美國激光武器發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢

美國激光武器發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢

研制部署多種激光武器20世紀60年代在美國出版的第一位世界機器開始研究和開發(fā)激光武器。經過近40年的研究和發(fā)展,美國已初步具有了獲得軍事高能激光器的能力,可望于未來5~20年中陸續(xù)研制部署地基、空基和天基等各類激光武器。美國在積極研究和發(fā)展具有戰(zhàn)略性的反衛(wèi)星和彈道導彈防御激光武器的同時,非常注重以戰(zhàn)術應用為主的激光武器發(fā)展,并已取得顯著進展,演示驗證了其攔截和摧毀戰(zhàn)術目標的能力。目前,美國正在研究和發(fā)展的戰(zhàn)術高能激光武器主要有車載戰(zhàn)術高能激光器(THEL)、艦載高能激光武器系統(tǒng)(HELWS)和機載戰(zhàn)術激光器(ATL)。1載荷高能激光武器的試驗研究美海軍高能激光計劃始于1971年,目的是發(fā)展用于水面艦船防御反艦導彈的高能激光技術。美海軍最初計劃建造一個基于當時最成熟的工作波長為10.6μm的CO2氣動激光技術的實驗性高能激光系統(tǒng)。但到70年代中期,當大氣傳輸特性更好、峰值波長為3.8μm的連續(xù)波氟化氘(DF)化學激光器出現(xiàn)后,海軍放棄了原計劃,決定與國防高級研究計劃局聯(lián)合建造DF高能激光系統(tǒng)。美海軍先后建造了兩套由DF化學激光器和光束定向器構成的武器級實驗性高能激光系統(tǒng)。第1套系統(tǒng)安裝在加里福尼亞州TRW公司的卡皮斯特諾試驗場,最大輸出功率350kW,用它于1978年3月成功地截獲和攔截了以低空、高亞音速橫向飛行的4枚“陶”式導彈,演示驗證了高能激光系統(tǒng)所具有的能力和戰(zhàn)術優(yōu)勢。第2套系統(tǒng)安裝在加里福尼亞州白沙導彈靶場的三軍高能激光系統(tǒng)試驗設施(HELSTF),最大輸出功率2200kW,后來一直被用于試驗和驗證包括海軍的艦載激光計劃、空軍的機載激光計劃和陸軍的戰(zhàn)術高能激光器計劃等在內的多種激光武器概念,先后進行了一系列試驗,獲得了連續(xù)波高能激光傳輸、目標殺傷和系統(tǒng)運行方面較完整的數(shù)據(jù),演示驗證了高能激光系統(tǒng)攔截目標的能力。其中,美海軍用該系統(tǒng)進行艦載高能激光系統(tǒng)的典型驗證試驗有:1987年,兩次在典型作戰(zhàn)距離上快速、致命地擊毀了以低空、亞音速、橫向方式飛行的BQM-34型靶機;1989年2月,在典型作戰(zhàn)距離上成功地摧毀了一枚模擬超音速(飛行速度可達2.2Ma)巡航導彈以低空橫向方式飛向該系統(tǒng)附近一個目標的“汪達爾人”(Vandal)導彈。這些試驗充分演示驗證了用激光攔截橫向飛行目標的可能性和有效性?；诖?美海軍于1992年完成了高能激光武器艦載安裝的可行性研究,并計劃進行艦載演示驗證,以進一步驗證高能激光用于艦隊防御(主要對付橫向飛行目標)的效能。但是,隨著冷戰(zhàn)結束和美海軍將其戰(zhàn)略由遠洋作戰(zhàn)調整為近海作戰(zhàn),其面臨的首要問題便由保護海上戰(zhàn)斗群變?yōu)閷寡埠綄椀淖孕l(wèi)問題,即在沿海戰(zhàn)場環(huán)境對抗來自岸上和/或分散的低價值平臺的威脅。這樣,艦載高能激光系統(tǒng)便由對付橫向飛行目標變?yōu)閷Ω稄较騺硪u目標。1994年,美海軍進行了用激光攔截迎頭飛行的蘇制“冥河”導彈的“自防御演示”試驗,旨在研究和評估高能激光系統(tǒng)用于艦船自衛(wèi)、對付迎頭飛行的真實威脅目標的作戰(zhàn)效能,這也是美海軍利用HELSTF中的高能激光系統(tǒng)進行的一系列試驗的最后一次試驗。經過試驗和分析,美海軍認為,“戰(zhàn)場環(huán)境和攔截方式上的基本變化深刻地影響著對可能的艦載高能激光武器系統(tǒng)基本性能的要求”,即當考慮到高能激光在大氣中傳輸可能出現(xiàn)的熱暈現(xiàn)象會妨礙高能激光武器系統(tǒng)效能發(fā)揮時,中紅外化學激光器的波長在近海環(huán)境下也許不是最佳的。基于此,美海軍于1996年再次改變計劃,提出發(fā)展一種在近海環(huán)境下大氣傳輸特性更佳、工作波長位于1.62μm附近的兆瓦級自由電子激光器。計劃分三階段進行,第1階段的任務是精確預測未來10~15年內反艦導彈對激光輻射的抗毀強度;第2階段的任務是確定高能激光在近海環(huán)境中的最佳工作波長。這兩項工作現(xiàn)已完成。第3階段的任務是計劃與能源部合作,開發(fā)一種在設計階段波長能夠變化、功率達兆瓦級的自由電子激光器。目前,自由電子激光器的功率僅達到千瓦級水平,要達到兆瓦級還有較長的一段路要走。可見,研制功率高、光束質量好、大氣傳輸性能好、能夠滿足艦載使用要求的激光器是發(fā)展HELWS的主要技術障礙。2第三,主要的多管機動和機動目標THEL是由美陸軍和以色列共同出資、美陸軍負責管理的一種地基防空激光武器,擬用于摧毀飛行中的火箭彈和其它戰(zhàn)術目標(包括無人機、巡航導彈和反輻射導彈等)。設想的早期THEL系統(tǒng)由4~6輛戰(zhàn)車組成,能摧毀由多管火箭彈發(fā)射系統(tǒng)在幾秒鐘內齊射到一個小區(qū)域里的多枚火箭彈,保護靠近前線的部隊集結地或城鎮(zhèn);也可單獨用于對付那些用原始發(fā)射裝置進行的單發(fā)火箭彈發(fā)射,以保護城鎮(zhèn)或軍事基地等。設想的未來系統(tǒng)將部署在輪式或履帶式車輛上,以便與其它的陸軍防空武器,諸如戰(zhàn)區(qū)高空區(qū)域防御系統(tǒng)和“愛國者”導彈防御系統(tǒng)等配合使用,對付從其它防御層漏網的點目標,作用距離達10km。設想的早期THEL系統(tǒng)由輸出功率為幾十萬瓦的DF化學激光器、雷達、瞄準跟蹤系統(tǒng)、指控系統(tǒng)構成,它們分別被裝入能用車輛運輸?shù)亩鄠€集裝箱中。以色列計劃沿其北部邊境部署這種THEL系統(tǒng),用來對付部署在黎巴嫩南部的多管火箭彈的威脅,其作戰(zhàn)過程是:來襲的火箭彈(目標)首先被THEL系統(tǒng)的雷達迅速發(fā)現(xiàn),并自動將數(shù)據(jù)提供給指控系統(tǒng)。指控系統(tǒng)確定目標軌跡并進行識別后向含有光束定向器的瞄準跟蹤子系統(tǒng)指示目標數(shù)據(jù)。瞄準跟蹤子系統(tǒng)用裝在光束定向器上的光電傳感器搜索、捕獲目標,并進行光電粗跟蹤。然后,系統(tǒng)開始精跟蹤過程,它用一個低功率固體激光器來照明目標,從目標上反射的能量提供光束定向器的“瞄準點”,以便把THEL的高能激光匯聚到目標上,引起目標溫升直到破壞。設想的早期THEL系統(tǒng)雖然可用車輛運輸,但美國認為,集成后的THEL系統(tǒng)沒有機動能力,不能適合作戰(zhàn)需要,因而對部署這種THEL系統(tǒng)沒有興趣,而是希望在這種THEL系統(tǒng)基礎上發(fā)展一種機動式THEL(MTHEL)系統(tǒng)。2.1戰(zhàn)術高能激光武器計劃的基本決定美陸軍1981年開始實施“機動陸軍演示裝置”(MAD)計劃,目的是驗證可反飛機和精確制導武器等的防空激光武器的可行性。計劃初期采用功率100kW的DF化學激光器進行演示驗證試驗,最終采用1400kW的激光器。但到1983年,美實施“戰(zhàn)略防御倡議”(SDI)計劃后,MAD計劃擱淺。SDI計劃調整后,美TRW公司為美陸軍設計了一種稱為“通用區(qū)域防御綜合反導”的前沿機動防御用激光武器系統(tǒng),旨在彌補陸軍中程反導系統(tǒng)和遠程反導系統(tǒng)的不足。該系統(tǒng)擬由一臺400kW的DF化學激光器和一臺70cm直徑的瞄準跟蹤器組成,這就是最初的THEL。1991年,美陸軍開始了激光武器的殺傷力演示計劃,從而開始了THEL計劃。1995年3月,美、以兩國政府簽訂了關于THEL的先期計劃——“鸚鵡螺”計劃的諒解備忘錄,以色列正式參與THEL計劃,從而使THEL計劃成為一項美以聯(lián)合發(fā)展的戰(zhàn)術高能激光武器計劃,目的是發(fā)展一種能摧毀近程火箭彈和導彈的激光武器?！胞W鵡螺”計劃的目的是評估激光用作戰(zhàn)術防空系統(tǒng)攔截短程火箭彈的有效性,它以1996年2月6日和8日在美國用HELSTF中的高能激光系統(tǒng)兩次以模擬戰(zhàn)術激光武器的較低功率(550kW)輸出成功地摧毀俄制BM-21短程火箭彈而結束。1996年4月,基于“鸚鵡螺”計劃的成功,美、以兩國政府決定發(fā)展THEL的先進概念技術驗證樣機,美TRW公司等贏得了8900萬美元的設計、制造和試驗戰(zhàn)術級的具有摧毀短程火箭彈的DF激光系統(tǒng)合同,要求22個月完成系統(tǒng)設計和制造。其中,TRW公司為主承包商,負責激光器、戰(zhàn)術指揮組件和系統(tǒng)集成等;以色列的飛機工業(yè)公司MBT分部、拉法爾(Rafael)公司、塔迪蘭(Tadiran)公司為子承包商,分別負責跟蹤器和火控組件、雷達、雷達通信組件。1998年1月,對合同進行了調整,總經費增至1.315億美元(美國負擔1.068億美元),完成時間延長11個月,計劃1998年12月開始在白沙導彈靶場進行集成和攔截火箭彈試驗。但因控制化學物質流經激光器的特制閥的泄漏問題和與用于跟蹤短程火箭彈的低功率激光器有關的問題,使構成THEL的各分系統(tǒng)推遲至1999年7月才制造完成,并交付到白沙導彈靶場進行集成和試驗。2000年,美、以兩國分別為THEL增加5.7和5百萬美元經費,用于進行對付喀秋莎火箭彈試驗和完成該計劃的驗證與評估(DT&E)。2000年6月6日,THEL系統(tǒng)在白沙導彈靶場的試驗中成功地跟蹤,并在幾公里處摧毀了從15km遠處發(fā)射后處于飛行中的一枚喀秋莎火箭彈(固體火箭發(fā)動機工作2~3s,以使火箭彈達到大約1000m/s的典型速度),這是可部署型高能激光武器首次殺傷喀秋莎火箭彈,驗證了THEL攔截火箭彈的能力。同年8月28日,THEL在白沙導彈靶場進行了攔截兩枚火箭彈的試驗,共進行了3次試射試驗,前兩次試驗只擊中了一枚火箭彈,第3次試射擊中了兩枚火箭彈(試驗的激光束射程為幾英里),表明THEL具有了攔截多個目標的能力,更加接近實戰(zhàn)對它的要求。因為,戰(zhàn)場上的實際情況往往是多個目標在短時間內自不同方向襲來。美、以計劃在DT&E之后決定:(1)系統(tǒng)在交付以色列使用前需進行哪些改進,并計劃2001年底完成對THEL系統(tǒng)的改進;(2)美國是否繼續(xù)發(fā)展MTHEL系統(tǒng)等。THEL計劃2001年的經費為1千5百萬美元,一部分用于繼續(xù)進行THEL系統(tǒng)的改進和附加試驗,一部分用于進行MTHEL的概念設計以及評估和發(fā)展MTHEL系統(tǒng)的有關技術,以確定MTHEL系統(tǒng)的方案和發(fā)展途徑。2.2美國陸軍的未來發(fā)展美軍認為,現(xiàn)在的THEL系統(tǒng)太嬌氣,需要的維護太多,尤其是沒有機動能力,不能適合作戰(zhàn)需要,因而還沒有對為以色列設計的THEL系統(tǒng)的任務需求。但是,美陸軍已完成對機動式激光武器的初步任務需求報告,并已納入美大西洋司令部的聯(lián)合戰(zhàn)區(qū)與導彈防御任務需求報告,要求其能擊毀戰(zhàn)區(qū)中的各種目標。以色列國防軍也懷疑現(xiàn)在的THEL系統(tǒng)的作戰(zhàn)效能,希望得到MTHEL系統(tǒng),以滿足與黎巴嫩較長邊界的防御需要。為此,美陸軍減少了THEL系統(tǒng)的試驗次數(shù),用來為發(fā)展MTHEL系統(tǒng)安排經費,并正在為MTHEL系統(tǒng)爭取額外經費,希望發(fā)展MHEL樣機。發(fā)展MTHEL,首先需要解決振動問題,使其穩(wěn)定和使光束控制不受振動影響。此外,還要使DF激光器和光束控制系統(tǒng)減小,美陸軍希望能減小到可裝在一部軍用運輸車上。當然,激光器的化學燃料和指控中心需要用另外的一部運輸車。美陸軍認為,能夠在3~4年內發(fā)展出MTHEL系統(tǒng)樣機。美陸軍認為,從長遠考慮,供美軍使用的機動式地基高能激光武器也許需要采用體積較小的固體激光器。為此,陸軍在THEL系統(tǒng)基礎上發(fā)展基于化學激光器的MTHEL系統(tǒng)的同時,已完成對4種固體激光器概念和可獲得時間的研究,并決定出資在白沙導彈靶場建造一個萬瓦級固體激光系統(tǒng),企圖通過這些努力,能在2005年或2006年拿出一個能裝在機動性好的多用途輪式運輸車里的100kW級的固體激光器系統(tǒng)。但是,相對化學激光器而言,固體激光器在技術上尚不成熟,以致于該計劃官員認為,這樣的系統(tǒng)也許在2025年前不會出現(xiàn)。3atl作為非殺傷武器基于化學激光器對飛行導彈殺傷能力的成功演示驗證以及激光的殺傷力可根據(jù)不同任務的實際需要進行調節(jié),美國防部正在考慮利用機載激光器(ABL)的成果來發(fā)展一種小型飛機和直升機載、具有致命和非致命性殺傷力的中等功率(幾萬瓦至幾十萬瓦)的近程ATL。ATL用作精確的致命性殺傷武器,具有擊落低空反艦或對地攻擊巡航導彈以及對抗短程戰(zhàn)術火箭和其它類似無人航空器目標而使造成附帶破壞最小的能力,此時,它將在3000m高度以下作戰(zhàn),其在有利氣象條件下具有最大殺傷目標距離20km的能力。ATL用作非致命殺傷武器,具有快速使敵武器系統(tǒng)失效而不造成附帶傷害的能力,可提供目前非殺傷武器所不能達到的遠距離能力,其作戰(zhàn)對象包括各種車輛的輪胎、武器裝備的天線和光電裝置、導彈發(fā)射裝置以及人員等。美彈道導彈防御局已在1998年11月至1999年9月間完成了對采用不同平臺的多種ATL方案的評估,主要評估內容包括:確定通常的巡航導彈防御和海軍區(qū)域防御對ATL的功能要求;評估不同情況和作戰(zhàn)環(huán)境下系統(tǒng)的效能;提出包括飛行試驗和早期樣機驗證在內的發(fā)展途徑;進行殺傷模擬以幫助確定需求、系統(tǒng)能力和使用的有效性。國防部計劃安排進行ATL的“非常精確打擊”任務的先進概念技術驗證(ACTD),其候選平臺有V-22,CH-47,C-130和海軍的CH-53飛機,目前比較趨向于V-22。預計ACTD的費用為1~2億美元,時間為3~4年,用在ACTD中的可能是500~750kW、工作波長1.3μm的氧碘化學激光器。根據(jù)要求不同,ATL系統(tǒng)的重量可能在4500~6500kg之間,作用距離為10km(地對空作戰(zhàn))和20km(空對空作戰(zhàn)或空對地作戰(zhàn))。系統(tǒng)在有雨和霧的天氣可能遇到問題,但因它可在云層下作戰(zhàn),因而不