过程中不发生反射、折射和散射现象,几乎不产生传输衰减。据计算,中微子束即使穿越地球,其能量也仅衰减一百亿分之一。“中微子”这些神奇特性,极大地触发了科学家们对它应用研究的灵感。于是“中微子通信”脱颖而出。

“中微子通信”是一种采用中微子束来代替电磁彼传递信息的无线通信方式。它的通信过程和普通微波通信相仿,有发射和接收两部分装置。在发送端,将欲传递的信息对中微子束进行调制,使载有信息的中微子束,按入的旨意朝一定的方向传向目标。到了接收终端,借助于光探测器,把原来由中微子束所携带的信息解调出来,从而达到通信的目的。

“中微子通信”具有许许多多其他通信无法比拟的优点,突出体现在一个“强”字上。它能克服普通电磁波不能钻地、入海的“先天性不足”的瘤疾,可穿透地层、进入深海进行直线传输,因此不容易遭受侦察、干扰、截获和摧毁,保密性强,抗干扰能力强。非但敌方用电和磁影响不了它,就是热核爆炸引起的巨大辐射也奈何不了它。“中微子通信”可以冲破电磁波通信不可逾越的地下和水下两大禁区,即使在发生核战争的恶劣的环境条件下,也能够借助于中微子束,向游戈在大洋深处的核动力潜艇发送信息。

“中微子通信”现在已经走出了实验室。1978年,美国华盛顿海军研究所,首次在世界上进行了利用中微子作为信息载体的通信试验(试验的距离是6.4千米),并获得了成功。随后,他们又在华盛顿和伊利诺斯州之间进行了长达2700余千米的地下通信试验。1986年,美国还与前苏联合作,以中微子为“利箭”,逢山开路进行了穿透地球的试验,获得了许多宝贵的数据。可以预料,随着高技术研究的不断深入,中微子通信的实际应用已指日可待。

(2)蓝绿光通信。第二次世界大战期间,1941年3月7~17日,希特勒指使他三个最得意的“屠手艇长”,驾驶三艘代号为U—47、U—99和U—100号的潜艇潜海航行。当这三艘潜艇上浮到浅海与海岸沟通无线电联络时,迅即被英国海军用无线电测向技术侦察,并随之遭到火力摧毁。它们破摧毁的消息,大大打击了希特勒的嚣张气焰,挫伤了其“海中之狼”的锐气。

潜艇被毁的现实使科学家们积极开始寻找能使潜艇安全通信的新招,被誉为潜艇“千里眼、顺风耳”的“蓝绿光通信”应运而生。

蓝绿光通信是激光通信的一种,它采用的光波波长为0.45~0.57微米,介于蓝光和绿光之间,称作“蓝绿光”。

长期以来,水下(尤其是茫茫深海)一直是被视为无线电通信的“禁区”。这是因为普通无线电波要被海水吸收,能量很快会损耗掉。除非是用甚低频(频率为3~30千赫)和较低频(频卒为数十赫至数百赫),但它们穿透海水的能力,充其量只有30来米。何况当频率愈低,要求大线的尺寸愈大(约需200来千米长),通信速率极低(据统计,发送一组三个字母的信号约需15分钟),因此,实际上很难实现。核潜艇同地面进行通信联络,只好上浮到接近海面时进行,但这又要冒遭敌侦察、干扰和摧毁之险。如果用蓝绿光进行通信,这些问题都可迎刃而解。

科学家们在试验中发现,蓝绿波段的激光具有极强的穿透力,能穿透海水直至海洋深处。海水对它的吸收损耗很小,甚至可以说是“透明”的。尤其当蓝绿光的波长选用适当时,在2千米多深的海域里,透光程度可达95%,似光线可顺利透过玻璃商户那样,这种现象称作海水的“蓝绿窗口”,加上激光束能量集中,方向性极强,相干性好,让它充当深海通信的传输媒介是最理想不过的了。

用蓝绿光传输信息,与一般大气激光通信的原理相似。以打电话为例,在发话端,先将声能变成电能,通过光调制器将话音调制到蓝绿光激光束上,然后经一种特制的光学发射无线发射出去。到了接收端,通过光解调器,将光信号变回电信号,再把电信号还原成话音。

为了摸索蓝绿光的穿透威力,和用蓝绿光进行通信的可能性,20世纪80年代初,美国通用电话电子公司在加利福尼亚的圣迭戈附近海域,进行了一次“空—海”一体化的蓝绿光通信试验,并取得了成功。通信系统的一端设于在1.2万多米高空飞行的飞机上,另一端设于在近似“实战”深度中巡航的潜水艇上。波长为0.532微米的激光束,输出功率峰值为1瓦的光脉冲从飞机上发出,穿过厚厚的大气层和海水,作用到潜艇上,顺利地完成了人类历史上首次用蓝绿光传输数据的实践。蓝绿光通信试验成功,为实现深海通信打开了方便的大门,今后,导弹核潜艇可游戈海底、就可与地面、高空进行通信联络。不怕敌方侦察、干扰和摧毁,在电子对抗领域中,前景十分诱人。

(3)流星余迹通信。发展瞬间通信(又称碎发通信),尽量缩短无线电波在空间的暴露时间,这是提高无线电通信抗侦察、抗干扰和抗摧毁能力的重要手段,在这方面,“流星余迹通信”大有可为。

通俗他说,流星余迹通信就是利用流星“尾巴”通信。据天文观测,天体中每天大约有近100亿个流星划破长空坠落于大气层中。由于它们与大气层的相对速度很大(可高达每秒钟12~72千米),当闯入大气层时,与空气产生剧烈摩擦,绝大部分燃烧而发出耀眼的光芒并瞬间消失。当流星掠过空气时,流星体中飞出的原子与空气中的分子、原子相碰撞,分离成带正电和负电的微粒,于是在流星飞驰的轨迹上留下了一条长长的电离气体柱。大约经过250毫秒以后,电离气体柱中的带电微粒逐渐扩散,成为一条柱状电离云,形似流星的“尾巴”,称作“流星余迹”。

流星余迹宽达22~64千米,距离地面约80~120千米,存留的时间大约为十分之几秒至几分钟。

科学研究表明,凡是具有波动性的物质都可反射无线电信号,用来传递信息。流星余迹也是一种波动物质,当将无线电波对准流星余迹发射时,会产生两类反射:“前向”反射(向前的反射)和“后向”反射(返回的反射)。后向反射用于对流星的雷达观测,前向反射则用于流星余迹通信。流星余迹好比是一颗“天然的通信卫星”,为地面用户实现通信构筑起了一座高空彩桥。和往常的无线电波通信比较,流星余迹通信具有许多突出的优点。主要是保密性好,抗干扰能力强。

这是由于流星余迹稍纵即逝,而且对无线电波反射具有明显的方向性,不容易遭敌侦察、窃获,也不容易受到干扰。虽然,宇宙空间每小时有几亿颗流星坠入地球像雨一样的掠过大气,但何时出现,毕竟是随机的,不能做到“星随人愿”。因此,要想实现流星余迹通信,在通信系统中必须设置一名“侦察兵”,随时探测流星的出现,并优选一条合适的流星余迹。当捕捉到合适的流星余迹时,就以最快的速度打开发射机的“发射闸门”,此时发射机将事先存贮好的信息,全都以最快的速度朝流星余迹发射出去。与此同时,平时始终处于“待收”状态的接收机自动将断续收到的信息,先送到信息存贮器保存起来,然后再把它变成连续的信息打印出来。流星余迹一消失,通信系统恢复到等待状态,准备进行下一轮的信息传递。由于流星通信是随机的,也增加了通信的保密性能和抗干扰能力。此外,沉星余迹通信的传输距离远,通信稳定性好。试验表明,利用普通的八木天线,当发射机输出功率为8000瓦时,通信距离可达2000余千米。

流星余迹通信因为是用高空流星余迹反射无线电波,通信距离远,也不像普通无线电波用天波通信那样,容易因时辰、气候变化受到高空电离层的骚扰而影响通信质量。

流星余迹通信虽早在20世纪中叶,加拿大、美国等国家就先后进行了试验,并于1965年由北约组织在法国与荷兰之间建立了用于军事目的的流星余迹通信系统,但由于通信设备比较庞杂,技术要求高,当人造地球卫星问世,出现卫星通信时,它曾一度受到冷落,停滞不前。

“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。流星余迹通信的魅力和通信卫星易受反卫星武器击毁的现实(军事专家们分析,在未来战争中,卫星会成为敌方第一次打击的目标),一直在激发着科学家们努力探索积极研究。可以预言,随着高新科技的发展,流星余迹通信必将焕发出青春活力,成为通信领域中电子对抗的能手。