激光武器發(fā)展現(xiàn)狀分析

李明儒，賈廣順，張?jiān)M

河南大學(xué)國(guó)際教育學(xué)院

激光武器發(fā)展現(xiàn)狀分析

李明儒，賈廣順，張?jiān)M

河南大學(xué)國(guó)際教育學(xué)院

激光武器作為一種精確度高、殺傷力強(qiáng)、成本低、無(wú)污染的定向能武器，在現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)中發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。本文概述了激光武器的攻擊方式、分類和工作原理，重點(diǎn)介紹了致盲型、近距離戰(zhàn)術(shù)型、遠(yuǎn)距離戰(zhàn)略型激光武器國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀，分析了當(dāng)前激光武器在發(fā)展過程中存在的技術(shù)障礙和亟待解決的關(guān)鍵問題，最后，對(duì)激光武器未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了展望。

激光武器；最新研究進(jìn)展；待解決的問題；未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

引言

激光武器是一種定向能武器，借助其沿特定方向發(fā)射的激光束直接損毀目標(biāo)或令其失效[1]，具有耗費(fèi)低、高命中精度、反應(yīng)速度快、攔截距離遠(yuǎn)、強(qiáng)的持續(xù)戰(zhàn)斗力、能迅速轉(zhuǎn)移火力、不受電磁干擾等優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)也存在一些缺點(diǎn)，例如，作戰(zhàn)條件受限于各種特殊天氣狀況（雨、雪、霧等），且由于激光發(fā)射系統(tǒng)屬精密光學(xué)系統(tǒng)，其在戰(zhàn)場(chǎng)上的生存能力還有待考驗(yàn)。

在防空、光電對(duì)抗以及戰(zhàn)略防御等多個(gè)領(lǐng)域，激光武器憑借其自身特有的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。激光武器攻擊目標(biāo)的方式有：致盲、穿孔、龜裂（熔化）和層裂。致盲，利用特殊波段（如400-1400nm波段）的強(qiáng)激光束射擊人眼或光學(xué)探測(cè)器，燒傷視網(wǎng)膜導(dǎo)致失明從而令敵軍士兵喪失戰(zhàn)斗力（原因是僅需激光的能量密度增加到151mJ/cm2，就能損傷人眼的視網(wǎng)膜，其受傷程度從發(fā)紅到短暫性失明再到永久性失明，更嚴(yán)重的后果是燒壞視網(wǎng)膜，導(dǎo)致眼底大面積出血），干擾甚至破壞光電傳感器造成其無(wú)法正確的判斷目標(biāo)（當(dāng)遇到強(qiáng)激光輻射時(shí)，光電導(dǎo)型紅外探測(cè)器被氣化或者熔化，而熱電型紅外探測(cè)器則出現(xiàn)熱分解以及破裂的現(xiàn)象）。穿孔，采用大功率的激光束致使靶材的表面快速熔化并汽化（燒蝕），汽化的物質(zhì)向外噴射，在反沖力的作用下形成沖擊波，從而在靶材上面打出一個(gè)孔；當(dāng)光學(xué)玻璃的表面在短時(shí)間內(nèi)吸收大量的激光能量后就有可能發(fā)生龜裂以及磨砂效應(yīng)，致使光學(xué)玻璃表面變的不透明，逐漸增加激光能量后，光學(xué)玻璃的表面開始熔化，從而造成光學(xué)系統(tǒng)即刻失效。層裂，當(dāng)靶材的表面吸收激光能量之后，電離的原子形成等離子體，之后向外膨脹、噴射形成應(yīng)力波（激波）并向靶材深處傳播，靶材在應(yīng)力波的反射作用下被拉斷，因而導(dǎo)致“層裂”破壞。此外，等離子體還可以輻射出X射線或紫外線，破壞電子元件以及目標(biāo)結(jié)構(gòu)。

激光武器依據(jù)作戰(zhàn)目標(biāo)以及攻擊方式的不同可以分為：致盲型、近距離戰(zhàn)術(shù)型和遠(yuǎn)距離戰(zhàn)略型。致盲型激光武器大多數(shù)用來(lái)致盲光電傳感器件或者敵軍士兵的眼睛以及干擾敵軍的紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈。近距離戰(zhàn)術(shù)型激光武器憑借其發(fā)射的強(qiáng)激光束對(duì)敵軍目標(biāo)進(jìn)行層裂或穿孔，利用激光的能量直接殺傷敵人、摧毀坦克和飛機(jī)等，一般來(lái)說攻擊距離可以達(dá)到20km，其主要代表是激光炮以及激光槍。遠(yuǎn)距離戰(zhàn)略型激光武器的作戰(zhàn)目標(biāo)是敵軍的戰(zhàn)略導(dǎo)彈、偵察衛(wèi)星以及天基作戰(zhàn)平臺(tái)等，其主要代表是衛(wèi)星作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)以及反彈道導(dǎo)彈武器系統(tǒng)。反彈道導(dǎo)彈運(yùn)用紅外跟蹤原理搜索敵軍的進(jìn)攻導(dǎo)彈，辨別彈頭的真實(shí)性，隨后攔截地球大氣層外敵軍的進(jìn)攻導(dǎo)彈，并用激光武器將其擊毀；例如，裝備有光束控制系統(tǒng)、大功率激光器以及大型反射鏡的衛(wèi)星作戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)能夠擊毀地球表面上任意地方的任何目標(biāo)以及太空飛行器。

本文將重點(diǎn)闡述各類激光武器國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀、發(fā)展過程中遇到的瓶頸以及未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

1 激光武器的最新研究進(jìn)展

1.1 致盲型激光武器

1.1.1 國(guó)外致盲型激光武器的研究進(jìn)展

2015年9月，德國(guó)萊茵金屬電子防務(wù)公司（RDE：Rheinmetall?DefenceElectronics）推出一款對(duì)付無(wú)人機(jī)的激光機(jī)槍，該激光槍安裝在船體上，單一的回轉(zhuǎn)槍架上配備有4個(gè)功率都為20千瓦的大功率激光器，憑借著光束空間疊加系統(tǒng)匯聚為一束激光束，其功率是80千瓦。該系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)在于：（1）多功能光束疊加系統(tǒng)能夠匯聚任何數(shù)量的激光進(jìn)行射擊，從而可將激光束的“殺傷力”增強(qiáng)至任意倍數(shù)；（2）激光器的各個(gè)透鏡都使用了特殊涂層進(jìn)行防護(hù)，從而使該激光槍可以工作在各種天氣狀況下（如霧、雨、水汽較大的環(huán)境等）。該激光槍常用于擊毀彈藥和無(wú)人機(jī)以及致盲傳感器等[2]。2017年2月，俄羅斯國(guó)防部和“天體物理”研究所聯(lián)合研發(fā)了一款新型致盲激光武器，此套系統(tǒng)體積不大，因此能安裝在裝甲車以及坦克上，通過瞄準(zhǔn)器具和照射目標(biāo)的光線部件來(lái)致盲敵方的裝甲車、坦克，以及十公里外的飛機(jī)和導(dǎo)彈[3]。

1.1.2 我國(guó)致盲型激光武器的研究進(jìn)展

2012年12月，我國(guó)第三代99式ZTZ-99量產(chǎn)型主戰(zhàn)坦克研發(fā)成功，該坦克配備了可瞬間致盲敵方觀測(cè)手的激光武器。2015年9月，中科院物理所李志遠(yuǎn)教授所在的團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一個(gè)僅有旅行箱大小的可移動(dòng)式激光武器，此激光武器能夠使安裝在導(dǎo)彈甚至是衛(wèi)星上的感應(yīng)器失效，這就意味著之前裝備在戰(zhàn)艦上的、讓熱導(dǎo)飛彈無(wú)所遁形的巨型超快激光發(fā)生器，極有可能會(huì)縮小至手提袋那么大，配備在坦克、飛機(jī)甚至是士兵的身上。

1.2 近距離戰(zhàn)術(shù)型激光武器

1.2.1 國(guó)外近距離戰(zhàn)術(shù)型激光武器研究進(jìn)展

2014年11月，美國(guó)海軍通過在“龐塞”號(hào)軍艦上配備艦載激光武器（LaWS）成功摧毀了海上的目標(biāo)。與此同時(shí)，以色列研發(fā)的“鐵束”（IronBeam）激光武器系統(tǒng)，使用高功率固體激光器作為其激光源，成功攔截最大距離為4.5英里（約合7.24千米）的火箭彈和迫擊炮彈。2017年2月，在俄克拉荷馬州錫爾堡軍事基地舉行演習(xí)期間，美國(guó)專家對(duì)一款“高能激光移動(dòng)試驗(yàn)車”（HELMTT：High?EnergyLaserMobileTestTruck）進(jìn)行了測(cè)試，這是一門安裝在八輪重型裝甲車上的功率為10kW的激光炮，它可以發(fā)現(xiàn)、追蹤和摧毀地面以及空中的目標(biāo)。近年來(lái)，俄羅斯不遺余力研制空基戰(zhàn)術(shù)型激光武器，其作戰(zhàn)的平臺(tái)是“A-60”飛機(jī)，能用在空中基地的高能對(duì)抗以及摧毀敵軍的空中作戰(zhàn)力量。

1.2.2 我國(guó)近距離戰(zhàn)術(shù)型激光武器研究進(jìn)展

2014年11月，由中國(guó)科學(xué)院光電技術(shù)研究所和中國(guó)工程物理研究院等單位聯(lián)合研發(fā)的“低空衛(wèi)士”系統(tǒng)完成了系統(tǒng)調(diào)試以及演示試驗(yàn)，在真實(shí)的場(chǎng)景演示試驗(yàn)中，“低空衛(wèi)士”順利擊落了多種小型航空器，比如：直升機(jī)、多旋翼以及固定翼等共30余架次，擊落率是100%。此款安保裝備主要針對(duì)飛行速度為50米/秒以下、飛行高度為500米以下的小型航空器目標(biāo)群體，能夠在車載部署或者地面部署，性能穩(wěn)定、機(jī)體靈活機(jī)動(dòng)，在未來(lái)能夠廣泛用在城市密集區(qū)的重大活動(dòng)區(qū)域的低空安全防范。2017年2月，中國(guó)保利科技有限公司在第十三屆阿布扎比國(guó)際防務(wù)展上展現(xiàn)出了一款低空激光防空系統(tǒng)——“寂靜狩獵者”，與傳統(tǒng)的防空武器相比，“寂靜狩獵者”具有快速反應(yīng)、附加損害小、命中精度高、具備多目標(biāo)打擊能力等優(yōu)點(diǎn)。此外，“寂靜狩獵者”還能在6秒的時(shí)間內(nèi)完成對(duì)目標(biāo)的切換和瞄準(zhǔn)，并且其只消耗電能，一次發(fā)射功率成本不到一美元。

1.3 遠(yuǎn)距離戰(zhàn)略型激光武器

1.3.1 國(guó)外遠(yuǎn)距離戰(zhàn)略型激光武器研究進(jìn)展

2014年5月，在夏威夷太平洋的導(dǎo)彈靶場(chǎng)上，美國(guó)海軍和美國(guó)導(dǎo)彈防御局等相關(guān)部門首次成功實(shí)施了陸基宙斯盾反導(dǎo)系統(tǒng)非攔截性質(zhì)的飛行試驗(yàn)（代號(hào)為AACTV-01）[4]。此外，美國(guó)還一直致力于天基反衛(wèi)星武器系統(tǒng)的發(fā)展，現(xiàn)階段比較成熟的有KEASAT動(dòng)能反衛(wèi)星天基系統(tǒng)和XSS系列反衛(wèi)星天基系統(tǒng)[5]。2016年5月25日，俄羅斯的Nudol反衛(wèi)星導(dǎo)彈再次試驗(yàn)成功，這是Nudol導(dǎo)彈的第四次試驗(yàn)和第二次成功試驗(yàn)。

1.3.2 我國(guó)遠(yuǎn)距離戰(zhàn)略型激光武器研究進(jìn)展

2007年1月，中國(guó)利用一枚彈道導(dǎo)彈摧毀了一顆高為500英里（約合805千米）的軌道上的老舊氣象衛(wèi)星。2012年12月，美國(guó)情報(bào)部門的有關(guān)人員表示，在經(jīng)過中國(guó)上海的空中時(shí)，用來(lái)監(jiān)視中國(guó)的偵察衛(wèi)星——"長(zhǎng)曲棍球"（Lacrosse）II遭受到中國(guó)反衛(wèi)星武器長(zhǎng)達(dá)27分鐘的致盲，這次使美國(guó)偵察衛(wèi)星致盲的是一種運(yùn)用新的被稱作"太空涂鴉"的準(zhǔn)軍事性、非暴力攻擊方式。2014年12月，代號(hào)為“死光A”的重型激光武器由我國(guó)自主研發(fā)成功，此重型戰(zhàn)略激光武器系統(tǒng)主要用于在戰(zhàn)斗中摧毀敵軍的軍用衛(wèi)星、用于軍事目的的敵軍“空間站”以及摧毀敵軍的地面固定發(fā)射井、水下核潛艇和機(jī)動(dòng)核導(dǎo)彈。

2 目前激光武器發(fā)展過程中仍需解決的問題

2.1 實(shí)現(xiàn)激光器的小體積和高功率

激光器作為激光武器的核心，其技術(shù)瓶頸在于既要求體積盡可能的小，還要求功率盡可能的大。固體激光器具有小巧、輕便、無(wú)污染、光束質(zhì)量好、可連續(xù)發(fā)光等優(yōu)點(diǎn)，可以方便地裝備各種平臺(tái)以應(yīng)用于實(shí)戰(zhàn)。但是，激光晶體嚴(yán)重的熱效應(yīng)阻礙了大功率固體激光器未來(lái)的發(fā)展，通過使用龐大的制冷系統(tǒng)解決晶體嚴(yán)重的熱效應(yīng)，同時(shí)也增加了激光器的體積。所以，為了有效地降低固體激光器的熱效應(yīng)以及提高輸出功率就要使用優(yōu)質(zhì)的激光晶體。

2.2 制造高質(zhì)量的光學(xué)部件

所有先進(jìn)的光電武器系統(tǒng)以及高性能光機(jī)系統(tǒng)都是用高質(zhì)量的光學(xué)部件作為其重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，高質(zhì)量的光學(xué)部件通過與先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)以及高精度的探測(cè)器相結(jié)合，能令高能激光武器系統(tǒng)對(duì)敵軍目標(biāo)進(jìn)行高分辨率的成像，因而提升其作戰(zhàn)的性能。

2.3 研制精密伺服跟蹤和控制技術(shù)

一方面，大氣湍流會(huì)造成激光束的相位畸變,并且隨著距離的增加，大氣的衰減以及遠(yuǎn)距離的傳輸最終將造成光斑發(fā)散越來(lái)越嚴(yán)重。因此，需用光學(xué)控制技術(shù)（如自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)等）以及大氣衰減小的激光波長(zhǎng)來(lái)進(jìn)行補(bǔ)償；另一方面，因?yàn)閬?lái)襲的目標(biāo)飛行速度很快，不容易被捕捉到，因此，激光束不單單要瞄得準(zhǔn),另外還要能夠在目標(biāo)物上鎖定足夠的時(shí)間。所以，通過發(fā)展高精度的伺服跟蹤技術(shù)以及瞄準(zhǔn)系統(tǒng)來(lái)捕捉、瞄準(zhǔn)以及鎖定敵軍目標(biāo)。

3 激光武器的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

激光武器的未來(lái)發(fā)展將在以下幾個(gè)方面有所突破：（1）固體激光武器的集成度以及功率的提升；（2）新的大氣衰減小的波段的激光武器；（3）精密伺服跟蹤控制技術(shù)，包括三部分：①使用慣性姿態(tài)基準(zhǔn)為運(yùn)動(dòng)平臺(tái)載光機(jī)電系統(tǒng)視軸提供姿態(tài)基準(zhǔn)；②設(shè)計(jì)全數(shù)字化伺服控制系統(tǒng)；③發(fā)展快速控制反射鏡（FSM：FastSteeringMir?ror）。

4 結(jié)束語(yǔ)

近年來(lái)各類激光武器系統(tǒng)的研發(fā)以及試驗(yàn)都表明：激光武器具有自身的優(yōu)異性能，一旦成熟并裝備，將會(huì)嚴(yán)重威脅無(wú)人機(jī)、巡航導(dǎo)彈、彈道導(dǎo)彈、衛(wèi)星等裝備的生存，并會(huì)對(duì)未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)上的作戰(zhàn)模式造成深遠(yuǎn)影響。目前，要想發(fā)掘出激光武器的潛力，仍然需要解決很多科學(xué)技術(shù)難題，例如：提升其可靠性、降低高能激光尤其是戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用激光的體積以及成本、解決大氣以及傳輸對(duì)高能激光性能的影響等工程技術(shù)問題。隨著未來(lái)的研發(fā)以及科學(xué)技術(shù)的逐步成熟，激光武器將成為一種具有明顯優(yōu)勢(shì)、攻守兼?zhèn)?、高效費(fèi)比的新型概念武器。

[1]任國(guó)光,黃裕年.機(jī)載激光武器的發(fā)展現(xiàn)狀與未來(lái)[J].激光與紅外,2005,35（5）:309-314.

[2]程勇,郭延龍,唐璜,等.戰(zhàn)術(shù)激光武器的發(fā)展動(dòng)向[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展,2016（11）:33-43.

[3]呂明春,梁紅衛(wèi).高能激光武器及其技術(shù)發(fā)展[J].激光雜志, 2008,29（1）:1-3.

[4]劉暢,楊云翔.美國(guó)陸基宙斯盾反導(dǎo)系統(tǒng)首飛試驗(yàn)成功[J].導(dǎo)彈與航天運(yùn)載技術(shù),2014（3）:48-48.

[5]王明建,范小虎,黃雷.國(guó)外天基武器系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)[J].飛航導(dǎo)彈,2014（8）:51-53.

李明儒（1995-），男，漢族，河南信陽(yáng)人，河南大學(xué)國(guó)際教育學(xué)院，2014級(jí)本科生，測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)；

賈廣順（1995-），男，漢族，河南駐馬店人，河南大學(xué)國(guó)際教育學(xué)院，2014級(jí)本科生，測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)；

張?jiān)M（1997-），女，漢族，河南洛陽(yáng)人，河南大學(xué)國(guó)際教育學(xué)院，2014級(jí)本科生，測(cè)控技術(shù)與儀器專業(yè)。