美國激光武器發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢(shì)

美國激光武器發(fā)展的現(xiàn)狀與趨勢(shì)

研制部署多種激光武器20世紀(jì)60年代在美國出版的第一位世界機(jī)器開始研究和開發(fā)激光武器。經(jīng)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(dǎo)彈防御激光武器的同時(shí),非常注重以戰(zhàn)術(shù)應(yīng)用為主的激光武器發(fā)展,并已取得顯著進(jìn)展,演示驗(yàn)證了其攔截和摧毀戰(zhàn)術(shù)目標(biāo)的能力。目前,美國正在研究和發(fā)展的戰(zhàn)術(shù)高能激光武器主要有車載戰(zhàn)術(shù)高能激光器(THEL)、艦載高能激光武器系統(tǒng)(HELWS)和機(jī)載戰(zhàn)術(shù)激光器(ATL)。1載荷高能激光武器的試驗(yàn)研究美海軍高能激光計(jì)劃始于1971年,目的是發(fā)展用于水面艦船防御反艦導(dǎo)彈的高能激光技術(shù)。美海軍最初計(jì)劃建造一個(gè)基于當(dāng)時(shí)最成熟的工作波長為10.6μm的CO2氣動(dòng)激光技術(shù)的實(shí)驗(yàn)性高能激光系統(tǒng)。但到70年代中期,當(dāng)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(xué)激光器出現(xiàn)后,海軍放棄了原計(jì)劃,決定與國防高級(jí)研究計(jì)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(xué)激光器和光束定向器構(gòu)成的武器級(jí)實(shí)驗(yàn)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(yàn)場(chǎng),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(dǎo)彈,演示驗(yàn)證了高能激光系統(tǒng)所具有的能力和戰(zhàn)術(shù)優(yōu)勢(shì)。第2套系統(tǒng)安裝在加里福尼亞州白沙導(dǎo)彈靶場(chǎng)的三軍高能激光系統(tǒng)試驗(yàn)設(shè)施(HELSTF),最大輸出功率2200kW,后來一直被用于試驗(yàn)和驗(yàn)證包括海軍的艦載激光計(jì)劃、空軍的機(jī)載激光計(jì)劃和陸軍的戰(zhàn)術(shù)高能激光器計(jì)劃等在內(nèi)的多種激光武器概念,先后進(jìn)行了一系列試驗(yàn),獲得了連續(xù)波高能激光傳輸、目標(biāo)殺傷和系統(tǒng)運(yùn)行方面較完整的數(shù)據(jù),演示驗(yàn)證了高能激光系統(tǒng)攔截目標(biāo)的能力。其中,美海軍用該系統(tǒng)進(jìn)行艦載高能激光系統(tǒng)的典型驗(yàn)證試驗(yàn)有:1987年,兩次在典型作戰(zhàn)距離上快速、致命地?fù)魵Я艘缘涂?、亞音速、橫向方式飛行的BQM-34型靶機(jī);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(dá)2.2Ma)巡航導(dǎo)彈以低空橫向方式飛向該系統(tǒng)附近一個(gè)目標(biāo)的“汪達(dá)爾人”(Vandal)導(dǎo)彈。這些試驗(yàn)充分演示驗(yàn)證了用激光攔截橫向飛行目標(biāo)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(jì)劃進(jìn)行艦載演示驗(yàn)證,以進(jìn)一步驗(yàn)證高能激光用于艦隊(duì)防御(主要對(duì)付橫向飛行目標(biāo))的效能。但是,隨著冷戰(zhàn)結(jié)束和美海軍將其戰(zhàn)略由遠(yuǎn)洋作戰(zhàn)調(diào)整為近海作戰(zhàn),其面臨的首要問題便由保護(hù)海上戰(zhàn)斗群變?yōu)閷?duì)抗巡航導(dǎo)彈的自衛(wèi)問題,即在沿海戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境對(duì)抗來自岸上和/或分散的低價(jià)值平臺(tái)的威脅。這樣,艦載高能激光系統(tǒng)便由對(duì)付橫向飛行目標(biāo)變?yōu)閷?duì)付徑向來襲目標(biāo)。1994年,美海軍進(jìn)行了用激光攔截迎頭飛行的蘇制“冥河”導(dǎo)彈的“自防御演示”試驗(yàn),旨在研究和評(píng)估高能激光系統(tǒng)用于艦船自衛(wèi)、對(duì)付迎頭飛行的真實(shí)威脅目標(biāo)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(jìn)行的一系列試驗(yàn)的最后一次試驗(yàn)。經(jīng)過試驗(yàn)和分析,美海軍認(rèn)為,“戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境和攔截方式上的基本變化深刻地影響著對(duì)可能的艦載高能激光武器系統(tǒng)基本性能的要求”,即當(dāng)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(huì)妨礙高能激光武器系統(tǒng)效能發(fā)揮時(shí),中紅外化學(xué)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(jì)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(jí)自由電子激光器。計(jì)劃分三階段進(jìn)行,第1階段的任務(wù)是精確預(yù)測(cè)未來10~15年內(nèi)反艦導(dǎo)彈對(duì)激光輻射的抗毀強(qiáng)度;第2階段的任務(wù)是確定高能激光在近海環(huán)境中的最佳工作波長。這兩項(xiàng)工作現(xiàn)已完成。第3階段的任務(wù)是計(jì)劃與能源部合作,開發(fā)一種在設(shè)計(jì)階段波長能夠變化、功率達(dá)兆瓦級(jí)的自由電子激光器。目前,自由電子激光器的功率僅達(dá)到千瓦級(jí)水平,要達(dá)到兆瓦級(jí)還有較長的一段路要走。可見,研制功率高、光束質(zhì)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(shù)障礙。2第三,主要的多管機(jī)動(dòng)和機(jī)動(dòng)目標(biāo)THEL是由美陸軍和以色列共同出資、美陸軍負(fù)責(zé)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(shù)目標(biāo)(包括無人機(jī)、巡航導(dǎo)彈和反輻射導(dǎo)彈等)。設(shè)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(nèi)齊射到一個(gè)小區(qū)域里的多枚火箭彈,保護(hù)靠近前線的部隊(duì)集結(jié)地或城鎮(zhèn);也可單獨(dú)用于對(duì)付那些用原始發(fā)射裝置進(jìn)行的單發(fā)火箭彈發(fā)射,以保護(hù)城鎮(zhèn)或軍事基地等。設(shè)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(dǎo)彈防御系統(tǒng)等配合使用,對(duì)付從其它防御層漏網(wǎng)的點(diǎn)目標(biāo),作用距離達(dá)10km。設(shè)想的早期THEL系統(tǒng)由輸出功率為幾十萬瓦的DF化學(xué)激光器、雷達(dá)、瞄準(zhǔn)跟蹤系統(tǒng)、指控系統(tǒng)構(gòu)成,它們分別被裝入能用車輛運(yùn)輸?shù)亩鄠€(gè)集裝箱中。以色列計(jì)劃沿其北部邊境部署這種THEL系統(tǒng),用來對(duì)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(biāo))首先被THEL系統(tǒng)的雷達(dá)迅速發(fā)現(xiàn),并自動(dòng)將數(shù)據(jù)提供給指控系統(tǒng)。指控系統(tǒng)確定目標(biāo)軌跡并進(jìn)行識(shí)別后向含有光束定向器的瞄準(zhǔn)跟蹤子系統(tǒng)指示目標(biāo)數(shù)據(jù)。瞄準(zhǔn)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(biāo),并進(jìn)行光電粗跟蹤。然后,系統(tǒng)開始精跟蹤過程,它用一個(gè)低功率固體激光器來照明目標(biāo),從目標(biāo)上反射的能量提供光束定向器的“瞄準(zhǔn)點(diǎn)”,以便把THEL的高能激光匯聚到目標(biāo)上,引起目標(biāo)溫升直到破壞。設(shè)想的早期THEL系統(tǒng)雖然可用車輛運(yùn)輸,但美國認(rèn)為,集成后的THEL系統(tǒng)沒有機(jī)動(dòng)能力,不能適合作戰(zhàn)需要,因而對(duì)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(chǔ)上發(fā)展一種機(jī)動(dòng)式THEL(MTHEL)系統(tǒng)。2.1戰(zhàn)術(shù)高能激光武器計(jì)劃的基本決定美陸軍1981年開始實(shí)施“機(jī)動(dòng)陸軍演示裝置”(MAD)計(jì)劃,目的是驗(yàn)證可反飛機(jī)和精確制導(dǎo)武器等的防空激光武器的可行性。計(jì)劃初期采用功率100kW的DF化學(xué)激光器進(jìn)行演示驗(yàn)證試驗(yàn),最終采用1400kW的激光器。但到1983年,美實(shí)施“戰(zhàn)略防御倡議”(SDI)計(jì)劃后,MAD計(jì)劃擱淺。SDI計(jì)劃調(diào)整后,美TRW公司為美陸軍設(shè)計(jì)了一種稱為“通用區(qū)域防御綜合反導(dǎo)”的前沿機(jī)動(dòng)防御用激光武器系統(tǒng),旨在彌補(bǔ)陸軍中程反導(dǎo)系統(tǒng)和遠(yuǎn)程反導(dǎo)系統(tǒng)的不足。該系統(tǒng)擬由一臺(tái)400kW的DF化學(xué)激光器和一臺(tái)70cm直徑的瞄準(zhǔn)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(jì)劃,從而開始了THEL計(jì)劃。1995年3月,美、以兩國政府簽訂了關(guān)于THEL的先期計(jì)劃——“鸚鵡螺”計(jì)劃的諒解備忘錄,以色列正式參與THEL計(jì)劃,從而使THEL計(jì)劃成為一項(xiàng)美以聯(lián)合發(fā)展的戰(zhàn)術(shù)高能激光武器計(jì)劃,目的是發(fā)展一種能摧毀近程火箭彈和導(dǎo)彈的激光武器?！胞W鵡螺”計(jì)劃的目的是評(píng)估激光用作戰(zhàn)術(shù)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(shù)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(jié)束。1996年4月,基于“鸚鵡螺”計(jì)劃的成功,美、以兩國政府決定發(fā)展THEL的先進(jìn)概念技術(shù)驗(yàn)證樣機(jī),美TRW公司等贏得了8900萬美元的設(shè)計(jì)、制造和試驗(yàn)戰(zhàn)術(shù)級(jí)的具有摧毀短程火箭彈的DF激光系統(tǒng)合同,要求22個(gè)月完成系統(tǒng)設(shè)計(jì)和制造。其中,TRW公司為主承包商,負(fù)責(zé)激光器、戰(zhàn)術(shù)指揮組件和系統(tǒng)集成等;以色列的飛機(jī)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(fù)責(zé)跟蹤器和火控組件、雷達(dá)、雷達(dá)通信組件。1998年1月,對(duì)合同進(jìn)行了調(diào)整,總經(jīng)費(fèi)增至1.315億美元(美國負(fù)擔(dān)1.068億美元),完成時(shí)間延長11個(gè)月,計(jì)劃1998年12月開始在白沙導(dǎo)彈靶場(chǎng)進(jìn)行集成和攔截火箭彈試驗(yàn)。但因控制化學(xué)物質(zhì)流經(jīng)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(guān)的問題,使構(gòu)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(dǎo)彈靶場(chǎng)進(jìn)行集成和試驗(yàn)。2000年,美、以兩國分別為THEL增加5.7和5百萬美元經(jīng)費(fèi),用于進(jìn)行對(duì)付喀秋莎火箭彈試驗(yàn)和完成該計(jì)劃的驗(yàn)證與評(píng)估(DT&E)。2000年6月6日,THEL系統(tǒng)在白沙導(dǎo)彈靶場(chǎng)的試驗(yàn)中成功地跟蹤,并在幾公里處摧毀了從15km遠(yuǎn)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(dòng)機(jī)工作2~3s,以使火箭彈達(dá)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(yàn)證了THEL攔截火箭彈的能力。同年8月28日,THEL在白沙導(dǎo)彈靶場(chǎng)進(jìn)行了攔截兩枚火箭彈的試驗(yàn),共進(jìn)行了3次試射試驗(yàn),前兩次試驗(yàn)只擊中了一枚火箭彈,第3次試射擊中了兩枚火箭彈(試驗(yàn)的激光束射程為幾英里),表明THEL具有了攔截多個(gè)目標(biāo)的能力,更加接近實(shí)戰(zhàn)對(duì)它的要求。因?yàn)?戰(zhàn)場(chǎng)上的實(shí)際情況往往是多個(gè)目標(biāo)在短時(shí)間內(nèi)自不同方向襲來。美、以計(jì)劃在DT&E之后決定:(1)系統(tǒng)在交付以色列使用前需進(jìn)行哪些改進(jìn),并計(jì)劃2001年底完成對(duì)THEL系統(tǒng)的改進(jìn);(2)美國是否繼續(xù)發(fā)展MTHEL系統(tǒng)等。THEL計(jì)劃2001年的經(jīng)費(fèi)為1千5百萬美元,一部分用于繼續(xù)進(jìn)行THEL系統(tǒng)的改進(jìn)和附加試驗(yàn),一部分用于進(jìn)行MTHEL的概念設(shè)計(jì)以及評(píng)估和發(fā)展MTHEL系統(tǒng)的有關(guān)技術(shù),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(rèn)為,現(xiàn)在的THEL系統(tǒng)太嬌氣,需要的維護(hù)太多,尤其是沒有機(jī)動(dòng)能力,不能適合作戰(zhàn)需要,因而還沒有對(duì)為以色列設(shè)計(jì)的THEL系統(tǒng)的任務(wù)需求。但是,美陸軍已完成對(duì)機(jī)動(dòng)式激光武器的初步任務(wù)需求報(bào)告,并已納入美大西洋司令部的聯(lián)合戰(zhàn)區(qū)與導(dǎo)彈防御任務(wù)需求報(bào)告,要求其能擊毀戰(zhàn)區(qū)中的各種目標(biāo)。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(yàn)次數(shù),用來為發(fā)展MTHEL系統(tǒng)安排經(jīng)費(fèi),并正在為MTHEL系統(tǒng)爭(zhēng)取額外經(jīng)費(fèi),希望發(fā)展MHEL樣機(jī)。發(fā)展MTHEL,首先需要解決振動(dòng)問題,使其穩(wěn)定和使光束控制不受振動(dòng)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(yùn)輸車上。當(dāng)然,激光器的化學(xué)燃料和指控中心需要用另外的一部運(yùn)輸車。美陸軍認(rèn)為,能夠在3~4年內(nèi)發(fā)展出MTHEL系統(tǒng)樣機(jī)。美陸軍認(rèn)為,從長遠(yuǎn)考慮,供美軍使用的機(jī)動(dòng)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(chǔ)上發(fā)展基于化學(xué)激光器的MTHEL系統(tǒng)的同時(shí),已完成對(duì)4種固體激光器概念和可獲得時(shí)間的研究,并決定出資在白沙導(dǎo)彈靶場(chǎng)建造一個(gè)萬瓦級(jí)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(gè)能裝在機(jī)動(dòng)性好的多用途輪式運(yùn)輸車?yán)锏?00kW級(jí)的固體激光器系統(tǒng)。但是,相對(duì)化學(xué)激光器而言,固體激光器在技術(shù)上尚不成熟,以致于該計(jì)劃官員認(rèn)為,這樣的系統(tǒng)也許在2025年前不會(huì)出現(xiàn)。3atl作為非殺傷武器基于化學(xué)激光器對(duì)飛行導(dǎo)彈殺傷能力的成功演示驗(yàn)證以及激光的殺傷力可根據(jù)不同任務(wù)的實(shí)際需要進(jìn)行調(diào)節(jié),美國防部正在考慮利用機(jī)載激光器(ABL)的成果來發(fā)展一種小型飛機(jī)和直升機(jī)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?qū)Φ毓粞埠綄?dǎo)彈以及對(duì)抗短程戰(zhàn)術(shù)火箭和其它類似無人航空器目標(biāo)而使造成附帶破壞最小的能力,此時(shí),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(biāo)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(dá)到的遠(yuǎn)距離能力,其作戰(zhàn)對(duì)象包括各種車輛的輪胎、武器裝備的天線和光電裝置、導(dǎo)彈發(fā)射裝置以及人員等。美彈道導(dǎo)彈防御局已在1998年11月至1999年9月間完成了對(duì)采用不同平臺(tái)的多種ATL方案的評(píng)估,主要評(píng)估內(nèi)容包括:確定通常的巡航導(dǎo)彈防御和海軍區(qū)域防御對(duì)ATL的功能要求;評(píng)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(yàn)和早期樣機(jī)驗(yàn)證在內(nèi)的發(fā)展途徑;進(jìn)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(jì)劃安排進(jìn)行ATL的“非常精確打擊”任務(wù)的先進(jìn)概念技術(shù)驗(yàn)證(ACTD),其候選平臺(tái)有V-22,CH-47,C-130和海軍的CH-53飛機(jī),目前比較趨向于V-22。預(yù)計(jì)ACTD的費(fèi)用為1~2億美元,時(shí)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(xué)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(duì)空作戰(zhàn))和20km(空對(duì)空作戰(zhàn)或空對(duì)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