7月19日，美國雷錫恩公司宣布它的海軍激光武器近日成功擊落4架無人機。這一消息引起了國內(nèi)外的高度關(guān)注，簡氏稱這標(biāo)志著固體激光器進(jìn)入實用階段。而國內(nèi)軍事專家則懷疑此是“偽項目”。究竟激光武器是否有效？美軍激光武器研發(fā)又處于什么階段？
洛馬公司和格魯曼公司正在聯(lián)合進(jìn)行高能激光武器的模型研究，目前高能激光器仍未實現(xiàn)實用化。
美國是實際上激光武器最先進(jìn)的國家，或許在冷戰(zhàn)時期，蘇聯(lián)可以分享一下之一的稱號，但在冷戰(zhàn)結(jié)束將近20年后，憑借長時間大量投入的積累，美國激光武器無愧于世界第一的稱號。激光武器按激光生成方法可以分為化學(xué)激光器，固體激光器，液體激光器和自由電子激光器等四種類型，它們各有特色，目前只有化學(xué)激光器和固體激光器達(dá)到了實戰(zhàn)部署階段，其他激光器還有待成熟。
用激光做武器的設(shè)想，自其誕生起就五花八門。激光方向性強，亮度大，相干性好，具備了作為武器的良好基礎(chǔ)。相比于傳統(tǒng)的火藥武器，激光這種定向能武器具有打擊速度快，命中精度高，無后坐力無污染的優(yōu)勢。在熱兵器進(jìn)入制導(dǎo)武器時代后，激光武器更有使用費用低廉的優(yōu)勢，如反導(dǎo)作戰(zhàn)中，原定的空基激光武器ABL每次射擊僅需要1000美元左右的工質(zhì)費用，這比高速攔截導(dǎo)彈動輒數(shù)百上千萬美元的單價可謂天壤之別。
在戰(zhàn)場和商場上，最常見到的是小功率的激光致盲武器，直接摧毀目標(biāo)的高能激光器則遲遲未能投入實用。這是因為高能激光摧毀目標(biāo)，主要是通過照射目標(biāo)后，短時間內(nèi)目標(biāo)表面材料強度下降甚至熔化氣化形成穿孔，破壞目標(biāo)結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)的。強激光束還可能引爆導(dǎo)彈的戰(zhàn)斗部或是引燃飛機導(dǎo)彈等目標(biāo)的燃料箱。無論哪種殺傷機理，都需要激光器有很高的功率和優(yōu)秀的光束質(zhì)量，保證激光照射到目標(biāo)上時能有足夠的功率密度實現(xiàn)殺傷效果。
美國空軍使用修改過的NKC-135作為載機，在空基激光實驗室計劃中成功驗證了激光器的跟蹤和摧毀能力。注意紅框中為該機搭載的激光器。
美國是高能激光武器領(lǐng)域的領(lǐng)跑者。1960年世界上誕生了第一臺激光器，隨后一系列研究指出可以通過對氣體的快速加熱或冷卻產(chǎn)生激光。1966年開始了第一個高能氣體動力激光器的研制工作，工質(zhì)使用二氧化碳，氮氣和水。1970年，連續(xù)輸出功率達(dá)到了60千瓦之多，1973年，脈沖輸出功率達(dá)到了400千瓦，盡管離實戰(zhàn)需求還很遠(yuǎn)，但是輸出功率的提高意味著高能激光器從工程上說是可行的。氣體動力激光器后來被稱為化學(xué)激光器，1973年美國空軍使用二氧化碳化學(xué)激光器擊落了靶機。
ALL計劃的情況
1976年美國空軍還進(jìn)一步開展了他們的空基激光實驗室(ALL)的計劃，ALL使用NKC-135作為載機，美國空軍希望ALL能驗證跟蹤和摧毀空中目標(biāo)的能力。ALL仍然使用二氧化碳激光器，波長10.6微米。據(jù)報道，1979年ALL項目的激光器輸出功率已經(jīng)達(dá)到了456千瓦并維持8秒，經(jīng)過處理后從武器系統(tǒng)輸出時也達(dá)到380千瓦，可在1公里外的目標(biāo)上實現(xiàn)100瓦每平方厘米的能量密度。ALL項目進(jìn)行了11年之久，在各次試驗中，共擊落5枚AIM-9B響尾蛇空空導(dǎo)彈和1架BQM-34A火峰靶機。ALL試驗中，解決了激光武器實用化過程中的主要問題，如高能激光器，高精度跟蹤系統(tǒng)和遠(yuǎn)射程。不過穿透大氣湍流和大氣的熱不均勻問題沒能得到解決，實際上到現(xiàn)在，這仍然是棘手的問題，后來星球大戰(zhàn)計劃遺留下來的空基激光武器(ABL)反導(dǎo)時飛行高度在平流層，很大程度上避開了這個問題。
ABL計劃使用波音747-400F作為載機，裝載功率更高的氧碘化學(xué)激光器(上圖紅框中所示)，重點是針對助推段和上升段中的彈道導(dǎo)彈。然而由于實際需要的功率遠(yuǎn)大于現(xiàn)有功率，該項目最終取消。
從ABL到ALTB
在發(fā)展ALL項目的同時，1977年美國空軍發(fā)明了新的氧碘(COIL)化學(xué)激光器，它的能量轉(zhuǎn)化效率達(dá)到20%作用，后來繼續(xù)發(fā)展用于現(xiàn)在空基激光器(ABL，現(xiàn)已經(jīng)改名為ALTB)。氧碘激光器具有更大的功率，在體積，功率，重量和可靠性上形成了一個平衡。在星球大戰(zhàn)不切實際的高指標(biāo)激光器難產(chǎn)，星球大戰(zhàn)終結(jié)的形勢下，美國空軍的ABL項目由于技術(shù)較為成熟而保留下來。
1992年美國空軍正式開始實施ABL計劃，2001年美國彈道導(dǎo)彈防御局從美國空軍接手項目管理權(quán)。ABL計劃使用波音747-400F飛機作為載機，波音公司作為主承包商，激光器由TRW公司負(fù)責(zé)制造，激光波長為1.315微米，實戰(zhàn)型飛機將達(dá)到2兆瓦的輸出功率，實現(xiàn)前出部署，數(shù)百公里距離上助推段攔截彈道導(dǎo)彈的目標(biāo)。美國計劃一個戰(zhàn)區(qū)部署7架ABL飛機，實戰(zhàn)時5架飛機形成兩條反導(dǎo)軌道，ABL系統(tǒng)設(shè)計能攔截一個或多個發(fā)射場同時發(fā)射的5~10枚彈道導(dǎo)彈。
即使是技術(shù)較為成熟的ABL也因技術(shù)問題屢屢延期，2002年，ABL才進(jìn)行了致命殺傷發(fā)射試驗，2006年美國取消了原定的部署計劃，增加試驗期待進(jìn)一步成熟后再行部署。ABL原型機YAL-1A的反導(dǎo)試驗幾經(jīng)推遲，直到2010年2月才進(jìn)行首次實彈打靶試驗，但早在2009年美國國防部就取消了ABL的進(jìn)一步發(fā)展，轉(zhuǎn)向技術(shù)驗證了。根據(jù)美國國防部長蓋茨的說法，ABL系統(tǒng)還遠(yuǎn)未成熟，為了實現(xiàn)助推段和上升段攔截，需要的激光功率要比現(xiàn)有的ABL功率強20~30倍，同時部署ABL需要很高的費用。顯然，ABL還遠(yuǎn)不能滿足實戰(zhàn)要求。
ATL戰(zhàn)術(shù)激光器繼續(xù)發(fā)展
ABL的發(fā)展雖然以失敗告終，但是化學(xué)激光器仍然是激光武器中最成熟的類型。同樣是氧碘激光器的先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)激光器(ATL)仍在繼續(xù)發(fā)展。該項目由波音公司負(fù)責(zé)，預(yù)定由NC-130H平臺搭載進(jìn)行高能激光試驗，2006年交付了ATL載機。2009年9月ATL進(jìn)行了首次空對地高能激光打擊，摧毀了一輛無人車輛，此前同年6月，ATL首次在空中發(fā)射激光。根據(jù)氣候條件和各地環(huán)境的不同，ATL的有效射程區(qū)別很大，最好時能超過30公里，而最差時有效射程不足8公里。
氧碘激光器也在美國陸軍得到應(yīng)用，上世紀(jì)90年代美國和以色列合作的戰(zhàn)術(shù)高能激光器(THEL)和21世紀(jì)初的衍生型號機動戰(zhàn)術(shù)高能激光器(MTHEL)都是驗證。MTHEL是一種小型的車載激光器，用于擊落飛機，近程導(dǎo)彈，火箭彈等各種炮彈。2000年和2001年的靶試中，MTHEL擊落后20多枚火箭彈，不過2005年MTHEL的發(fā)展被終止。
固體激光器相比化學(xué)激光器在體積和重量上得到了更好的控制，而且最近幾年快速的發(fā)展使它的輸出功率已達(dá)武器級的100千瓦。
化學(xué)激光器雖然是最成熟的激光器，但是體積重量都很大，每次都需要額外補充化學(xué)工質(zhì)，使用維護(hù)上都很麻煩。相比之下，固體激光器要好得多，目前美國空軍和美國陸軍戰(zhàn)術(shù)激光器上的工作重點已經(jīng)開始轉(zhuǎn)移到固體激光器上，其中的核心項目聯(lián)合高能固體激光器(JHPSSL)由高能激光聯(lián)合技術(shù)辦公室(HEL/JTO)與美國陸軍，海軍和空軍聯(lián)合研制。
固體激光器輸出功率已達(dá)武器級（100千瓦）
固體激光器前些年的發(fā)展速度也很快，2009年1月是實現(xiàn)了105千瓦的輸出，達(dá)到了第三階段100千瓦功率的目標(biāo)。100千瓦功率一向被視為武器級高能激光的門檻，JHPSSL達(dá)到這一目標(biāo)，預(yù)示著固體激光器距離實際的激光武器又近了一步。JHPSSL項目中達(dá)到105千瓦功率的諾斯羅普·格魯曼公司的激光器由7個15千瓦的FireStrike激光模塊組成。
根據(jù)諾斯羅普·格魯曼公司的資料說明，F(xiàn)ireStrike激光模塊性能相當(dāng)不錯，輸出功率15千瓦光束質(zhì)量達(dá)1.5倍衍射極限；啟動也很快，從停機到全功率輸出只需要0.5秒；可靠性也很好，其激光輸出時間只受到輸入能量和冷卻系統(tǒng)的限制。在體積和重量上，寬深高原來分別為23/40/12英寸，2009的數(shù)據(jù)已經(jīng)縮小到13/30/9英寸，F(xiàn)ireStrike單個模塊重量400磅/181千克。這樣的體積重量和性能，已經(jīng)具備實戰(zhàn)能力。
JHPSSL項目的成功和固體激光器的迅猛發(fā)展，為戰(zhàn)術(shù)激光武器的發(fā)展提供了新的方向。比之傳統(tǒng)化學(xué)激光器，固體激光器將走向小型化模塊化和通用化，提高激光武器的的機動性和可靠性。固體激光器功率超過100千瓦，已經(jīng)對化學(xué)激光器的ATL項目構(gòu)成了競爭壓力，諾斯羅普·格魯曼公司認(rèn)為FireStrike激光器未來可集成在從陸軍高能激光器技術(shù)演示(HELTD)到海軍戰(zhàn)艦自身防御以及?？哲姷南冗M(jìn)攻擊無人機與JSF戰(zhàn)斗機上。美國海軍和諾斯羅普·格魯曼公司簽訂了?；す庋菔?MLD)項目的合同，使用JHPSSL的技術(shù)發(fā)展激光武器演示系統(tǒng)，預(yù)計今年年末將進(jìn)行實際測試。MLD著眼于面對小艇和小型飛機的飽和攻擊，諾思羅普公司認(rèn)為它們的設(shè)計可以通過增減模塊調(diào)整激光功率，應(yīng)對不同層次的威脅。
美國的海軍激光武器系統(tǒng)(LaWS)在7月19日的海上環(huán)境中成功擊落4架無人機。這標(biāo)志著光纖固體激光器在近程方面較好地解決了海上環(huán)境對激光的削弱問題。
光纖固體激光器前景更加樂觀
作為主要項目的JHPSSL外，美國還開展了摻鐿光纖固體激光器的工作，現(xiàn)在光纖激光器已經(jīng)成為工業(yè)用主流激光器，它在軍事上的用途前景更加樂觀，美國陸軍和海軍在這一領(lǐng)域進(jìn)行了合作。
2009年1月美國陸軍測試了雷錫恩公司的激光百人隊長演示系統(tǒng)，它的功率達(dá)到了50千瓦，雷錫恩公司計劃用它代替海軍的密集陣系統(tǒng)和陸軍的百人隊長系統(tǒng)(即陸基密集陣)。2009年6月雷錫恩公司還進(jìn)行了海軍激光器(LaWS)項目的陸上射擊測試，這個系統(tǒng)用來替換密集陣系統(tǒng)，為戰(zhàn)艦提供對小型飛機和小艇的防御能力。LaWS在中國湖靶場的三次試驗中擊落了共計5架無人機，驗證了其攻擊能力。雷錫恩公司認(rèn)為LaWS的主要問題不在于功率不足，而是海上環(huán)境下的多鹽潮濕環(huán)境，這種環(huán)境會削弱激光打擊效果。
而今年7月19日，雷錫恩公司在范堡羅航展發(fā)布消息，宣布它的海軍激光武器系統(tǒng)(LaWS)在海上環(huán)境中成功擊落了4架無人機。這次試驗使用6臺小功率工業(yè)用光纖激光器組合輸出總計32千瓦功率的激光。從這次試驗看，海上環(huán)境對激光的削弱，至少在近程防御方面得到了較好的解決。這種對付海上反艦導(dǎo)彈的激光武器是最有望進(jìn)入實戰(zhàn)部署的激光武器。
液體激光器比現(xiàn)有的化學(xué)激光器體積小，是高能激光武器小型化的另一個方向。坐落于美國杰斐遜實驗室的自由電子激光器實驗裝置，雖然功率高但體積大，未來可能將裝備新一代的全電戰(zhàn)艦
液體激光器
液體激光器方面有國防部先進(jìn)計劃研究局(DARPA)主持的“高能液體激光防空系統(tǒng)”(HELLADS)，目前由通用原子公司開發(fā)。這是一種緊湊型高能激光器，可由戰(zhàn)術(shù)飛機或是地面車輛搭載。2006財年HELLADS系統(tǒng)得到了先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)項目中的約2000萬美元撥款。HELLADS設(shè)計目標(biāo)150千瓦，重量要求小于750千克，體積在2立方米以下。這個指標(biāo)比現(xiàn)有的化學(xué)激光器小得多，是高能激光武器小型化的另一個方向。2007年HELLADS項目第三階段研制了15千瓦的輸出功率，預(yù)計第四階段到2010年將演示150千瓦輸出功率。
自由電子激光器
自由電子激光器(FEL)利用自由電子的受激輻射，把電子束的能量轉(zhuǎn)換為激光。上世紀(jì)80年代星球大戰(zhàn)計劃計劃使用大功率陸基自由電子激光器進(jìn)行防御，TRW公司和波音公司為此展開競爭。最后由于成本技術(shù)和戰(zhàn)略轉(zhuǎn)向等原因取消，但仍為美國自由電子激光器的發(fā)展打下了基礎(chǔ)。自由電子激光器具有可調(diào)諧性(從毫米波導(dǎo)紫外線)、高效率、高功率等特點，尤其是可調(diào)諧性很適合海軍在不同環(huán)境下的作戰(zhàn)需求，不過它需要大量電力對戰(zhàn)艦的供電系統(tǒng)提出很高的要求。
美國海軍研究實驗室(ONR)從1996年開始自由電子激光器的研制，2004年激光器功率已經(jīng)到了10千瓦，2007年達(dá)到25千瓦。2009年根據(jù)報道，美國海軍研究實驗室分別和波音與雷錫恩公司簽訂合同，提供100千瓦級自由電子激光器的初步設(shè)計。未來100千瓦級自由電子激光器的完成將為邁向兆瓦級自由電子激光器鋪平道路，兆瓦級自由電子激光器可能裝備于新一代的全電戰(zhàn)艦上，為美國海軍提供全面的打擊和防御能力。
美國進(jìn)行大功率激光束發(fā)射試驗，這種試驗時的激光在遠(yuǎn)距離上將會被大氣削弱掉很多。大氣擾動與能源來源以及功率與體積/重量比，這是現(xiàn)在激光武器發(fā)展面臨的三大技術(shù)難題。
盡管固體激光器，液體激光器和自由電子激光器都已經(jīng)越過或是接近100千瓦這個高能激光武器的門檻，但從化學(xué)激光器的發(fā)展史看，它們轉(zhuǎn)化為實際的高能激光武器還需要很長的時間。
實用化仍存在三大難題
目前高能激光武器主要存在三個方面的問題：1、能源來源，激光武器的功率非常大，要在軍艦上應(yīng)用，就必須有全電化推進(jìn)系統(tǒng)配套，而目前軍艦全電推進(jìn)系統(tǒng)的應(yīng)用還處于起步階段；2、大氣擾動補償，這個問題主要影響遠(yuǎn)距離作戰(zhàn)的激光武器，美國將ABL項目轉(zhuǎn)為ALTB繼續(xù)進(jìn)行驗證主要是因為無法克服這個難題。3、功率-體積/重量比，現(xiàn)有的激光武器體積和重量仍然過大，用于彈道導(dǎo)彈攔截的ABL項目就要采用波音747作為載機。
輔助激光武器或率先服役
以美軍面對的戰(zhàn)略形勢推斷，類似上世紀(jì)80年代高能化學(xué)激光器的發(fā)展，我們在未來10年內(nèi)很難看到“主戰(zhàn)”高能激光武器大規(guī)模服役的盛況。但是前文提到的用于近距離攔截反艦導(dǎo)彈的海軍激光器(LaWS)，現(xiàn)在看來已經(jīng)克服了各主要難題，它很可能在幾年內(nèi)即可投入服役。另外，一些用于銷毀爆炸物的反恐用激光武器也進(jìn)展較為順利。
美軍對武器預(yù)研極度重視
值得向讀者交代的是，網(wǎng)易軍事的作者和編輯花了很長時間去搜集美軍激光武器項目的相關(guān)信息，試圖勾勒出美軍激光武器的發(fā)展線路圖。但由于美軍的激光武器項目實在太多，各個軍種都有好幾個曾經(jīng)或正在進(jìn)行的項目，要厘清這些項目的狀態(tài)并不容易，這從側(cè)面上可以反映出美軍對未來武器預(yù)研的重視程度。
預(yù)研對于武器研發(fā)極為重要，因為現(xiàn)代武器是一個高度綜合的系統(tǒng)，各子系統(tǒng)的技術(shù)水平都會影響到一款武器的研制進(jìn)度、乃至成敗。中國由于忽視對航空發(fā)動機技術(shù)的預(yù)研，致使飛豹戰(zhàn)斗轟炸機在服役后曾長期缺乏國產(chǎn)發(fā)動機供應(yīng)，而殲10至今仍需采用俄制發(fā)動機。而美國由于雄厚的技術(shù)儲備，使30年多前研制的F-16/F-15通過子系統(tǒng)升級即可達(dá)到極高的戰(zhàn)術(shù)性能，導(dǎo)致先進(jìn)的F-22A被迫削減產(chǎn)量。
目前，美軍激光武器的研制狀況可以用“大干快上”這么一個詞來形容，正處于一個解決問題的階段，這個跟1990年代反導(dǎo)武器的研制情況非常相似。美軍發(fā)展眾多激光項目并不是什么“偽項目”，更不是什么“戰(zhàn)略欺騙”，這只是武器發(fā)展的必由之路。其實任何科技的發(fā)展都像在走迷宮，只有不斷嘗試，才能最終找到通往成功的道路。美國軍方在激光武器方面的巨大投資必將促使他們未來再次占有先機。
對于中國來說，即便可以通過跟蹤外國技術(shù)的發(fā)展來節(jié)省時間和成本，但關(guān)鍵技術(shù)是買不來的，也只有通過加強預(yù)研，才可能在激光武器領(lǐng)域不再大幅落后。
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