美國艦載激光武器發(fā)展回顧及展望

楊文韜++范麗萍

激光武器是直接利用激光束的輻射能量殺傷和摧毀目標的一種定向能武器，亦稱射束武器。它也是當今新概念軍事裝備中理論最成熟、發(fā)展最迅速、最具實戰(zhàn)價值的武器之一。近年來，美國海軍研制的艦載激光武器取得較大進展，引起全世界的極大關注。據(jù)2014年2月18日國外媒體發(fā)布的消息，該型武器將于今年夏天部署至“龐塞”號兩棲船塢運輸艦，開展一系列試驗和驗證工作。本文將追溯美國海軍艦載激光武器發(fā)展歷史，介紹其研究現(xiàn)狀，分析其技術特點和難點并展望其未來發(fā)展。

美國海軍激光武器發(fā)展歷史

自20世紀60年代第一臺激光器問世以來，世界各軍事強國就開始致力于發(fā)展高能激光武器，以實現(xiàn)將激光武器應用于戰(zhàn)場。

冷戰(zhàn)時期，前蘇聯(lián)海軍就曾用激光器致盲北約飛機機組成員和直升機飛行員；英國也曾基于工業(yè)激光器研制了激光炫目系統(tǒng)（LDS），并在1982年的馬島海戰(zhàn)中首次應用，隨后還將其作為輔助性武器和非致命性自防御手段，裝備英國海軍艦艇奔赴海灣戰(zhàn)爭。這些激光武器主要是低能固態(tài)激光器，用于干擾即“軟殺傷”用途，具有功能和威力上的局限性。

與此同時，在“硬殺傷”激光武器方面，美國海軍從20世紀70年代開始研究武器級高能激光器（HEL），將重點放在了可實現(xiàn)更高能量級的化學激光器上。最早負責硬殺傷高能激光武器研制的美國海軍定向能與電子武器項目辦公室，在1971年成立之初的主要任務就是基于當時最成熟的二氧化碳氣態(tài)激光器技術建立試驗系統(tǒng)。1978年3月，由美國湯普森·拉莫·伍爾德里奇公司開發(fā)的演示實驗樣機—海軍先進化學激光器（NACL）進行了首次試驗，波束控制設備采用了休斯公司研制的海軍位置跟蹤器（NPT）。試驗中，該樣機成功在彈道垂直方向擊落了低空、高速飛行中的“陶”式導彈。到20世紀70年代末，美國海軍又研制出兆瓦級氟化氘高能激光器演示機，稱為中波紅外線高級化學激光器。

隨后，美國海軍在新墨西哥州的白沙導彈試驗場分別建造了二氧化碳氣態(tài)激光器和氟化氘化學激光器，成立了高能激光系統(tǒng)試驗場。1983年，高能激光器的開發(fā)改由美國國防高級研究計劃局（DARPA）接管，海軍則主要負責管理高能激光系統(tǒng)試驗場項目。1989年，該項目成功運用激光在垂直彈道方向擊落了一架以馬赫數(shù)2.2時速飛行的BQM-34靶機，但隨后進行的來襲目標對抗試驗卻以失敗告終。之后很長一段時間，激光帶來的“熱暈”效應始終無法得到解決，不僅不能滿足為艦艇提供自防御能力的要求，而且上述化學激光器因含有劇毒化學物質(zhì)并會產(chǎn)生危險的廢水，受到美國海軍內(nèi)部的批評，認為其并不適合在艦艇上使用。

到了20世紀90年代，隨著固態(tài)激光技術的進一步發(fā)展，其產(chǎn)生的激光束能量逐漸達到與化學激光器相當?shù)那呒墸@也重新喚起了美國海軍的興趣。固態(tài)激光器不僅更加安全，而且穩(wěn)定性好、體積較小，具有良好的艦載化前景。但是，與化學激光器相同，固態(tài)激光器同樣存在大氣中傳輸衰減的問題。因此，美國海軍將高能激光武器研究的重點放在如何降低激光傳輸?shù)哪芰克p問題上。分析發(fā)現(xiàn)，要想徹底解決這一問題，必須實現(xiàn)激光波長在不同大氣環(huán)境中的自由調(diào)節(jié)，而自由電子激光技術恰好具有這一特性，從而在美國海軍當時發(fā)布的高能激光器路線圖中，將自由電子激光技術確定為未來最具發(fā)展?jié)摿Φ呐炤d激光武器技術。

自由電子激光器的輸出功率可達兆瓦級，較固態(tài)激光器千瓦級的輸出功率有著不可比擬的優(yōu)勢，但也因此帶來了系統(tǒng)體積龐大、配套設備不成熟、防護要求高等一系列技術難題，短期內(nèi)無法達到艦載化的要求。在此情況下，為了盡快發(fā)展出可在艦艇上部署使用的激光武器，美國海軍一面繼續(xù)推進自由電子激光技術長期開發(fā)和應用研究，加大對固態(tài)激光技術的投入，并啟動了固態(tài)激光武器系統(tǒng)的研制工作。

目前，在美國海軍研究局（ONR）、海上系統(tǒng)司令部（NAVSEA）海軍定向能與電子武器項目辦公室（PMS 405）、海軍水面戰(zhàn)中心（NSWC）定向能辦公室（DEWO）達爾格倫分部的通力協(xié)作下，美國海軍的高能激光武器研究逐漸進入了從實驗室推向戰(zhàn)場的新階段。

美國海軍艦載激光武器研究現(xiàn)狀

美國海軍目前正在研制的固態(tài)激光武器分為板條固態(tài)激光武器和光纖固態(tài)激光武器兩種。兩者的區(qū)別在于板條固態(tài)激光是由合成結晶材料構成片狀板條，而光纖固態(tài)激光則是由柔韌光纖材料組成。

美國海軍的板條固態(tài)激光武器主要是“海上激光演示系統(tǒng)”，于2008年開始研制樣機。該系統(tǒng)的特點是功率更大，將是首個應用到海軍艦艇上的100千瓦級激光武器系統(tǒng)。它由7臺板條固態(tài)激光器組成，功率效率約為20%～25%，每臺激光器的功率約15千瓦，合成的激光束總功率達到105千瓦；波長為1.064微米，同樣非常接近避免受大氣波干擾的1.045微波波長。2010年7月，美國海軍對板條固態(tài)激光武器的跟蹤分系統(tǒng)進行了海上測試，驗證了跟蹤小型艦船的性能。2010年8月～9月，進行了攻擊固定目標的海上試驗。2011年4月6日，成功與一艘小型目標艦艇進行了交戰(zhàn)試驗。2011年5月，諾斯羅普·格魯曼公司宣布，該系統(tǒng)將在未來4年內(nèi)進行全功率工程與制造開發(fā)。

在光纖固態(tài)激光武器中，目前主要包括“戰(zhàn)術激光系統(tǒng)”（TLS）和“激光武器系統(tǒng)”（LaWS）兩個項目。其中，“戰(zhàn)術激光系統(tǒng)”從2008年開始研發(fā)，2010年進行了2次試驗，對系統(tǒng)的跟蹤、瞄準能力進行了論證，2011年3月開始研制樣機。功率效率30%，光束功率10千瓦，采用商用固態(tài)激光器和一部激光指示儀整合到MK38 Mod2艦炮上，組成MK38 戰(zhàn)術激光系統(tǒng)，主要用于防御2千米內(nèi)的小型艦船目標。

將于今年夏天部署在“龐塞”號兩棲船塢運輸艦的激光武器，是光纖固態(tài)激光武器中的“激光武器系統(tǒng)”。該系統(tǒng)樣機于2008年開始研制，由一臺光纖固態(tài)激光器和一部L-3“布拉西爾”K433動態(tài)跟蹤器組成，功率效率25%，設計光束功率33千瓦，波長為1.064微米，非常接近避免受大氣波干擾的1.045微米波長。該激光武器將作為水面艦艇的近程防御系統(tǒng)使用，主要用于對抗光電傳感器、無人機和光電制導導彈等威脅。從2009年開始，首臺樣機進行了一系列的試驗，從各分系統(tǒng)開始，首先圍繞光纖固態(tài)激光器進行，包括2009年3月的迫擊炮攔截試驗和6月的模擬實戰(zhàn)場景試驗，以及2010年5月的海上環(huán)境模擬實戰(zhàn)試驗。其中，海上環(huán)境模擬實戰(zhàn)試驗演示了對距離0.5海里的剛性充氣艇的攻擊效果，并成功擊落5架無人靶機。這是世界上首次由艦載大功率固態(tài)激光器發(fā)射強激光束，同時標志著長期困擾激光武器的近距離傳輸衰減問題已經(jīng)得到了較好的解決。endprint

2011年6月和2012年6月，在美國海軍先后進行的兩次“三叉戟勇士”海上試驗中，又對配套設施進行了進一步的測試，包括光束定向裝置、跟蹤裝置和波束合成器等分系統(tǒng)。2012年7月和8月，以“阿利·伯克”級驅(qū)逐艦“杜威”號為艦載平臺，美國海軍在加利福尼亞圣迭戈進行了“激光武器系統(tǒng)”的全系統(tǒng)海上演示試驗，先后擊落三架小型無人機。這是高能激光武器首次在海軍大型水面作戰(zhàn)艦艇上完成目標攔截試驗。

2013年4月，美國海軍初步確定將在“龐塞”號上裝備“激光武器系統(tǒng)”，并計劃將系統(tǒng)功率增至100千瓦，同時將系統(tǒng)的技術成熟度從目前的6級提升至7級，預計將在2017年左右初步形成作戰(zhàn)能力。

艦載激光武器的技術特點

與一般常規(guī)艦載武器相比，艦載激光武器具有幾個顯著的特點。

發(fā)射成本低

艦載激光武器發(fā)射使用的成本約為每發(fā)1美元，而美國海軍近程防空攔截導彈的發(fā)射成本為100萬～140萬美元，遠程防空和反導導彈的發(fā)射成本更高達數(shù)百萬美元。因此，美國海軍在攻擊一些成本較低的飛行目標時（如小艇和小型無人機等），使用激光武器可大大提高費用比（即來襲武器的成本與攔截武器成本的比值），且有利于降低艦艇的采辦成本。

彈藥無限

常規(guī)艦載武器系統(tǒng)只能裝備數(shù)量有限的攔截彈，一旦用盡則需要重新裝填，必然影響作戰(zhàn)響應時間。目前，美國海軍“密集陣”近防武器系統(tǒng)在不裝填彈藥的情況下僅能對抗有限數(shù)量的目標，而由電力驅(qū)動的激光武器只要連續(xù)供電且具備持續(xù)冷卻能力即可實現(xiàn)不間斷的目標攔截。因此可以說，激光武器在理論上可以擁有無限彈藥，使艦艇自防御能力更強。

攻擊過程耗時短

激光束以光速直線傳播，可在一瞬間命中目標。并且，激光束更容易集中在目標的某個特定點上，在數(shù)秒時間內(nèi)就能造成巨大傷害。激光武器這種攻擊過程耗時短的特性在某些情況下非常關鍵，如在近岸作戰(zhàn)中可以在較短距離內(nèi)同時防御導彈、火箭彈、火炮等目標的交替攻擊。

精度高、連帶毀傷小

激光武器不僅能夠精確打擊，而且發(fā)射的光點尺寸直徑僅為數(shù)厘米，攻擊目標后一般不會對周圍其他物體造成傷害。此外，海軍艦艇在近港口海域使用近防武器時，未能命中目標的炮彈掉落下來可能對港口區(qū)域造成連帶毀傷，因此其使用也受到一些限制。激光武器可有效解決這一問題。

據(jù)美國海軍分析，在作戰(zhàn)使用中，將艦載激光武器系統(tǒng)融入現(xiàn)有常規(guī)艦載武器裝備體系，用艦載激光武器對抗首波誘餌彈攻擊，并將節(jié)省下來的攔截彈和近防武器彈藥用于攻擊下一波更猛烈的來襲目標，這種分工明確、多層重疊的防空火力網(wǎng)，可使艦艇防空、反導的理論攔截率達到99%。

艦載激光武器面臨的技術難題

盡管艦載激光武器系統(tǒng)同常規(guī)武器相比具備一系列的優(yōu)勢，但同樣存在許多需要攻克的技術難題。

首先是在大氣中傳輸衰減的問題，造成其射程受大氣的影響，不具備全天候作戰(zhàn)能力。海洋大氣中水蒸汽密集，同時還存在沙塵、煙霧和其他物質(zhì)，都會吸收和散射艦載激光，尤其是水蒸汽的吸波現(xiàn)象最為明顯。盡管在某個波長下水蒸汽吸波現(xiàn)象會明顯降低，通過運用自適應光學技術、設定激光光波參數(shù)，可以減少水蒸汽吸收對激光性能的影響，但是即便如此，激光在雨霧天氣中也會受到較大影響。目前對激光在大氣中傳輸應對湍流和“熱暈”效應的探索和研究正在進行之中?！盁釙灐毙羌す庠谳^長時間內(nèi)朝著一個方向連續(xù)射擊時，致使激光束周邊空氣溫度升高、特性變化，導致激光束偏折以及光束尺寸增大、畸變（散焦、擴展）等效應，使激光武器不能朝著一個方向持續(xù)對抗徑直來襲目標，降低攻擊能力。對此，有人提出先用低強度重復頻率的先行光束來驅(qū)除光路上的氣溶膠粒子，然后發(fā)射強激光，還有人擬采用自適應光學來抵消湍流和“熱暈”效應，這些方法都是正在和將要研究的課題。

其次是跟蹤瞄準難度大的問題。由于激光束沿著直線發(fā)射，艦載激光通常要求在視距內(nèi)限制性使用，因為在對抗超視距目標和視距內(nèi)模糊目標時，使用中如遇視線有阻擋或高速運動的目標，其跟蹤瞄準難以達到理想的精度。例如，艦載激光武器在應對小艇攻擊時，如果小艇被較高海浪遮擋，則攔截難度將大大提高。目前國際上正在開展紅外跟蹤、電視跟蹤和激光雷達等光學跟蹤技術的研究，重點放在激光雷達跟蹤系統(tǒng)研究。

再次是抗飽和攻擊能力差。由于激光束一次只能攻擊一個目標，摧毀目標需要數(shù)秒鐘，然后轉(zhuǎn)換攻擊下一個目標也需要數(shù)秒鐘，因此在一定的時間內(nèi)，激光雖然可以摧毀較多目標，但是單個激光武器如果對抗多種武器同時來襲的飽和攻擊，則存在較大難度。

最后是難以擊毀裝甲目標和旋轉(zhuǎn)運動的目標的問題，尤其是隨著射程增加，光束在目標上形成的光斑也越大，激光功率密度隨之降低，殺傷力減弱。如果用千瓦級低功率激光武器對抗使用了屏蔽性強的燒蝕性材料或涂裝高強度反射功能材料或快速旋轉(zhuǎn)的目標，則毀傷效果將進一步下降。

除了上述方面，艦載激光武器持續(xù)射擊時需消耗巨大的能量，必須配備儲能系統(tǒng)，且對艦艇動力系統(tǒng)的要求很高，但當前美軍大型水面艦艇最新采用的綜合電力系統(tǒng)和新型核動力裝置提供了很好的基礎。此外，目前艦載激光武器系統(tǒng)的體積仍然較大，需要過多的占據(jù)“寸土寸金”的艦上空間，其較大的重量也將增加船體噸位，同時存在影響艦船的電磁兼容性、降低艦船隱身性能、造成冷卻系統(tǒng)的超負荷運轉(zhuǎn)等問題。這些都是在論證艦載激光武器上艦時必須要充分考慮的重要因素。

美國艦載激光武器未來發(fā)展

當前，世界上只有美國海軍初步提出了艦載激光武器的發(fā)展草案，包含分三個階段推進的艦載激光武器構想。

其中，60千瓦～100千瓦功率的激光器主要指“激光武器系統(tǒng)”（LaWS）；300千瓦～500千瓦高功率激光武器處于實驗室中的結構組成與功能測試階段；1兆瓦以上功率的激光武器技術成熟度還處于技術概念和應用構想階段。

自由電子激光武器作為美國海軍兆瓦級艦載激光武器的遠期目標，于2010年啟動“海軍創(chuàng)新樣機（INP）”項目研究，由美國海軍研究局負責、波音公司承包，計劃首先研制100千瓦自由電子激光器的實驗室演示樣機。根據(jù)目前技術水平，該樣機外型尺寸較大，長度約30.5米，未來上艦需要大幅縮減系統(tǒng)尺寸。此外，由于自由電子激光會產(chǎn)生X射線，還需要考慮輻射屏蔽和安全防護問題。根據(jù)美國海軍研究局的發(fā)展構想，100千瓦級自由電子激光武器樣機工作波長為1.0～2.2微米，大約在2015年完成演示樣機研制。屆時，美國海軍將對該項目進行一次全面評估，以確定兆瓦級自由電子激光器的技術進展和兆瓦級“自由電子激光海軍創(chuàng)新樣機”項目進一步發(fā)展所需的資金，以啟動具備反艦導彈防御和彈道導彈防御能力的兆瓦級自由電子激光武器系統(tǒng)研制。

綜上所述，激光武器具有良好的應用前景。隨著激光技術的進一步發(fā)展，未來應用到海軍艦艇后，將從攻防兩方面提升武器裝備的作戰(zhàn)效能，可使小型作戰(zhàn)平臺具備類似大型平臺的能力。艦載激光武器與現(xiàn)有武器配合使用，可彌補現(xiàn)有武器性能上的不完善和火力配置空缺，組成一個多層次、多功能、多位一體的高效防御、進攻武器系統(tǒng)。endprint