激光武器研修了50多年,現今發展在什么階段?

熱心網友

1　引　言 　　激光武器的發展已歷時30多年。七十年代，美國陸、海、空軍并行開展了各自的激光武器的發展，主要以戰術應用為主，試圖把激光武器部署到戰場上，而且取得了一定進展，并且演示驗證了用這些武器摧毀或破壞目標的能力。1983年美國提出“星球大戰”計劃之后，美國把激光武器發展重點轉移到戰略應用。后因世界形勢隨著前蘇聯解體而發生深刻的變化，地區性沖突和局部戰爭已成為目前和未來軍事斗爭的主要形態，所以從1992年開始，又把激光武器的發展重點轉向以技術較為成熟的激光器為基礎的，近期可以部署的戰略防御、戰區防御和戰術防空激光武器上，并已取得顯著進展。 　　目前美國正在重點發展的激光武器有：天基“阿爾法”化學激光武器，由美國彈道導彈防御局負責，1997年取得重大進展；美國空軍負責的機載氧碘化學激光武器，已進入計劃確定與風險降低階段；美國陸軍與空軍的地基激光反衛星武器；美以聯合發展的戰術高能激光武器。另外，值得注意的是，波音公司正在發展小型飛機和直升機載氧碘化學激光武器；美國陸軍還提出了高空無人機載激光武器計劃，其代號為“防御者之光”(Defender Light)，由勞倫斯*利費莫爾實驗室負責研制，使用的激光器是二極管泵浦固體激光器，預計發射功率可達兆瓦級；美國空軍著眼于未來30年將會大力發展的采用激光二極管陣列的“節能型”激光武器。 　　本文僅介紹美國機載激光武器計劃及其執行情況。 2　機載激光武器的作用和應用 　　美國戰區導彈防御(TMD)計劃采取分層防御方法來對付敵方空-空導彈、空面導彈、面面導彈、巡航導彈的進攻。其中包括采用Corps-SAM作為低層防御；采用PAC-3愛國者(射高12。2km)作為低層防御系統，并采用增程攔截彈(ERINT)(攔截距離15km)作為備用的低層防御系統，及采用“箭”(Arrow)導彈作為對PAC-3愛國者導彈的補充；高層防御系統采用戰區高空區域防御(THAAD)系統(攔截距離150～200km)，攔截高度100km。上述這些導彈系統可以對來襲導彈提供逐層多重防御，當然是要力爭在盡可能高的空中和盡可能遠的距離攔截目標。戰術彈道導彈的助推飛行時間很短，如射程100km的SS-21導彈，其助推飛行時間只有30s。要求如此短的時間內和盡可能遠的距離外，攔截剛剛發射并處于助推飛行中的彈道導彈，需要攔截武器具有極高的速度。這就需要使用激光武器，在進行戰區防御時，可以讓攜帶激光武器的飛機在距離可能發射導彈的地點幾十千米地區高空，利用飛機上的探測器監視和跟蹤敵方發射的導彈，然后發射激光摧毀正在向上飛行的導彈。還有一些高速低空目標，如巡航導彈能在1000～2000km距離范圍內貼近地面20～100m的高度飛行，只有采用機載激光武器才能有效地反擊像巡航導彈這樣的目標。同樣，機載激光武器能機動靈活地反擊各個方向的空襲目標，它非常適合對付飽和攻擊的低空或超低空飛機、直升機和導彈。 3　機載激光武器作戰原理和關鍵技術 　　機載激光武器或稱機載激光器(ABL)是一種能獨立進行目標探測并實施“外科手術式”攻擊的自主性武器系統、載機在12km高空、距前線90km的正方一側巡航，激光武器的預定射程為300～580km。為增大ABL的有效作戰半徑，可以讓ABL載機穿越敵方領空。 　　ABL系統的主要部件有：飛機平臺(波音747-400F飛機)；傳感器系統(被動紅外傳感器)；高能激光器裝置(目前為氧碘化學激光器)；瞄準與跟蹤系統(光束控制)。 3。1　ABL的作戰原理 　　利用機上360°視場的被動紅外傳感器探測目標，用波長1。06μm的多光束激光器照明目標，用高分辯率成像傳感器進行成像，通過主望遠鏡進行觀察以獲得良好的跟蹤數據，隨后引導信標激光和殺傷光束。信標光束比殺傷光束稍早一些發出，以便對殺傷光束所要經過的大氣路徑進行測量。殺傷光束在信標激光達到目標并返回后發出。 　　在信標激光和自適應反射鏡繼續對畸變進行補償、激光照明器和被動紅外傳感器繼續對目標進行跟蹤的同時，向助推段彈道導彈燃料箱發射數秒波長1。3μm氧碘化學激光器殺傷光束，摧毀目標。 3。2　ABL的關鍵技術 　　從ABL作戰原理可見，它的主要關鍵技術有高能激光器、精密跟瞄系統和激光大氣傳輸補償技術。 3。2。1　高能激光器　高能激光器是實現高能激光武器的關鍵，也是各國長期探索研究的目標。目前認為具有高能激光武器系統應用發展前景的激光器主要有氟化氘/氟化氫化學激光器、氧碘化學激光器、CO2氣動激光器、自由電子激光器、二極管泵浦固體激光器和激光二極管陣列等。其中第一代最有可能發展成為高能激光武器并投入部署的將是化學激光器，而ABL計劃中目前采用氧碘激光器；其他類激光器有可能在未來自身技術的不斷發展完善過程中發展成為新一代激光武器。 3。2。2　跟瞄系統　ABL除裝有氧碘化學激光器外，將攜帶紅外搜索跟蹤裝置、光束控制系統和高分辯率紅外成像傳感器，用于完成：(1)硬彈體移交、主動跟蹤與跟蹤恢復三個過程；(2)光束畸變修正功能；(3)保證目標跟蹤與瞄準誤差小于10μrad。代號為AL-1的機載激光武器首先用紅外搜索跟蹤裝置探測在助推段飛行的戰區彈道導彈排放的尾焰，粗略地測定目標位置，然后打開多光束激光照明器(通常采用二極管泵浦固體激光器，波長1。06μm)照亮來襲導彈彈體，這一由探測導彈尾焰轉換成探測彈體的過程稱硬彈體移交過程，并轉換為激光照明器主動跟蹤過程。再由高分辯率紅外成像傳感器精確確定導彈尾焰位置，從而轉入跟蹤恢復過程，與此同時，高分辨率紅外傳感器探測飛行中的導彈錐形頭部，并使多光速激光信標器(通常也使用二極管泵浦固體激光器)瞄準該錐形頭部測量反射的激光束，求得由于飛機振動、大氣湍流和激光光學裝置受熱造成的光學畸變，然后將修正參數輸入到自適應反射鏡進行光學畸變修正，以補償對激光散焦和瞄準精度造的影響。在完成自適應補償后，發射殺傷激光束，破壞導彈的燃料箱。 　　目前，AL-1激光武器系統的反射鏡采用無冷卻的單晶硅反射鏡，孔徑為25cm，間距1～2cm的制動器可使反射鏡面變形達8μm，以保證足以修正光學畸變。 4　ABL發展現狀 　　ABL計劃是美國空軍目前正在大力推進的戰區彈道導彈助推段攔截方案，是其聯合的多層戰區導彈防御研究的一部分。該計劃是目前美國投資規模最大、進展最快的主要定向能武器計劃，已進入ABL發展的第二階段，即計劃確定與風險降低階段，將于2002年底用機載激光器樣機YAL-1A進行摧毀一枚助推段戰區彈道導彈的演示驗證試驗。 4。1　ABL系統技術進展和目前發展重點 　　目前由波音公司中標正在進行的ABL計劃確定與風險降低階段的發展工作中，TRW公司負責研制氧碘激光器；洛克希德*馬丁公司負責研制光學部件、光束控制及火控系統；波音公司負責系統集成，飛機改裝和開發戰場管理系統。 　　TRW公司研制的激光器是模塊化的，單個樣品模塊已經演示了幾十萬瓦的輸出功率，并持續了數秒鐘。YAL-1A作戰演示樣機將由6個模塊組成，到2002年底，屆時將要求波音公司通過催毀一枚56km距離外的助推段戰區彈道導彈的試驗來演示驗證其建造的機載激光器樣機YAC-A性能。 　　一旦試驗成功，空軍將授于波音公司簽訂一項為期2年、價值約45億美元的工程與制造合同，用于該機群(由7架飛機組成)剩余部分的工程制造與發展。最終的作戰使用型ABL系統將采用14個激光器模塊，從而滿足200-300萬瓦的作戰要求。預計未來制造的每架機載激光器(AL-1)載機上攜帶的化學燃料可進行30次持續時間為5s的射擊，每次射擊成本為1000美元。 　　目前，已用氧碘化學激光器進行了小規模試驗，還用中紅外化學激光器進行了較大型的殺傷力試驗，極其詳盡地了解金屬對于不同波長能量的吸收能力。已完成了一系列地基外場實驗，模擬了機載激光器在戰區導彈防御作戰情況下預計將遇到的強烈湍流條件和傳輸環境，重復并成功地演示驗證了自適應光學補償和閉環跟蹤能力。1996年6月成功地進行了兩次主動跟蹤助推段飛行的彈道導彈的試驗，證實了主動跟蹤的可行性。1998年1月成功地完成了歷時1個月的系列風洞試驗，驗證了機載激光器關鍵部件104英寸鼻錐轉塔和激光器排氣系統的設計性能。1998年6月，對TRW公司設計的幾十萬瓦級的單個激光器模塊首次在該公司的試驗靶上進行了成功的試驗。它的成功標志著波音公司小組已經全部實現了1996年11月進入ABL第二階段時對空軍的承諾，并拉開了旨在降低ABL計劃的技術風險的系列激光器性能試驗的序幕，以便最終優化激光器的運作條件，獲得所需的性能和激光特性。 　　目前氧碘化學激光器技術的研究重點是提高效率，減輕系統重量和改進作戰適用性。 4。2　ABL作戰方案 　　研究表明，由7架ABL載機組成的機群能對戰區級沖突地區提供最佳的彈道導彈防御。初步作戰方案是，由7架ABL飛機組成的作戰機群中，至少應使用5架部署在一個軍事危急區域，并可形成兩條反導軌道，但要形成24小時的作戰能力需要7架載機，攜帶足夠進行200次發射所需的燃料。數百萬瓦的激光通過2m直徑的發射望遠鏡發射出去，足以攻擊遠至600km處的目標。 4。3　ABL未來部署方案 　　將于2000年進行低功率飛行試驗和高功率的停機坪試驗，2001年將進行高功率飛行試驗和殺傷導彈的演示驗證，2002年部署第一架作戰演示用ABL樣機(氧碘化學激光輸出功率100～200萬瓦)，使美國首次具備助推段攔載能力，并用其進行攔截助推段導彈的試驗；2006年部署3架作戰使用型ABL飛機(氧碘激光器功率200～300萬瓦)，具備初始作戰能力；2008年部署7架作戰使用ABL飛機，組成一個完整的機群，具備對單個戰區提供導彈防御的全面作戰能力。 5　第二代節能型激光武器 　　美國空軍在其《21世紀空中與空間力量展望》中提出了著眼于未來而發展的第二代采用創新技術的節能型高能激光武器。其中創新技術包括：大而輕的薄膜光學系統；高功率短波長固體激光器；高平均功率相位共軛技術；采用光閥或微機電的自適應光學系統；光束成形與控制用的二極管激光器調相陣列。 　　第二代激光武器將采用波長更短的新一代激光器，使所需的殺傷能量及激光功率減小到普通型的1/25～1/50，從而獲得最高的能量效率。表1列出了方案論證中二種類型激光武器之間差別。 　　作為小型、中等功率、高光束質量的短波長激光器計劃基礎的新興技術有： 　　(1)短波長固體激光器的二極管泵浦技術。該技術已經演示了能夠顯著提高效率，和大大減小激光器熱負載。在未來20年期間內，按常規技術進展應能實現60%的二極管效率和15%的電-激光凈轉換效率。二極管的成本應降至二極管光學功率每瓦低于1美元，用于40kW激光器的二極管泵浦陣列的成本應少于16萬美元。 　　(2)固體激光器的熱容量運行，這使得激光器能夠在短暫的交戰期間內根據需要產生高輸出功率。發展得當的話，在不采用冷卻措施的運行中，這種方法應能實現每立方厘米激光材料產生高于500J的激光輸出。在每次交戰所需能量為40kJ及熱彈倉允許進行10次交戰(400kJ的激光輸出)的情況下，所需激光材料的體積將是800cm3，重量小于4kg。這10次交戰中每兩次之間的冷卻時間將為1～2min。 　　(3)激光武器內或激光武器與目標之間相位共軛技術，用于對光程畸變進行補償并產生近衍射限光束。在機載激光器計劃中得到的經驗，在這里同樣適用。 　　(4)非冷卻光學系統，可降低光束定向器的成本和質量。隨著超低吸收率反射鏡鍍層的發展，非冷卻光學系統將是可能的。 　　《21世紀空中與空間力量展望》中稱，未來第三個10年中定向能武器的預期應用，代表了定向能武器能力的極大擴展，這些應用以概念上十分合理的設想為基礎，但需要在技術方面向新的方法發展。這些應用將會導致空軍進攻和防御戰略的重大變化。已提出在先進戰斗機即光子戰斗機(Fotofighter)，的表面上鑲嵌與飛機表面共形的高功率二極管激光器相控陣列，用于同時對目標進行監視、跟蹤、指示和熱殺傷以及通信。 6　結　語 　　激光武器是新一代利用高能量密度射束替代常規子彈的新概念武器。這類武器所特有的以光速作戰的迅速反應能力，以外科手術或殺傷的高效費比作戰方式，以及特別適于反衛星和破壞敵方信息系統等阻止敵方獲得信息的能力，使其成為適應21世紀信息化高技術戰爭的、具有劃時代意義新一代主戰兵器。。