雷神之怒—空天激光武器一路走來(lái)

吳 勤

雷神之怒—空天激光武器一路走來(lái)

吳 勤

激光武器是指發(fā)射激光束直接攻擊目標(biāo)，用激光能量損傷目標(biāo)使其喪失作戰(zhàn)能力的武器，被譽(yù)為新一代武器裝備中的“撒手锏”。激光武器有多種分類(lèi)方式：根據(jù)打擊目標(biāo)的不同，可分為打擊戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)的戰(zhàn)術(shù)激光武器、打擊戰(zhàn)略目標(biāo)的戰(zhàn)略激光武器，以及介于它們之間的戰(zhàn)區(qū)激光武器；按布基方式則可分為地基激光武器、艦載激光武器、機(jī)載激光武器和天基激光武器等。

美國(guó)在激光武器研發(fā)領(lǐng)域處于世界領(lǐng)先水平，從事高能激光武器技術(shù)研究已有40多年的歷史，具有最先進(jìn)的科學(xué)研究設(shè)施，能進(jìn)行激光武器研發(fā)方面的所有科學(xué)研究和試驗(yàn)設(shè)計(jì)工作，取得了豐富的研究成果。截至目前，已初步研制出以陸、海、空基裝備為平臺(tái)的多種類(lèi)型激光武器。

機(jī)載激光器步履蹣跚

機(jī)載激光器（ABL）項(xiàng)目是由美國(guó)空軍提出的激光武器系統(tǒng)研制項(xiàng)目，先后由美國(guó)空軍和導(dǎo)彈防御局進(jìn)行管理，預(yù)定目標(biāo)是利用高能激光器對(duì)導(dǎo)彈外殼加熱，從而摧毀助推段的彈道導(dǎo)彈。ABL項(xiàng)目2010年后轉(zhuǎn)為研究發(fā)展類(lèi)項(xiàng)目，2012財(cái)年該項(xiàng)目預(yù)算被取消，ABL項(xiàng)目基本結(jié)束。

ABL系統(tǒng)由4部分組成：14個(gè)氧碘化學(xué)激光器，總功率200萬(wàn)～300萬(wàn)瓦，殺傷距離在300千米以上；高速目標(biāo)捕獲系統(tǒng)，利用多個(gè)紅外探測(cè)器探測(cè)數(shù)百千米以外導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)噴出的火焰；高精度光束控制系統(tǒng)，用以控制激光束瞄準(zhǔn)目標(biāo)；自動(dòng)化戰(zhàn)場(chǎng)管理系統(tǒng)，用于作戰(zhàn)指揮控制。

ABL的核心部件包括氧碘化學(xué)激光器和自適應(yīng)光學(xué)裝置?；瘜W(xué)激光器的工作原理是：將適量的化學(xué)物質(zhì)放在一個(gè)混合容器內(nèi)，產(chǎn)生受激氧；當(dāng)受激氧處于高能級(jí)電子數(shù)量超過(guò)低能級(jí)電子數(shù)量時(shí)，在外來(lái)光子誘發(fā)下，便以光子形態(tài)放出能量；經(jīng)光學(xué)諧振腔的作用而形成激光束。另一項(xiàng)關(guān)鍵設(shè)備是自適應(yīng)光學(xué)裝置：在ABL上有一個(gè)指向目標(biāo)區(qū)的小激光器，通過(guò)對(duì)其后向散射激光進(jìn)行光學(xué)分析，可以計(jì)算出ABL和目標(biāo)之間的大氣擾動(dòng)，隨后根據(jù)計(jì)算結(jié)果控制安裝在聚焦鏡上的微機(jī)電裝置，使之改變聚焦?fàn)顩r以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)，消除大氣擾動(dòng)引起的光束畸變。

設(shè)想中的天基激光武器

停放在飛機(jī)墳場(chǎng)里用于ABL空基作戰(zhàn)激光器實(shí)驗(yàn)的波音747-400F貨機(jī)

由于技術(shù)問(wèn)題、政治原因及經(jīng)濟(jì)因素的影響，ABL發(fā)展坎坷，從結(jié)果看，未能達(dá)到最初計(jì)劃的目標(biāo)，但在其發(fā)展過(guò)程中取得了一系列技術(shù)進(jìn)步和工程研制的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，對(duì)于未來(lái)激光武器系統(tǒng)和技術(shù)發(fā)展，以及實(shí)戰(zhàn)化等均具有重要參考價(jià)值。其發(fā)展主要包括以下三個(gè)階段。

一是前期項(xiàng)目準(zhǔn)備和技術(shù)論證階段。20世紀(jì)60年代中期，美國(guó)空軍武器實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始著手研究激光在空戰(zhàn)中應(yīng)用的可能性。1968～1972年，開(kāi)展了核心器件和技術(shù)能力的研究。1973年，機(jī)載激光實(shí)驗(yàn)室（ALL）計(jì)劃開(kāi)始，采用雙模塊CO2主激光，總功率1兆瓦，機(jī)載平臺(tái)為C-135飛機(jī)。ALL計(jì)劃完成了兩項(xiàng)重要的技術(shù)演示，實(shí)現(xiàn)了機(jī)載輕質(zhì)子系統(tǒng)的研制和集成，對(duì)實(shí)彈目標(biāo)進(jìn)行了千米級(jí)致命性殺傷演示。

二是方案確定與風(fēng)險(xiǎn)降低階段。1994年，美國(guó)空軍和兩家公司簽訂了一項(xiàng)兩階段概念驗(yàn)證計(jì)劃的第一階段合同，內(nèi)容是針對(duì)機(jī)載平臺(tái)論證捕獲、跟蹤和殺傷助推段彈道導(dǎo)彈所需的技術(shù)。2002年前，整個(gè)ABL項(xiàng)目基本按照計(jì)劃進(jìn)行，設(shè)計(jì)并制造了發(fā)射塔及其窗口、1.5米可150°旋轉(zhuǎn)的大型望遠(yuǎn)鏡旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、滿足飛行重量要求的FLM-1激光模塊，改造飛機(jī)并進(jìn)行了風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)等。2002年后，ABL項(xiàng)目不斷調(diào)整，實(shí)際進(jìn)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于原計(jì)劃的要求。由于一些關(guān)鍵技術(shù)的工程化效果不理想，提出了重視技術(shù)知識(shí)點(diǎn)積累的雙年度發(fā)展規(guī)劃。2004年后，美國(guó)導(dǎo)彈防御局對(duì)ABL項(xiàng)目進(jìn)行了重大調(diào)整，包括：推遲采購(gòu)第二架飛機(jī)和研制地面試驗(yàn)臺(tái)；不再要求樣機(jī)2004～2005年具有應(yīng)急能力；把計(jì)劃的重點(diǎn)集中在近期的工作，實(shí)現(xiàn)6模塊激光器輸出“第一光”和飛行試驗(yàn)兩個(gè)里程碑；在進(jìn)入下一個(gè)研發(fā)階段之前，先演示ABL的每一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。2007年，ABL的發(fā)展取得了重要進(jìn)展，美國(guó)導(dǎo)彈防御局7月完成了ABL的空中模擬攻擊試驗(yàn)，通過(guò)跟蹤、瞄準(zhǔn)和模擬攻擊空中目標(biāo)，對(duì)ABL的戰(zhàn)場(chǎng)管理系統(tǒng)以及波束控制/火控系統(tǒng)的性能進(jìn)行了演示驗(yàn)證。試驗(yàn)時(shí)，跟蹤照射激光器（TILL）和代替高能激光器的低能激光器均安裝在ABL飛機(jī)的機(jī)頭轉(zhuǎn)塔中，TILL對(duì)一架改裝過(guò)的NC-135運(yùn)輸機(jī)實(shí)施照射。

三是調(diào)整為研究與發(fā)展類(lèi)項(xiàng)目并最終取消。2010年后，ABL項(xiàng)目轉(zhuǎn)為研究與發(fā)展類(lèi)項(xiàng)目，名為“機(jī)載激光試驗(yàn)平臺(tái)”（ALTB）。2010年1月10日，ABL飛機(jī)在加利福尼亞海軍空戰(zhàn)中心武器分部對(duì)安裝有遠(yuǎn)程目標(biāo)裝置的靶標(biāo)進(jìn)行了捕獲、跟蹤、交戰(zhàn)演示試驗(yàn)。試驗(yàn)表明，ABL系統(tǒng)已可以成功捕獲、跟蹤并擊中高速目標(biāo)；2月3日，ABL飛機(jī)首次成功擊毀了一枚固體燃料火箭；2月11日，ABL飛機(jī)從愛(ài)德華茲空軍基地起飛，在幾秒鐘內(nèi)便捕獲了一枚從海上機(jī)動(dòng)平臺(tái)發(fā)射的液體燃料近程彈道導(dǎo)彈，隨后發(fā)射高能激光將其擊毀，整個(gè)交戰(zhàn)過(guò)程不到2分鐘。在同一小時(shí)內(nèi)，ABL飛機(jī)還跟蹤并射擊了另一枚從圣尼古拉斯島發(fā)射的固體燃料火箭，但ABL在目標(biāo)被摧毀前自行關(guān)閉（據(jù)報(bào)道是由于系統(tǒng)出現(xiàn)異常）。2012年2月，ALTB在進(jìn)行了最后一次飛行后移交給戴維斯蒙森空軍基地，ALTB的一些核心裝置和設(shè)備被拆除，圖紙和大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)由專(zhuān)門(mén)人員負(fù)責(zé)，飛機(jī)主體被長(zhǎng)期封存。ALTB被封存后，相應(yīng)預(yù)算也被取消，至此美國(guó)的ABL項(xiàng)目結(jié)束。

空基激光器繼續(xù)推進(jìn)

近年來(lái)，美國(guó)雖然停止了ABL項(xiàng)目，但仍然繼續(xù)發(fā)展多種空間激光武器關(guān)鍵技術(shù)，如激光器技術(shù)、光束控制技術(shù)等。

美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）開(kāi)展的“航空自適應(yīng)光束控制”計(jì)劃，旨在改善戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)高能激光器的性能，以應(yīng)對(duì)敵機(jī)或?qū)棇?duì)機(jī)尾的威脅。2013年，DARPA授予洛克希德·馬丁公司一份合同，用于設(shè)計(jì)典型光路、等比例炮塔、流動(dòng)控制致動(dòng)系統(tǒng)，并進(jìn)行風(fēng)洞試驗(yàn)，將一個(gè)原型激光防御武器安裝到試驗(yàn)飛機(jī)上。

DARPA在2014財(cái)年開(kāi)展了“持久”項(xiàng)目研發(fā)，旨在研發(fā)可在飛機(jī)上安裝的激光吊艙。該激光器光束可控，用于摧毀光電制導(dǎo)和紅外制導(dǎo)的防空導(dǎo)彈，也可進(jìn)行高精度的目標(biāo)跟蹤和識(shí)別，以保護(hù)機(jī)載平臺(tái)。該項(xiàng)目是美國(guó)DARPA“神劍”項(xiàng)目的一部分，用于研發(fā)相干光相控陣列技術(shù)，這項(xiàng)技術(shù)使激光武器的功率可調(diào)，同時(shí)還將結(jié)合低功率的電子激光器，如二極管激光器和光纖激光器。與現(xiàn)有高能化學(xué)激光系統(tǒng)相比，激光亮度高10倍，光束更加緊湊，可安裝在飛機(jī)上作為關(guān)鍵的防御系統(tǒng)。

美國(guó)空軍正在為下一代戰(zhàn)斗機(jī)開(kāi)發(fā)激光武器。美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室稱(chēng)，該激光武器將于2030年以后在有高度挑戰(zhàn)性的“反介入/區(qū)域拒止”環(huán)境中提供空中優(yōu)勢(shì)。美國(guó)空軍主要關(guān)注以下三類(lèi)激光武器：低功率激光器，可用于照射、跟蹤、瞄準(zhǔn)和拒止/挫敗敵人的傳感器；中等功率激光防御武器系統(tǒng)，可對(duì)付來(lái)襲導(dǎo)彈；高能激光器，可向其他飛機(jī)或地面目標(biāo)實(shí)施進(jìn)攻作戰(zhàn)。

天基激光武器一路走來(lái)

在美國(guó)陸?？崭髯耘Π鸭す馀谧鳛橹攸c(diǎn)研究項(xiàng)目時(shí)，美軍還計(jì)劃把激光炮搬到太空軌道或衛(wèi)星上去，此舉將打破太空無(wú)武器的限制。天基激光武器是把激光器與跟蹤、瞄準(zhǔn)系統(tǒng)裝到空間平臺(tái)上而構(gòu)成的一種定向能武器，在實(shí)際作戰(zhàn)中可以摧毀對(duì)方的偵察衛(wèi)星、預(yù)警衛(wèi)星、通信衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星，甚至能將對(duì)方的洲際彈道導(dǎo)彈摧毀在助推的上升階段。天基激光武器主要用于在全球范圍內(nèi)摧毀飛出大氣層的助推段彈道導(dǎo)彈，也可用于攻擊地面目標(biāo)。如果用以攻擊地球目標(biāo)，則天基激光武器具有覆蓋地面范圍大的優(yōu)點(diǎn)。

正在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的ABL空基作戰(zhàn)激光器

天基激光武器由激光武器（激光器、光學(xué)系統(tǒng)、捕獲跟蹤與指向系統(tǒng)）和平臺(tái)系統(tǒng)組成。激光器采用氟化氫激光器，工作波長(zhǎng)2.7微米，發(fā)射功率估計(jì)為8兆瓦。光學(xué)系統(tǒng)的主反射鏡直徑8米，鏡表面有超反射涂層，不需要主動(dòng)冷卻，即能保證激光器在巨大熱負(fù)荷下正常工作。捕獲跟蹤與指向系統(tǒng)由監(jiān)視裝置和穩(wěn)定平臺(tái)組成，能在激光器機(jī)械泵產(chǎn)生強(qiáng)烈振動(dòng)的情況下，保證光束對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。平臺(tái)系統(tǒng)包括電源、反應(yīng)物（燃料）、數(shù)據(jù)處理和測(cè)控等分系統(tǒng)。

20世紀(jì)70年代末，DARPA開(kāi)始實(shí)施一項(xiàng)旨在驗(yàn)證天基激光武器可行性的“三位一體”技術(shù)計(jì)劃，即“阿爾法”“大型光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)”和“金爪”?！鞍柗ā庇?jì)劃旨在驗(yàn)證百萬(wàn)瓦級(jí)柱型氟化氫化學(xué)激光器軌道飛行的技術(shù)可行性；“大型光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)”計(jì)劃旨在通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證控制與瞄準(zhǔn)激光束，包含一項(xiàng)“大型先進(jìn)反射鏡”計(jì)劃，用以驗(yàn)證制造適于在空間使用的直徑4米的多面組合輕質(zhì)主反射鏡的可行性；“金爪”計(jì)劃旨在驗(yàn)證捕獲、跟蹤與瞄準(zhǔn)技術(shù)。

1983年，美國(guó)開(kāi)始實(shí)施“戰(zhàn)略防御倡議”（SDI）計(jì)劃，天基激光武器技術(shù)的研究也被納入其中，由戰(zhàn)略防御計(jì)劃局負(fù)責(zé)實(shí)施（1993年5月易名為“彈道導(dǎo)彈防御局”）。SDI計(jì)劃旨在對(duì)付蘇聯(lián)的洲際彈道導(dǎo)彈，要求將敵方導(dǎo)彈扼殺在多彈頭分離之前的助推段。當(dāng)時(shí)的SDI設(shè)想，蘇聯(lián)會(huì)同時(shí)發(fā)射2000枚洲際彈道導(dǎo)彈，天基激光武器系統(tǒng)應(yīng)有每秒鐘擊落40枚導(dǎo)彈的能力。為此，需在軌道上部署幾十顆激光作戰(zhàn)衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星上的激光武器需由發(fā)射功率為30兆瓦的激光器和直徑10米的主反射鏡組成。

蘇聯(lián)解體以后，美國(guó)作戰(zhàn)戰(zhàn)略發(fā)生變化，天基激光武器系統(tǒng)的主要任務(wù)由防御洲際彈道導(dǎo)彈轉(zhuǎn)為防御戰(zhàn)區(qū)彈道導(dǎo)彈。美國(guó)彈道導(dǎo)彈防御局就天基激光武器系統(tǒng)進(jìn)行了多方案比較，提出的最優(yōu)方案是：在高度為1300千米、傾角為40°、不同升交點(diǎn)赤經(jīng)的圓軌道上，部署24顆激光作戰(zhàn)衛(wèi)星構(gòu)成全球星座。每顆激光作戰(zhàn)衛(wèi)星能摧毀以其為中心、半徑為4000千米范圍內(nèi)的導(dǎo)彈。根據(jù)目標(biāo)距離不同，它可在2～5秒內(nèi)摧毀飛行中的導(dǎo)彈。如果新目標(biāo)與原射向之間的角度不太大，激光作戰(zhàn)衛(wèi)星能在0.5秒內(nèi)調(diào)整到新的方向，瞄準(zhǔn)另一枚導(dǎo)彈。

20世紀(jì)90年代，美國(guó)仍在繼續(xù)發(fā)展天基激光武器各分系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)?！鞍柗ā奔す馄?989年進(jìn)行首次出光試驗(yàn)，到1994年8月，已出光10次以上，并在兆瓦級(jí)功率水平獲得高質(zhì)量輸出光束。在光學(xué)系統(tǒng)方面，1989年制造了直徑4米的多面組合反射鏡，1993年攻克了制造直徑11米反射鏡的關(guān)鍵技術(shù)，為大型光學(xué)系統(tǒng)的工程實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。由于捕獲跟蹤與指向系統(tǒng)采用了“大型光學(xué)演示實(shí)驗(yàn)”計(jì)劃開(kāi)發(fā)的新技術(shù)，已制成直徑4米、主動(dòng)控制的多面組合反射鏡，可按比例直接放大到實(shí)戰(zhàn)用的直徑8米反射鏡。1997年完成了“阿爾法”激光器與大型先進(jìn)反射鏡的地基綜合試驗(yàn)，成功地進(jìn)行了3次百萬(wàn)瓦級(jí)高功率激光器與光束控制系統(tǒng)及瞄準(zhǔn)子系統(tǒng)的地面集成綜合試驗(yàn)，演示驗(yàn)證了天基激光系統(tǒng)的可行性和生存能力，為天基激光演示器的研制提供了設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)。這些地面綜合試驗(yàn)為天基激光武器演示樣機(jī)的發(fā)展提供了寶貴的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)集成問(wèn)題基本解決，進(jìn)入武器系統(tǒng)的方案論證階段。1999年2月，美國(guó)彈道導(dǎo)彈防御局與TRW、波音和洛克希德·馬丁3家公司簽訂了1.27億美元的合同，開(kāi)始執(zhí)行天基激光演示器在軌演示試驗(yàn)計(jì)劃。

ABL空基作戰(zhàn)激光器的作戰(zhàn)示意圖

21世紀(jì)初，美國(guó)停止了天基激光武器的發(fā)展計(jì)劃。目前，該領(lǐng)域的發(fā)展由于工程浩大、牽涉面廣而暫時(shí)停留在討論和遠(yuǎn)景規(guī)劃中。發(fā)展天基激光反導(dǎo)系統(tǒng)的主要問(wèn)題在于：容易引起巨大的爭(zhēng)議；關(guān)鍵技術(shù)在短期難以突破，技術(shù)上存在巨大的風(fēng)險(xiǎn)與不確定性，在今后20年內(nèi)技術(shù)都難以達(dá)到；研制與使用維護(hù)的費(fèi)用巨大，據(jù)估計(jì)成本大約為1280億～1960億美元。

結(jié) 語(yǔ)

當(dāng)前，美國(guó)正在通過(guò)多個(gè)技術(shù)研發(fā)項(xiàng)目，大力發(fā)展激光器、光束控制等空天激光武器的關(guān)鍵技術(shù)?？栈脚_(tái)的機(jī)載激光器經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，突破了多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)并進(jìn)行過(guò)多次試驗(yàn)測(cè)試，近期有可能進(jìn)入實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用；天基激光武器則由于技術(shù)、成本、法律等諸多限制，近年來(lái)并未取得太大進(jìn)展，短期內(nèi)很難真正投入作戰(zhàn)使用。

責(zé)任編輯：劉靖鑫