光陣重生

李謙

傳說中，古代世界最偉大的數(shù)學(xué)家和工程師阿基米德曾在其定居的敘拉古城遭到羅馬艦隊圍攻時，利用凹面鏡聚光的原理，命令許多士兵手持巨大的青銅鏡，將陽光反射、聚焦在敵人的艦只上，點燃了羅馬人的艦隊，雖然經(jīng)過后人研究考證，鏡子聚焦陽光將木船點燃的實用性堪憂，但阿基米德的光陣故事仍然穿越歷史的滄桑，流傳了下來。兩千多年后，隨著激光的發(fā)明，用強光來摧毀敵人武器裝備、有生力量的設(shè)想又被重新提起，并得到了驗證。然而， 雖然“死光”頗受科幻作品的青睞，在影視畫面中所向披靡，但由于長期以來未能解決激光武器小型化的問題，一直未能實用化。

直到近年，隨著固體激光器和光纖激光器的發(fā)展，激光武器的實用化才初見曙光。最近，根據(jù)美國國防部國防高級研究計劃局（DARPA）和美國空軍研究實驗室（AFRL）于2013年1月授予的一份價值950萬美元的合同，洛克希德·馬丁公司正在發(fā)展的“航空自適應(yīng)光學(xué)波束控制”（ABC）轉(zhuǎn)塔，已經(jīng)在圣母大學(xué)和美國空軍研究實驗室的協(xié)作之下，完成了轉(zhuǎn)塔樣機的初始飛行測試。該合同是ABC計劃的第三階段工作，旨在改善戰(zhàn)術(shù)飛機高能激光器的性能，其設(shè)計的ABC轉(zhuǎn)塔的使命是為軍用飛機提供機載高能激光武器的全向覆蓋，具備跟蹤和摧毀機載高能激光武器視場內(nèi)所有空中目標(biāo)的能力，以應(yīng)對敵機或?qū)棇C尾的威脅。這意味著經(jīng)過多年的波折之后，美國空軍的機載激光武器又向成功裝備使用邁進(jìn)了一大步。

曾經(jīng)的美國機載激光武器

事實上，美國空軍進(jìn)行機載激光武器試驗已經(jīng)有了三十多年的歷史，早在1981年初，就開展了“機載激光實驗室（ALL）”計劃，在一架KC-135運輸機上改裝、集成了100千瓦級的二氧化碳激光器，并在1983年5月在中國湖海軍武器試驗場進(jìn)行的試驗中，成功進(jìn)行了連續(xù)摧毀5枚AIM-9“響尾蛇”空空導(dǎo)彈靶標(biāo)的演示。但是，由于二氧化碳激光器的功率密度低，需要龐大的運輸機作為載體，而有效攔截距離較近，難以實戰(zhàn)使用，最終該計劃被取消了。

冷戰(zhàn)結(jié)束之后，隨著美國國防戰(zhàn)略的轉(zhuǎn)型，為了取得對其他核大國的絕對優(yōu)勢地位，開始致力于發(fā)展新型的彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)，并分成不同的具體目標(biāo)開始進(jìn)行攻關(guān)，其中，機載激光武器由于反應(yīng)迅速，攔截可靠，再次被提上了研究日程。1996年11月，開始研制用于助推段導(dǎo)彈攔截的機載激光武器（ABL）系統(tǒng)，其轉(zhuǎn)塔裝載于波音747載機的頭部，用于對戰(zhàn)區(qū)彈道導(dǎo)彈進(jìn)行探測、跟蹤，并在其助推段飛行時將其擊毀。2002年，又開始研制先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)機載激光武器（ATL）系統(tǒng)，裝載于C-130運輸機上，利用下方轉(zhuǎn)塔對作戰(zhàn)區(qū)域的戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)（例如車輛及其他地面裝備）進(jìn)行打擊，在保證具有較小或者無附帶傷害的前提下，損傷、摧毀、破壞目標(biāo)，可以用于支援戰(zhàn)場作戰(zhàn)和城市軍事行動。

ABL系統(tǒng)和ATL系統(tǒng)雖然用途迥異，但卻有一個共同點，即都采用了功率密度較高，且有利于達(dá)成大功率輸出的氧碘化學(xué)激光器，其中ABL系統(tǒng)的操作功率達(dá)到了驚人的3 000千瓦（演示中達(dá)到了1 000千瓦），設(shè)計射程達(dá)到了更加 驚人的400千米，2010年2月成功進(jìn)行了攔截戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈的試驗。而ATL系統(tǒng)的操作功率為75千瓦（演示中達(dá)到了30千瓦，計劃提高至300千瓦），設(shè)計射程15千米，2009年9月成功進(jìn)行了對地面機動車輛的打擊試驗。

然而，成也蕭何，敗也蕭何，氧碘化學(xué)激光器雖然具有高能的優(yōu)勢，但其重量還是太大，ABL系統(tǒng)的激光設(shè)備重達(dá)80噸，ATL系統(tǒng)的激光設(shè)備重達(dá)20噸，仍需使用運輸機搭載。另外，每次發(fā)射之后，都需要一定時間向激光器反應(yīng)腔內(nèi)補充燃料，而反應(yīng)腔的有限容積，使得氧碘化學(xué)激光器的每次發(fā)射時間也受到極大限制，通常只有幾秒鐘，這使得其實戰(zhàn)應(yīng)用的效能大打折扣，在新一代激光器的強力競爭下，終于被先后放棄了。

新一代激光武器

新一代的激光器以大功率光纖激光器為主要代表。它以光纖作為波導(dǎo)介質(zhì)，耦合效率高，易形成高功率密度，具有高轉(zhuǎn)換效率、低閾值、光束質(zhì)量好和窄線寬等優(yōu)點，是美國新一代激光器的主要類型。

與傳統(tǒng)的固體激光器相比，光纖激光器體積小，壽命長，易于系統(tǒng)集成，在高溫高壓，高震動，高沖擊的惡劣環(huán)境中皆可正常運轉(zhuǎn)。光纖激光器還有一個顯著的優(yōu)點，就是出光時間長，可以對目標(biāo)進(jìn)行長時間照射而不至于損傷激光器，洛克希德·馬丁公司的光纖激光器曾在試驗中取得了大于6小時的持續(xù)出光時間，如果進(jìn)行短脈沖照射，則光纖激光器的重復(fù)射擊能力僅受電源供給的限制，可認(rèn)為具有無限次的持續(xù)射擊能力。

另外，由于光纖激光器體積緊湊，散熱效果好，無需龐大的制冷系統(tǒng)。為了提高激光武器系統(tǒng)的總功率，包括洛克希德·馬丁公司ABC轉(zhuǎn)塔在內(nèi)的數(shù)種美軍研制、試驗中的激光武器系統(tǒng)，都采用了陣列式結(jié)構(gòu)，即通過并聯(lián)多個相同規(guī)格的光纖激光器來獲得更大的輸出功率。只要系統(tǒng)體積、重量允許，就可以像搭積木一樣，通過簡單的增加光纖激光器，提高輸出能力。另外，陣列式的結(jié)構(gòu)還使得激光武器系統(tǒng)具有良好的冗余度，即使有少數(shù)幾個光纖激光器模塊損壞，仍然可以維持系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力，這是傳統(tǒng)的單一式結(jié)構(gòu)激光器所望塵莫及的。

目標(biāo)，真正的光陣

然而，ABC轉(zhuǎn)塔并不代表美國機載激光武器研制的最先進(jìn)水平，由于轉(zhuǎn)塔需要復(fù)雜的光學(xué)轉(zhuǎn)換通道，不僅會影響到光束質(zhì)量，而且轉(zhuǎn)塔本身為了俯仰轉(zhuǎn)動而設(shè)置的相關(guān)機構(gòu)就是故障的重要來源，這使得瞬息可達(dá)的激光實戰(zhàn)效果大打折扣。為了解決這個問題，美國空軍研究實驗室正計劃開發(fā)新一代高能激光技術(shù)，采用相對成熟技術(shù)的光纖激光器陣列，發(fā)展全保形機載激光武器，在保證威力的同時，可以減少高速戰(zhàn)術(shù)飛機的阻力，并保持其有效的隱身能力。

這種新時代的光陣已經(jīng)不再是幻想，而是實實在在的可行計劃。洛克希德·馬丁公司和諾斯羅普·格魯曼公司組成的項目組已于2013年10月獲得了國防高級研究計劃局的合同，設(shè)計用于作戰(zhàn)飛機的保形激光武器系統(tǒng)，以使有人飛機和無人機免受紅外導(dǎo)彈攻擊。而國防高級研究計劃局已經(jīng)宣布，他們已成功驗證了21束激光器組合而成的光學(xué)相控陣，每一束均由光纖激光放大器驅(qū)動。該試驗光學(xué)相控陣由三組組成，每組為7個光纖激光器，每組的面積僅為10平方厘米。在接下來的三年里，國防高級研究計劃局希望新型激光器功率達(dá)到100千瓦。

責(zé)任編輯：王鑫邦