【深度】定向能武器报告（三）激光武器的概念与装备现状：天基激光武器，空基激光武器

查看原文

其他

【深度】定向能武器报告（三）激光武器的概念与装备现状：天基激光武器，空基激光武器

Original 2018-02-04 学术plus 学术plus

【学术plus】新添加号内搜索功能！

进入公众号→点击菜单【智库扫描】→【搜搜文章】

→输入关键词→一键检索您需要的文章。快来试试！

【兼职】神秘岗位正在向你招手，敢来么？

【厚度】学术plus年终巨献：2017年你不可以错过的重磅报告们！（全文阅读链接）

（三）

定向能武器

激光武器概念与装备现状

天基激光武器与 空基激光武器

激光武器的概念

激光武器主要指高功率强激光武器，它是一种利用激光束摧毁飞机、导弹、卫星等目标或使其失效的定向武器，本质上是一种利用高能光束进行攻击的新概念武器。由于它发射的高亮度激光束照射到目标上产生的高温，会很快对照射部位造成永久性损伤，而且激光束从发射到击中目标所用的时间少到可以忽略，几乎“瞄准即摧毁”，特别适合对付高速目标，因此美国最著名的战略激光武器就是针对速度奇快的洲际导弹。

激光武器之所以有如此巨大的杀伤力，主要在于它的高能量和高功率。一般通过以下三步对目标物体实行毁灭性的破坏。

第一：热作用破坏，只要激光功率足够高，被激光照射的目标物体局部会瞬间汽化，当持续汽化很强烈时，材料蒸汽高速喷出，同时将部分凝聚态颗粒或液滴一起冲刷出来，从而造成凹陷甚至穿孔。
第二：力学破坏，靶材表面吸收激光能量后，原子被电离，形成等离子体。向外膨胀喷射形成应力波向深处传播。应力波的反射造成靶材被拉断，形成“层裂”破坏，所以即使没被烧蚀摧毁，也会因为受力学破坏而严重影响其技术性能。
第三：辐射破坏：当激光照射到目标物体表面时，被汽化的物质会被电离成等离子体云，等离子体云辐射出紫外线和X射线，对目标物体造成损伤。

按照激光武器的用途还可分为战术型和战略型两类。

战术激光武器是利用激光作为能量，是像常规武器那样直接杀伤敌方人员、击毁坦克、飞机等，打击距离一般可达20公里。这种武器的主要代表有激光枪和激光炮，它们能够发出很强的激光束来打击敌人。当激光能量不高时，主要使敌方人员致盲和使某些光电测量仪器的光敏元件受到破坏甚至失效。1982年英阿马岛战争中，英国在航空母舰和各类护卫舰上就安装有激光致盲武器，曾使阿根廷的多架飞机失控、坠毁或误入英军的射击火网。战术激光武器的不但能造成飞机失控、机毁人亡，或使炮手丧失战斗能力，而且由于参战士兵不知对方激光武器会在何时何地出现，常常受到沉重的心理压力。因此，激光武器又具有常规武器所不具备的威慑作用。
战略激光武器可攻击数千公里之外的洲际导弹；可攻击太空中的侦察卫星和通信卫星等。例如，1975年11月，美国的两颗监视导弹发射井的侦察卫星在飞抵西伯利亚上空时，被前苏联的“反卫星”陆基激光武器击中，并变成“瞎子”。因此，高能激光武器是夺取宇宙空间优势的理想武器之一，也是军事大国不惜耗费巨资进行激烈争夺的根本原因。

激光武器装备现状

高能激光武器是新一代利用高能量密度光束替代常规子弹的新概念武器，是武器装备发展历程中继冷兵器、火器和核武器等之后又一个重要的里程碑。随着美国各军种高能激光武器计划的不断深入，目前已经初步形成天基、空基、陆基、海基为平台的多种类型激光武器。

1. 天基激光武器

高能激光武器是新一代利用高能量密度光束替代常规子弹的新概念武器，是武器装备发展历程中继冷兵器、火器和核武器等之后又一个重要的里程碑。随着美国各军种高能激光武器计划的不断深入，目前已经初步形成天基、空基、陆基、海基为平台的多种类型激光武器。

天基激光武器的主要目的是应对助推段的洲际弹道导弹所造成的威胁，它还可以用于防御巡航导弹和远程战略轰炸机。在冷战期间美国的“星球大战”计划中，部署在太空的激光炮就是拦截苏联洲际导弹最重要的部分。五角大楼认为，太空激光武器能在数百到几千公里的距离上摧毁空中和太空中的任何目标，而且太空中没有地形阻拦，也没有空气扰动影响，因此是对付洲际导弹最好的手段。按照设计，整个系统由20颗搭载激光炮的卫星和10个轨道镜组成，每颗卫星攻击范围能覆盖地球表面积的1/10。

尽管“星球大战”计划随着冷战结束被取消，但美国每年仍向高功率激光武器项目投资数亿美元。1994年美国曾提出雄心勃勃的计划，要用12个“阿尔法”化学激光武器平台覆盖全球，并在2003年部署空基激光作战星座。但由于体积过大等限制以及国际环境的变化，美国最终放弃该计划。

IFX是美国天基激光武器发展计划，是美国防部科研局与美国空军共同勾画的21世纪用激光武器进行太空作战的美好蓝图。美军预定在2013年进行进行IFX，计划使用“德尔它IV”运载火箭，将一颗载有兆瓦级阿尔法氟化氢化学激光器发射到400-480km高空，按照构想，承载天基激光武器的卫星将在1300km高空的轨道上运行，激光武器的有效杀伤距离达4000-5000km，可摧毁9-11km高空的弹道导弹，其部署计划为：首先在空间部署一个由12颗卫星或更少的卫星构成的小星座，可对中东、北非和东北亚等战区提供连续的战区覆盖，对付第三世界国家的攻击。但此时还不足以对付俄罗斯火箭部队的威胁，只能摧毁其偶然发射的导弹，不能摧毁潜射导弹；进而建立一个由18颗卫星构成的星座，可对重要战区提供更全面的覆盖，并可以作为美国国家导弹防御（NMD）系统的一部分；最后构建由24颗卫星构成的星座，从而实现连续的全球覆盖。

图3 天基激光武器设想图

目前，美国防部认为，太空激光武器是用来摧毁洲际导弹、助推阶段的战役-战术导弹最有效的武器，并且能在百到几千公里的距离上摧毁空中和太空中的任何其它目标。美国科研局在导弹防御计划中关于这个问题主要从事两个方面的工作：研制高能化学激光和研制识别目标、跟踪目标系统、目标制导系统以及火控系统等。

太空激光武器还存在许多尚未解决的难题，包括：怎样把大型的激光装置送入轨道，主要原因就是发光装置主镜的直径过大，解决的主要办法是研制能在运载火箭的货舱内放得下的折叠式主镜，并且在太空激光武器进入预定轨道后能自动打开。还有一个问题就是，怎样向轨道上的太空激光武器补充化学介质，在将来激光武器使用的都是化学激光，没有介质就不能发生化学反应，也就不能产生激光。美国科研局和美国空军，在太空激光武器的下一阶段的主要任务是集中精力攻克上述难题。

2006年10月6日，美国空军实验室定向能处在新墨西哥州柯特兰空军基地实施了世界上首次采用再生燃料进行激光发射。这种激光器主要燃料是碱性过氧化氢和氯，这些燃料是可再生的。试验装置发射的高能激光达到几千瓦级。这项试验是在空军实验室定向能处的戴维斯先进激光设施上进行的，在那里，再生燃料是在小型电化学反应器中生成的，这些反应器是专门设计用来收集激光运行产生的废料并将其转化为新鲜燃料。

空军该计划的项目官员、研究化学家 Jason A.Marshall说：这种燃料再生过程可无限期地持续进行，从而为空军和其他军种的燃料激光武器提供了一个适用的途径，技术不复杂，也不需定期为战场提供新燃料的费用。

美国诺格公司2006年10月25日宣布，公司正在制造小型高能固态激光器Vesta，可用于多种军事任务，可能的应用包括：固定地点关键资产、地面机动部队、舰船和飞机的保护，以及有人机和无人机精确打击。Vesta的关键特征是卓越的光束质量、高能、以及较长的运行时间，所有优点可集中于一个小型激光器设备中，与此前系统相比，可极大减小设备尺寸和重量，预计能够大大缩短激光器从实验室到战场的周期。

Vesta激光武器的技术优势有：

（a）光束质量为1.3。光束质量指激光束能够被聚焦到什么程度，最终确定多少光束能够被投射到目标上。Vesta把卓越的光束质量和大功率结合在一起，因此投射在目标上的能量级是前所未有的。焊接用标准工业激光器的光束质量超过 2，武器系统使用的激光器光束质量一般为1.5-2。光束质量小于1.5的高能激光器被认为是极优秀的。

（b）持续运行时的功率为 15KW。

（c）演示时连续运行20分钟，功率和光束质量无衰减，设计在此功率水平和光束质量水平无限期运行。

2. 空基激光武器

机载中程激光武器（ABL）是美国空军曾经大力发展的硬杀伤激光武器，在空军优先装备发展清单上仅排在F-22空中优势战斗机之后。由美国军火巨头波音公司、洛克希德马丁公司和诺斯罗普格鲁门三家公司联合研制的ABL机载激光武器是一种装载在波音747客机上的45吨重的激光炮，它能发射数兆瓦的高强度激光束，射程远达400公里。ABL的载机在接近战区前沿的空域飞行，用红外搜索与跟踪装备监视敌方战区弹道导弹的发射。当导弹处于助推段并上升到云层之上时，ABL将把激光束聚焦在导弹助推器的蒙皮上，引起导弹爆炸。

图4 机载中程激光武器（ABL）结构图

2010年2月11日，美军研制的机载激光反导系统日前在太平洋上空进了两次测试，其当天击落的“靶弹”相当于前苏联生产的“飞毛腿”导弹大小。美军飞机发射的激光束可拦截速度达每小时6400公里的各类导弹。五角大楼透露，在被高能激光束照射了数秒后，目标导弹即因“过热”而解体。据推测，美军机载反导系统的“有效杀伤距离”在160公里以上。当第一次导弹拦截成功后，载有激光发射器的波音747飞机马不停蹄地飞往另一战区，成功拦截了第二枚来袭导弹。在本次试验中，美军发射的“靶弹”都从靠近美国本土的海上平台起飞。此后数秒，美军机载反导系统就捕获到了目标的轨迹，并且使用一个低能激光束来对其进行跟踪。在确定了目标的速度和大气折射度后，主激光武器开始照射“靶弹”，最终利用超高温将其彻底摧毁。

图5 机载中程激光武器（ABL）

2011年年底美国国防部决定终止ABL机载激光器研发项目。在此之前，该项目研发时间已经接近16年，总耗资超过50亿美元，并且进行了数次弹道导弹拦截试验。根据美国国防部长盖茨的说法，ABL系统还远未成熟，为了实现助推段和上升段拦截，需要的激光功率要比现有的ABL功率强20至30倍，同时部署ABL需要很高的费用。显然，ABL还远不能满足实战要求。尽管ABL项目已经被终止，但通过实施该项目，美国在激光器技术、能源制备和光束控制等领域均取得了很大进展，这为其新型机载激光器的发展打下了坚实基础。目前美国导弹防御局（MDA）已经开始寻求可由高空无人机携带的新一代机载激光器。

机载近程激光武器（ATL），填补了机载中程激光武器100km以下射程的空白，先进战术激光器ATL的发展非常平稳，有可能很快进入装备研制阶段。先进战术激光器的主要部件是一台千瓦级的COIL激光器（大功率红外化学激光器）安装在C-130H运输机上，该系统被设计成多个模块，以方便安装和拆卸，使其能够在各种平台上使用。

图6 机载近程激光武器（ATL）

ATL是美国国防部先进概念技术演示（ACTD）项目，由美国国防部特种作战司令部（S0C0M）资助，耗资2亿美元，波音公司为主要承包商。系统以V-22，CH-53或C-130等飞机为平台，主要用于防御巡航导弹，精确打击地面目标。任务重点是空地作战，在城市或郊区环境中开展军事或执法行动，可实施致命性或非致命性精确打击。波音公司2006年交付了ATL载机。2009年6月ATL首次在空中发射激光，同年9月ATL进行了首次空对地高能激光打击，摧毁了一辆无人车辆。根据气候条件和各地环境的不同，ATL的有效射程区别很大，最好时能超过30公里，而最差时有效射程不足8公里。

图7 机载近程激光武器（ATL）结构图

ATL系统安装的是高功率COIL激光器，总重约6吨，其输出功率为百千瓦级，激光作用距离为5-10千米，作战高度为0-1500米，可进行5-10次发射。作战过程中，激光器从飞机腹部的一个直径为127cm的小孔向地面发射直径为10cm的激光光束且能够控制对目标的破坏程度。

美军高能激光武器的发展经历了气体激光器、固体激光器目前已进入第三代光纤激光器，其光纤激光器的样机已于今年完成了光束质量及输出能量的测试。相对前两代激光器，光纤激光器具有更高的电光转换效率、更好的光束质量以及更小的体积和重量。该样机由单个75Kw光纤激光模块组成，可提供150Kw和300Kw的激光输出，通过集成的高能量密度的锂电池供电，并由集成的液冷系统制冷。其体积已经足够小到可以装载在复仇者无人机上。

图8 美军最新型的光纤激光器样机

2015年5月美空军发言人表示计划于2023年完成将具备能够拦截来袭导弹能力的新一代激光武器从地面移植到C-17s平台上，并于2021年完成首次空中测试。同时美空军还将进一步为激光武器的小型化而努力，以使其能够装到F-15、F-16及F-35等喷气式飞机上。

图9 C-17s平台