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美軍空基激光反導(dǎo)裝備技術(shù)發(fā)展及啟示

 BBSBIAN 2018-05-03

 

遠(yuǎn)望智庫高級(jí)研究員  張文昌

 

激光被稱為“最快的刀”“最準(zhǔn)的尺”“最亮的光”,更有甚者將其稱為“死光”。1916年,著名的物理學(xué)家愛因斯坦提出“受激輻射”理論。1960年,美國(guó)科學(xué)家梅曼首次制造出世界第一束激光和第一臺(tái)激光器。之后,世界軍事界一直試圖將這一“死光”武器化。特別是美軍,上世紀(jì)七八十年代就開始了機(jī)載激光反導(dǎo)的研究,雖然探索之路非常曲折,但也不斷取得突破,特別是近幾年更是發(fā)展迅速,其發(fā)展情況值得總結(jié)、借鑒。

YAL-1A


一、主要研發(fā)活動(dòng)情況

(一)黯然落幕的YAL-1A激光攻擊飛機(jī)

YAL-1A激光攻擊飛機(jī)人所共知,是準(zhǔn)備用于助推段反導(dǎo)攔截的裝備。該機(jī)以波音747-400F為基礎(chǔ),由波音、洛·馬和諾·格三大公司共同研制。

該機(jī)發(fā)展計(jì)劃始于1992年,之后由美空軍飛利浦實(shí)驗(yàn)室與洛克威爾和波音公司牽頭,對(duì)機(jī)載激光武器系統(tǒng)進(jìn)行概念設(shè)計(jì)。工程化研制開始于1996年,要求5年內(nèi)生產(chǎn)出能夠攔截彈道導(dǎo)彈的原型機(jī)。項(xiàng)目原稱“機(jī)載激光器”(ABL),2009年10月改稱“機(jī)載激光試驗(yàn)臺(tái)”。項(xiàng)目管理一開始由美國(guó)空軍負(fù)責(zé),后于2001年10月交給美國(guó)國(guó)防部導(dǎo)彈防御局。

計(jì)劃開發(fā)的核心裝備,包括6個(gè)紅外搜索跟蹤傳感器,1套二氧化碳測(cè)距弱激光器,1套千瓦級(jí)固態(tài)跟蹤照射激光器,1套千瓦級(jí)固態(tài)信標(biāo)照射激光器,1套兆瓦級(jí)(演示型功率1~2兆瓦,作戰(zhàn)型功率2~3兆瓦)化學(xué)氧碘攻擊激光器。

美空軍要求,該機(jī)能在12~15公里高度摧毀距離300~600公里遠(yuǎn)的助推段飛行的彈道導(dǎo)彈,一次出航攻擊激光器可發(fā)射40次,每次輻射目標(biāo)3~5秒鐘。

基本的作戰(zhàn)想定是,先用紅外搜索跟蹤傳感器通過探測(cè)彈道導(dǎo)彈發(fā)動(dòng)機(jī)噴出的熱量發(fā)現(xiàn)目標(biāo),之后用二氧化碳測(cè)距激光器測(cè)量飛機(jī)到目標(biāo)的距離。然后再用固態(tài)跟蹤照射激光器照射導(dǎo)彈,以建立連續(xù)的精確跟蹤,確定瞄準(zhǔn)點(diǎn);用固態(tài)信標(biāo)照射激光器照射導(dǎo)彈并接受回光,測(cè)量大氣湍流對(duì)激光束造成的畸變,使光束控制/火力控制系統(tǒng)能通過自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)對(duì)攻擊光速進(jìn)行補(bǔ)償,確保攻擊光速能夠聚焦到目標(biāo)瞄準(zhǔn)點(diǎn)上。最后由兆瓦級(jí)化學(xué)氧碘激光器發(fā)射高能激光進(jìn)行攻擊,攻擊部位一般選擇在導(dǎo)彈燃料箱。整個(gè)過程不到2分鐘。

該機(jī)一度令美國(guó)政界軍界充滿希望,最初計(jì)劃研制7架(1架概念驗(yàn)證型,1架工程研制型,5架生產(chǎn)型),2003年底2004年初進(jìn)行首次導(dǎo)彈攔截試驗(yàn);2006年生產(chǎn)出首批3架,具備初始作戰(zhàn)能力;2008年具備全面作戰(zhàn)能力。但該機(jī)2000年1月首飛后,直到2010年2月11日,才首次進(jìn)行攔截試驗(yàn),用1兆瓦激光擊毀一枚飛行中的液體燃料彈道導(dǎo)彈。但隨后對(duì)不久發(fā)射的第二枚固體燃料彈道導(dǎo)彈的攔截失敗了,原因是系統(tǒng)出現(xiàn)異常。之后,在該年度又進(jìn)行的至少三次靶試均遭失敗。

后經(jīng)評(píng)估,鑒于YAL-1A激光攻擊飛機(jī)所涉及的七項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)沒有一項(xiàng)完全成熟,美國(guó)國(guó)防部2011年12月決定終止該機(jī)的研發(fā)。YAL-1A激光攻擊飛機(jī)的研發(fā)歷時(shí)近16年,總耗資超過50億美元,2012年2月14日,YAL-1A原型機(jī)完成了最后一次告別飛行,便黯然落幕。

主要問題:一是氧碘化學(xué)激光器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、龐大,80噸太重,55千克/千瓦的質(zhì)量功率比太高,只能由大型飛機(jī)搭載。二是實(shí)際反導(dǎo)攔截距離只有160公里左右,距離對(duì)固體燃料彈道導(dǎo)彈300公里、對(duì)液體燃料彈道導(dǎo)彈600公里的最大射程要求相差較大。三是化學(xué)藥劑消耗量大,每次出航均需補(bǔ)充約14噸化學(xué)藥劑,最多只能發(fā)射24次激光太少,費(fèi)用太高。四是化學(xué)藥劑易燃、劇毒、腐蝕性強(qiáng),排出的廢氣有害,使用維護(hù)復(fù)雜,危及人身安全。五是12公里的作戰(zhàn)高度不夠,大氣對(duì)激光的吸收太強(qiáng),平臺(tái)抖動(dòng)效應(yīng)無法克服,激光束穩(wěn)定性差。六是旋轉(zhuǎn)炮塔和機(jī)身過熱,易引發(fā)空中事故,激光系統(tǒng)反應(yīng)較慢,無法連續(xù)發(fā)射。七是載機(jī)波音747-400F笨重龐大、速度慢、機(jī)動(dòng)性差,目標(biāo)信號(hào)特征明顯,生存能力低,靠近敵方導(dǎo)彈發(fā)射位置不現(xiàn)實(shí),深入敵方腹地不可能。

主要收獲:美軍對(duì)機(jī)載激光器、光束控制和能源制備等技術(shù)有了深入掌握,對(duì)激光器體積、重量和功率的需求,激光器的穩(wěn)定和作戰(zhàn)高度,有了更加深刻的認(rèn)識(shí),為美國(guó)后續(xù)機(jī)載激光反導(dǎo)武器的發(fā)展打下基礎(chǔ)。


YAL-1A反導(dǎo)示意圖


(二)出現(xiàn)發(fā)展曙光的固體激光器

YAL-1A下馬的2011年,導(dǎo)彈防御局就啟動(dòng)了“定向能研究”項(xiàng)目,以資助林肯實(shí)驗(yàn)室的光纖組合激光器和勞倫斯·利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的二極管泵浦堿金屬激光器的研發(fā)工作。2012年,這兩種激光器架構(gòu)通過了導(dǎo)彈防御局的可行性審查。

光纖組合激光器:以摻雜金屬元素的玻璃纖維作為增益介質(zhì)產(chǎn)生激光輸出。優(yōu)點(diǎn)是電光轉(zhuǎn)換效率高,超過40%;能發(fā)出接近理想衍射極限的光束,光束質(zhì)量高;封裝后可在極端的溫度、沖擊和振動(dòng)環(huán)境下可靠工作,環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng),免維護(hù),穩(wěn)定性好;體積小,散熱性好,塑形容易,可分布安裝。缺點(diǎn)是單個(gè)光纖激光器的輸出功率有限,一般不能超過10千瓦。否則功率太大,大量光子進(jìn)入光纖會(huì)使其迅速加熱,難以及時(shí)散熱光纖就會(huì)自毀。需采用波長(zhǎng)組合技術(shù)、相參組合技術(shù),才能匯聚多個(gè)光纖放大能量,形成更強(qiáng)激光波束。2014年,通過組合42個(gè)光纖激光器,使輸出功率達(dá)到44千瓦。但質(zhì)量功率比太高,達(dá)40千克/千瓦。近年,正向5千克/千瓦的水平邁進(jìn)。

二極管泵浦堿金屬激光器:以堿金屬的飽和蒸汽作為增益介質(zhì),以半導(dǎo)體二極管作為泵浦源。優(yōu)點(diǎn)是量子效率理論值超過90%,廢熱減少了80%,激光波長(zhǎng)能與大氣傳輸窗口相匹配,且位于近紅外電學(xué)耦合元件的敏感波段,可通過增加單個(gè)增益模塊的尺寸來成比例地放大輸出功率,單孔徑功率可達(dá)兆瓦級(jí),設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。缺點(diǎn)是單個(gè)模塊內(nèi)處理的能量非常高,具有一定的危險(xiǎn)性。2015年,二極管泵浦堿金屬激光器輸出功率達(dá)到了14千瓦,累積運(yùn)行超過100分鐘。未來幾年,將向30千瓦沖刺,進(jìn)行120千瓦方案設(shè)計(jì)。

目前,光纖組合激光器和二極管泵浦堿金屬激光器被認(rèn)為是當(dāng)今世界上最有前途發(fā)展成為體積小、重量輕、可機(jī)(車)載的兆瓦級(jí)激光器。

(三)再啟“低功率激光驗(yàn)證機(jī)”

YAL-1A激光攻擊飛機(jī)終止研發(fā)以后,美軍并沒有放棄空基激光反導(dǎo)構(gòu)想,而是將平均功率兆瓦級(jí)的攻擊激光器由氧碘激光器改為了二極管泵浦堿金屬激光器或光纖合成激光器,將載機(jī)由波音747-400F改成了高空長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī),以融合無人機(jī)和定向能兩方面技術(shù)優(yōu)勢(shì)。這種想法早在2001年阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí),在無人機(jī)技術(shù)不斷成熟的情況下,就產(chǎn)生了,并一直大力推進(jìn)。

2009年4月,美空軍進(jìn)行了MQ-9“死神”無人機(jī)攜帶多光譜瞄準(zhǔn)系統(tǒng)MTS-B跟蹤彈道導(dǎo)彈發(fā)射的試驗(yàn)。2011年,美國(guó)國(guó)防部導(dǎo)彈防御局啟動(dòng)“定向能研究”項(xiàng)目,每年安排預(yù)算,開展高空長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)激光探測(cè)、助推段彈道導(dǎo)彈攔截的研究。2015年2月,美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局和空軍研究實(shí)驗(yàn)室支持的機(jī)載高能激光武器“航空自適應(yīng)激光波束控制”炮塔已經(jīng)完成8次飛行測(cè)試。

2016年8月,隨著固體激光技術(shù)、激光光束控制技術(shù)、紅外探測(cè)技術(shù)等不斷進(jìn)步,美國(guó)國(guó)防部導(dǎo)彈防御局正式提出了“低功率激光驗(yàn)證機(jī)”項(xiàng)目,并發(fā)布“意見征詢書”,尋求運(yùn)用新的途徑將高效緊湊的激光武器集成到高空長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)上的可行方案,計(jì)劃2020年前開展裝機(jī)試飛,2021年前完成目標(biāo)捕獲跟蹤、精確瞄準(zhǔn)、任務(wù)激光器穩(wěn)定性和殺傷能力的演示試驗(yàn),最后與現(xiàn)有反導(dǎo)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合作戰(zhàn)概念驗(yàn)證,2023年左右完成。

項(xiàng)目的主要開發(fā)內(nèi)容,開發(fā)1個(gè)100瓦的低功率代理激光器,1個(gè)千瓦級(jí)的跟蹤激光器和1個(gè)功率可達(dá)150千瓦的任務(wù)激光器。激光器電光效率>40%,系統(tǒng)重量和體積要非常低。高空長(zhǎng)航時(shí)無人機(jī)飛行高度約2萬米,留空時(shí)間36小時(shí)以上,巡航速度0.45馬赫;有效載荷最低2268千克、最高5670千克,可支持1~2米口徑光學(xué)有效載荷;能為激光器提供140~280千瓦的電能,供電時(shí)間不少于30分鐘;具備低震動(dòng)特性,角位移小于50毫弧度;具備地面持續(xù)控制能力。

“低功率激光驗(yàn)證機(jī)”的研發(fā),將使激光器、探測(cè)器、光束控制系統(tǒng)、處理器、電源和熱管理系統(tǒng)與高空無人機(jī)載平臺(tái)集成技術(shù),跟蹤激光器防區(qū)外遠(yuǎn)程捕獲、跟蹤和鎖定目標(biāo)的能力,代理高能激光器的瞄準(zhǔn)和穩(wěn)定精度,任務(wù)激光器的遠(yuǎn)距離作戰(zhàn)效能,在現(xiàn)有反導(dǎo)系統(tǒng)中的作戰(zhàn)概念,等等,都能得到有效驗(yàn)證,標(biāo)志著美軍機(jī)載固體激光反導(dǎo)武器已開始從基礎(chǔ)科學(xué)研究向工程化開發(fā)邁進(jìn),將為后期過渡到研發(fā)高功率機(jī)載激光反導(dǎo)武器,提供必要的技術(shù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和作戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn),奠定基礎(chǔ)。未來,將按比例提高固態(tài)激光武器的輸出能量水平,達(dá)到可用于助推段反導(dǎo)的程度。


無人機(jī)攜帶多光譜瞄準(zhǔn)系統(tǒng)MTS-B跟蹤彈道導(dǎo)彈發(fā)射的試驗(yàn)


二、發(fā)展動(dòng)因

(一)應(yīng)對(duì)彈道導(dǎo)彈四起,謀求戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)

攻與防是相伴而生的兩件事。上世紀(jì)40年代末,美國(guó)和蘇聯(lián)開始異常激烈的軍備競(jìng)賽,大力發(fā)展核武器及其運(yùn)載工具彈道導(dǎo)彈、轟炸機(jī)、潛艇。這時(shí),反導(dǎo)裝備的發(fā)展也分別在美蘇兩國(guó)開始了,目的都是試圖既擁有無堅(jiān)不摧的進(jìn)攻性核力量,同時(shí)又擁有堅(jiān)不可摧的戰(zhàn)略防御能力。

上世紀(jì)70年代,美國(guó)一邊和蘇聯(lián)簽署《限制反彈道導(dǎo)彈系統(tǒng)條約》,一邊發(fā)展機(jī)載激光武器。80年代,美國(guó)提出“星球大戰(zhàn)”發(fā)展設(shè)想。90年代,蘇聯(lián)解體,俄羅斯陷入經(jīng)濟(jì)困難,而此時(shí),美國(guó)的反導(dǎo)技術(shù)日趨成熟,于是在2001年斷然宣布退出《限制反彈道導(dǎo)彈系統(tǒng)條約》,趁俄羅斯內(nèi)亂之機(jī),幾年內(nèi)一舉發(fā)展成功中段和末端反導(dǎo)體系,打破了美俄間的戰(zhàn)略平衡。

2005年以后,隨著經(jīng)濟(jì)的不斷恢復(fù),俄羅斯又大力開始了彈道導(dǎo)彈的升級(jí)換代,嚴(yán)重破壞了美國(guó)業(yè)已建立的反導(dǎo)能力。特別是近些年,彈道導(dǎo)彈技術(shù)不斷擴(kuò)散,擁有彈道導(dǎo)彈的國(guó)家不斷增多,美國(guó)不時(shí)感到有彈道導(dǎo)彈的威脅,美國(guó)的全球霸權(quán)受到了嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

美國(guó)一邊加快彈道導(dǎo)彈升級(jí)換代,一邊不遺余力發(fā)展更加高效的空基激光反導(dǎo)能力,目的就是要建立更加強(qiáng)大的攻防兼具的戰(zhàn)略優(yōu)勢(shì)。

(二)完善反導(dǎo)體系,搶占反導(dǎo)技術(shù)制高點(diǎn)

美國(guó)反導(dǎo)體系雖說是目前世界最先進(jìn),但還不能說已完善。其中,中段高層反導(dǎo)系統(tǒng)GMD攔截成功率不高,只有50%左右。中段低層反導(dǎo)系統(tǒng)“標(biāo)準(zhǔn)”-3在34次攔截試驗(yàn)中只成功28次。末段高層反導(dǎo)系統(tǒng)“薩德”的攔截成功率較高,在15次測(cè)試中15次成功,但針對(duì)的都是中程以下的彈道導(dǎo)彈,對(duì)戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈的攔截還是個(gè)未知數(shù)。

在不能保證對(duì)來襲導(dǎo)彈有100%的攔截成功率的情況下,再建起機(jī)載激光初段反導(dǎo)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)初、中、末三段相互補(bǔ)充的反導(dǎo)體系,可大大提高美軍反導(dǎo)攔截的成功率。

特別是目前動(dòng)能反導(dǎo)技術(shù)不斷擴(kuò)散,不僅像俄羅斯這樣的大國(guó)反導(dǎo)裝備技術(shù)迅速崛起,其他如以色列、印度、韓國(guó)、伊朗等國(guó)家也在不斷發(fā)展。你無我有,你有我優(yōu)。美軍大力發(fā)展無人空基激光反導(dǎo)武器,就是要搶占反導(dǎo)技術(shù)制高點(diǎn),保持絕對(duì)領(lǐng)先。

美國(guó)無人機(jī)機(jī)載激光初段反導(dǎo)示意圖


(三)初段反導(dǎo)好處多,無人機(jī)結(jié)合激光武器更適合

助推段反導(dǎo)優(yōu)勢(shì)很多,導(dǎo)彈脆弱,紅外信號(hào)強(qiáng),速度慢,尚未釋放干擾,易被探測(cè)攔截。彈頭和彈體尚未分離,擊落的導(dǎo)彈殘骸碎片都落在敵國(guó)境內(nèi),不會(huì)給防御方帶來任何的附帶損傷。

但助推段攔截難度也是十分突出,發(fā)動(dòng)機(jī)助推時(shí)間平均在3~5分鐘,攔截時(shí)間窗口極短。動(dòng)能攔截彈射程有限,飛行時(shí)間又很長(zhǎng),如果用動(dòng)能攔截彈進(jìn)行初段反導(dǎo),攔截系統(tǒng)必須距離導(dǎo)彈發(fā)射地很近,這無論在技術(shù)上還是戰(zhàn)術(shù)上,都很難實(shí)現(xiàn)。

激光武器就不一樣了。激光以光速傳播,時(shí)間可忽略不計(jì);打擊精度高,能將光束瞄準(zhǔn)在彈道導(dǎo)彈的某一點(diǎn)上射擊,每次射擊持續(xù)時(shí)間3~5秒;激光反導(dǎo)成本低,特別是固體激光反導(dǎo)每次射擊成本更低,只有不到1美元;可短時(shí)間內(nèi)對(duì)不同方向的目標(biāo)進(jìn)行連續(xù)打擊。機(jī)載激光武器機(jī)動(dòng)性強(qiáng),針對(duì)一個(gè)國(guó)家的不同目標(biāo),或針對(duì)不同國(guó)家,可隨時(shí)機(jī)動(dòng)、快速反應(yīng)。無人機(jī)無人駕駛,沒有人員傷亡之憂,可執(zhí)行滲透打擊。

(四)激光武器技術(shù)不斷突破,新希望不斷出現(xiàn)

東方不亮西方亮。在化學(xué)氧碘激光器的發(fā)展遇到難以克服的困難之時(shí),固體激光器的研發(fā)露出了一線曙光。

近些年,以光纖組合激光器和二極管泵浦堿金屬激光器為代表的固體激光器,在功率、重量、波束質(zhì)量和可擴(kuò)展性等方面,都取得了一系列突破性進(jìn)展。

固體激光器輸出功率雖然不比氧碘激光器,但卻具有可實(shí)現(xiàn)低質(zhì)量功率比、模塊化制造、無需復(fù)雜的安全措施和后勤保障等優(yōu)勢(shì),已成為激光武器發(fā)展的希望,美軍重點(diǎn)關(guān)注的前沿技術(shù)。

無人機(jī)激光反導(dǎo)示意圖


三、希望與挑戰(zhàn)

美軍激光武器化應(yīng)該是不遠(yuǎn)的事了,實(shí)現(xiàn)無人機(jī)載激光助推段反導(dǎo)大有希望。這主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面。

一是體現(xiàn)在美軍固體激光武器的研發(fā)進(jìn)步十分迅速。

美陸軍短短幾年已成功試驗(yàn)5千瓦、10千瓦車載、機(jī)載激光武器,2017年3月又接收了洛·馬公司交付的60千瓦激光器,還計(jì)劃2022年試驗(yàn)100千瓦激光器。

美海軍已將30千瓦級(jí)的光纖組合激光器加裝到了“龐塞”號(hào)兩棲運(yùn)輸艦上,在氣象條件良好的情況下,激光器的殺傷距離能達(dá)到10公里左右。2017年7月,美國(guó)海軍運(yùn)用該激光器成功擊落1架無人機(jī)。美國(guó)海軍又開始研發(fā)“高能激光與綜合光學(xué)殺傷監(jiān)視系統(tǒng)”,高能激光器穩(wěn)定輸出功率可達(dá)60~150千瓦,2020年交付。

美空軍正在開展“下一代緊湊型環(huán)境下激光改進(jìn)”,研發(fā)小型光纖合成激光器,打算20年后將激光器集成到戰(zhàn)斗機(jī)上。


美空軍研究實(shí)驗(yàn)室擬將激光武器加裝到戰(zhàn)斗機(jī)上的構(gòu)想


二是體現(xiàn)在無人機(jī)技術(shù)發(fā)展勢(shì)頭十分強(qiáng)勁。

美軍無人機(jī)載反導(dǎo)激光武器的基本運(yùn)用思路是,無人機(jī)攜載高功率激光武器進(jìn)行滲透式打擊,對(duì)液體火箭助推的彈道導(dǎo)彈最遠(yuǎn)能在600公里的距離上有效摧毀,對(duì)固體火箭助推的彈道導(dǎo)彈最遠(yuǎn)能在300公里的距離上有效摧毀,而這樣做的首要條件就是無人機(jī)的隱身能力。美軍在飛機(jī)隱身技術(shù)上最先進(jìn),到2030年,隨著美軍下一代戰(zhàn)略轟炸機(jī)B-21的研發(fā)成功,美軍飛機(jī)全向全頻譜隱身能力將有突破。

雖然美軍無人機(jī)載激光反導(dǎo)武器的發(fā)展已經(jīng)不是空中樓閣、可以期待,特別是通過“低功率激光驗(yàn)證機(jī)”的開發(fā),一系列相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)還將有進(jìn)一步突破,但要走到反導(dǎo)程度,路還很長(zhǎng),面臨的挑戰(zhàn)還相當(dāng)嚴(yán)峻。

一是要解決固態(tài)激光器“三高”和“三小”等問題。

所謂“三高”,是指高功率、高效率、高光束質(zhì)量。激光功率要達(dá)到3兆瓦左右,對(duì)液體助推彈道導(dǎo)彈的射程要達(dá)到600公里左右,可連續(xù)射擊40次,每次輻射目標(biāo)3~5秒。

所謂“三小”,是指小尺寸、小質(zhì)量和小功耗。重量要在5噸以下,質(zhì)量功率比要低于5千克/千瓦,最終要達(dá)到1~2千克/千瓦。

對(duì)于光纖組合激光器來講,需要提高單個(gè)放大器模塊的輸出功率,改善多光束組合效率,縮小激光陣列和電源尺寸,改進(jìn)冷卻散熱系統(tǒng)等。對(duì)于二極管泵浦堿金屬激光器來講,需要解決功率擴(kuò)展、弱化光束非線性效應(yīng)等問題,解決好模塊比放時(shí)的安全性。

二是要解決無人機(jī)升限、載重、續(xù)航時(shí)間、隱身和震動(dòng)等問題。

無人平臺(tái)飛行高度要在18000米以上,最大有效載荷要在5噸以上,要有36小時(shí)的續(xù)航能力。無人機(jī)升限在18000米以上,才能更好地避開云或大氣帶給激光的吸收、干擾。“全球鷹”升限可達(dá)19850米,但最大載重量卻只有1.36噸,還滿足不了要求。

無人機(jī)要有高隱身能力。擁有戰(zhàn)略彈道導(dǎo)彈的國(guó)家多為大國(guó),國(guó)土面積較大,而彈道導(dǎo)彈又大多隱藏在國(guó)土腹地,要有效對(duì)其實(shí)施打擊,無人機(jī)必須可以戰(zhàn)略深入、靠近目標(biāo)、長(zhǎng)時(shí)間留空待戰(zhàn),否則沒有足夠的反應(yīng)時(shí)間和殺傷能量。這樣,隱身和長(zhǎng)時(shí)間留空就成了無人機(jī)的關(guān)鍵問題。而隱身、體量、任務(wù)載荷、飛行高度和留空時(shí)間幾個(gè)因素,又總是矛盾的。

無人機(jī)要具備低震動(dòng)特性,角位移要小于50毫弧。高能激光雖可在“極短時(shí)間內(nèi)”殺傷目標(biāo),但也有前提條件,那就是激光光束可以在“極短時(shí)間內(nèi)”穩(wěn)定瞄準(zhǔn)照射。而無人機(jī)的飛行,發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn),外部環(huán)境的影響,都將使無人機(jī)時(shí)刻處于震動(dòng)之中,而這種震動(dòng)帶給激光武器的影響不能消除,將嚴(yán)重影響光束控制和高精度跟瞄照射。這方面,美軍雖有了較多的技術(shù)積累,但在進(jìn)行激光光束控制技術(shù)的進(jìn)一步研究時(shí),還需深入開展載機(jī)處于實(shí)際動(dòng)態(tài)環(huán)境中的激光武器高減振致穩(wěn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究,開展高精度隨動(dòng)跟蹤技術(shù)研究,研制新的更加精密的瞄準(zhǔn)與跟蹤系統(tǒng)。


美國(guó)戰(zhàn)機(jī)使用激光武器空戰(zhàn)示意圖


四、特點(diǎn)與啟示

(一)要有戰(zhàn)略眼光,突出發(fā)展機(jī)載激光反導(dǎo)防御先手

激光具有改變戰(zhàn)爭(zhēng)形態(tài)的巨大潛力,一旦武器化將對(duì)作戰(zhàn)樣式產(chǎn)生顛覆性影響,誰先把握,誰就掌握了未來戰(zhàn)爭(zhēng)致勝的主動(dòng)權(quán)。特別是當(dāng)前,彈道導(dǎo)彈裝備技術(shù)的擴(kuò)散不斷加速,不但大國(guó)擁有,一些小國(guó)也想方設(shè)法發(fā)展,甚至一些非國(guó)家行為體也開始運(yùn)用,世界面臨彈道導(dǎo)彈的威脅日益加重。對(duì)此,強(qiáng)調(diào)發(fā)展動(dòng)能反導(dǎo)手段的同時(shí),也要把機(jī)載激光反導(dǎo)裝備的發(fā)展擺在突出位置。

美軍機(jī)載激光武器化的進(jìn)程不斷加速,最終實(shí)現(xiàn)反導(dǎo)應(yīng)該是必然的結(jié)果。屆時(shí),具有機(jī)載激光反導(dǎo)能力的國(guó)家將是極個(gè)別的,國(guó)際的戰(zhàn)略平衡將嚴(yán)重傾斜。魔高一尺,道高一丈。有進(jìn)攻,也必能找到防御方法。要加強(qiáng)防激光武器的技術(shù)方法研究,做到攻防雙輪驅(qū)動(dòng),建立防御先手。

目前,洲際彈道導(dǎo)彈推進(jìn)階段所需的平均時(shí)間為3~5分鐘,俄羅斯已開始通過改用新的速燃燃料,研制并裝備縮短導(dǎo)彈發(fā)射助推段時(shí)間,減小被紅外搜索跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)、被反導(dǎo)系統(tǒng)攔截的可能。有的國(guó)家開始試驗(yàn)在彈道導(dǎo)彈外表涂覆反射激光涂層,以大量反射激光光束能量。還有的設(shè)想是讓導(dǎo)彈彈體旋轉(zhuǎn),以破壞激光光束的穩(wěn)定瞄準(zhǔn)與照射。

(二)要有長(zhǎng)遠(yuǎn)準(zhǔn)備,將成功放在幾十年之后

美國(guó)空軍1976年就開啟了美國(guó)第一代空基激光實(shí)驗(yàn)室計(jì)劃,研發(fā)功率為0.5兆瓦的NKC-135二氧化碳高能激光武器飛機(jī)。1983年4月,該機(jī)在先后的測(cè)試中曾擊落5枚AIM-9B“響尾蛇”空空導(dǎo)彈和1架BQM-34A“火峰”靶機(jī)。1983年,時(shí)任美國(guó)總統(tǒng)里根提出“星球大戰(zhàn)”發(fā)展計(jì)劃,機(jī)載激光反導(dǎo)武器就是其中重要部分。1996年開始工程化研制YAL-1A激光攻擊飛機(jī),今天又在開展“低功率激光驗(yàn)證機(jī)”計(jì)劃。

美軍機(jī)載激光反導(dǎo)武器距離實(shí)用程度還有很長(zhǎng)的路要走,雖然探索之路十分曲折、困難重重,但美軍卻不在乎一時(shí)一事的成敗,仍沒有看到美軍放松發(fā)展的念頭,而是越投入越頻密,把目光放到幾十年甚至百年之后,堅(jiān)信經(jīng)過不懈探索,激光是可以發(fā)展成實(shí)用的武器,產(chǎn)生巨大的軍事價(jià)值的。

機(jī)載激光反導(dǎo)裝備技術(shù)的發(fā)展,難度大、周期長(zhǎng)、成功率低,不會(huì)一蹴而就。美軍在激光反導(dǎo)領(lǐng)域的不斷突破、漸漸露出曙光,與軍方持續(xù)推動(dòng)、各方積極探索直接相關(guān)。這也啟示人們,對(duì)于具有巨大潛在軍事價(jià)值的技術(shù),一定要有幾十年甚至百年的安排,要有幾代人、十幾代人搞成一件事的決心。

(三)多路徑探索,多方參與,包容失敗

科技的發(fā)展歷來都不是坦途,歷來都與失敗、坎坷相伴,特別是像激光武器這種前沿高新技術(shù)。所以,要領(lǐng)先掌握未來戰(zhàn)爭(zhēng)制勝手段,贏得未來戰(zhàn)爭(zhēng)主動(dòng)權(quán),對(duì)有廣泛前景的高科技前沿武器裝備的研發(fā)必須要大膽探索,不怕失敗,甚至不惜大膽試錯(cuò)。

美軍最初的地基激光武器因無法克服粉塵、霧霾、風(fēng)雨的干擾消耗,曾被國(guó)會(huì)嘲笑為“距離出口一米,連一個(gè)白熾燈都點(diǎn)不亮”。于是,美軍又將激光武器搬到了波音747上,但任何一個(gè)大國(guó)都不可能讓這樣一個(gè)龐然大物深入自己境內(nèi)肆意妄為,最后還是下馬了。但美軍并未就此止步,而是繼續(xù)投入發(fā)展無人隱身平臺(tái)。

試錯(cuò)也是收獲。YAL-1A激光攻擊飛機(jī)雖然下馬了,但也取得了很多寶貴的經(jīng)驗(yàn),如掌握了液態(tài)機(jī)載激光武器技術(shù)、光束控制技術(shù)、能源制備技術(shù)等,為美國(guó)后續(xù)機(jī)載激光武器發(fā)展打下了基礎(chǔ)。

廣開思路,多路徑探索,可創(chuàng)造“東方不亮西方亮”的意外驚喜。幾十年來,美軍十分支持軍內(nèi)外研究實(shí)驗(yàn)室和各大軍工企業(yè)或就激光武器系統(tǒng),或就系統(tǒng)中的某項(xiàng)技術(shù),或就液態(tài)激光器,或就固態(tài)激光器,開展研究實(shí)驗(yàn),取得了良好效果。

(四)穩(wěn)扎穩(wěn)打、步步為營(yíng),由低到高扎實(shí)推進(jìn)

像激光武器這種高科技前沿武器裝備的發(fā)展,必然是人力、物力、財(cái)力耗費(fèi)巨大,風(fēng)險(xiǎn)極高。所以,任何有關(guān)項(xiàng)目的開展,既要大膽,也要慎重,要有嚴(yán)格的論證研究,要有扎實(shí)的前期準(zhǔn)備,否則會(huì)帶來極大的損失。

YAL-1A激光攻擊飛機(jī)研發(fā)項(xiàng)目的立項(xiàng)就很不充分,技術(shù)儲(chǔ)備也不充足,也沒有充分估計(jì)可能遇到的困難,特別是氧碘化學(xué)激光器小型化問題事先沒有解決方案,所以造成損失也是必然。

在YAL-1A激光攻擊飛機(jī)下馬后,美軍吸取了教訓(xùn),及時(shí)調(diào)整技術(shù)路線,轉(zhuǎn)而采取“兩步走”的戰(zhàn)略,按逐步攻關(guān)、分階段推進(jìn)、按比例放大的方法,大力推動(dòng)無人機(jī)載固態(tài)激光反導(dǎo)武器發(fā)展,先研發(fā)“低功率激光驗(yàn)證機(jī)”,以求先充分掌握千瓦級(jí)無人機(jī)載激光器的制造、目標(biāo)搜索發(fā)現(xiàn)、光束控制/火控、無人機(jī)及無人機(jī)與激光器集成技術(shù),確定最優(yōu)的激光器和無人機(jī)組合,為研發(fā)低重量功率比、小體積功率比、兆瓦級(jí)激光器做充分準(zhǔn)備。


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