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  2. 第3668期   20210525
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外国主要机载高能激光武器发展情况

B-1B战略轰炸机载“高能液体激光区域防御系统”设想图。以色列国防部,安装在通用无人机机头的高能激光武器。  早期“猎鹰-梯队”项目所用的飞机上的标志,“猎鹰-梯队”的激光束射向哈勃太空望远镜。

陈珊珊
  机载高能激光武器由于平台搭载空间有限、面临着克服自身和气流振动等技术挑战,与海上、地面高能激光武器相比,发展进度较慢。部分国家以海上或地面现有高能激光武器为基础开发机载高能激光武器;部分国家采用先行部署功率相对较低的机载激光武器,之后进行迭代更新的开发方式;多数开发以自卫防御为目的,少数为进攻型武器;虽然机载高能武器具有功率可调、无声无痕打击等特点,但短时间内无法完全代替炸弹、导弹,且距离真正的“光速拦截”还有一定差距。
美国
  (一)“自卫高能激光演示样机”(SHiELD)
  “自卫高能激光演示样机”项目于2015年启动,是由美空军研究实验室主导研制的机载激光武器系统,该武器可为战斗机提供对抗敌机、空空导弹或地空导弹的手段。“自卫高能激光演示样机”包含三个重要组件:洛马公司负责开发的高能激光器,诺格公司负责开发的光束控制系统,波音公司负责开发的激光吊舱
  2019年,美空军研究实验室对“自卫高能激光演示样机”的地面替代样机“演示验证激光武器系统”(DLWS,激光功率达数十千瓦,美方未透露具体数据)开展空空导弹拦截试验,以明确激光对目标的物理作用;对波音公司正在开发的与“自卫高能激光演示样机”吊舱具有相同外模线的吊舱开展F-15战斗机挂飞试验,以测试振动、重力及其他环境因素对武器性能的影响。
  2021年2月底,波音公司交付吊舱,其余两个组件预计于2021年7月前交付。原计划2021年开展的首次飞行演示,因技术问题等因素延迟,预计于2024年开展整个系统的试验。洛马公司目前开发的激光器主要是光纤激光器,防御距离达1.6千米,该公司为美海军开发的“高能激光与集成光学眩目监视”(HELIOS)系统,激光束功率可达60千瓦以上,即将于2021年在“阿利·伯克”级驱逐舰上部署;诺格公司目前开发的光束控制系统采用自适应光学技术,主要由波前传感器、变形反射镜和控制处理器组成,可对弱湍流效应进行修正。
  (二)AC-130J“炮艇机”载高能激光器
  AC-130J“炮艇机”载高能激光器是美空军特种作战司令部联合美海军水面战中心研发的进攻型高能激光器,预计2022年在AC-130J“炮艇机”上开展机载高能激光武器射击试验。AC-130J满载为82吨,具有对抗和货运特性,美空军特种司令部认定其是搭载激光器的理想平台,为此,还在“炮艇机”内部采用开放式架构的火力支援系统,以随时将激光器集成到AC-130J的指挥和控制系统中。
  激光器研发工作分为两个阶段。第一阶段,美空军特种司令部以早期美海军研究办公室研究用的4千瓦转塔式固态激光器为基础进行改进,以降低成本,并逐步评估完整的激光系统,寻找由于平台自身及周围气流振动而引起的光学和机械抖动的缓解方案,总耗时18个月到24个月。随着研发工作逐步过渡到第二阶段,将在2022年开展60千瓦及以上激光原型机的试验。这一实施方案很可能是美海军水面战中心达尔格伦分部为美空军特种作战司令部设计的。
  虽然60千瓦高能激光器无法整体摧毁大型装备,但可以熔化卫星天线、引爆燃料箱或损坏雷达设备,配合AC-130J挂载的其他炸弹或导弹完成作战任务。
  以色列
2020年,以色列国防部宣布该国在激光拦截器技术方面取得突破,研发的固态激光器能克服大气干扰,从远处瞄准目标并发射稳定光束。以色列国防研究与发展局(DDR&D)还与拉斐尔先进防务系统公司、埃尔比特系统公司合作,开展了三个并行的高能激光武器系统演示项目:集装箱式地面激光武器系统,用于填补“铁穹“防御系统的不足,增强四层防空系统能力;车载激光武器系统,用于保护地面机动部队,防御直接和间接威胁;长航时无人机载激光武器系统,用于对抗发射前或处于助推阶段的导弹。
  以色列国防研究与发展局与工业界合作开发的长航时无人机载激光武器系统,其研发路径可能与美空军研究实验室的“自卫高能激光演示样机“相似,都以地面激光器为研制基础。目前,埃尔比特系统公司对激光器的研制,已从低效的闪光灯泵浦激光器过渡到固态二极管泵浦激光器,电光转换效率已从1%提高到35%。拉斐尔先进防务系统公司已于2020年成功完成“无人机穹”激光反无人机系统的演示验证,探测目标距离超过3.5千米,该系统是一种“端到端”、快速响应的地面反无人机系统,可对目标进行探测、粗略跟踪、精细跟踪,随后通过发射高能激光束烧毁目标关键部件或实施硬摧毁。
  俄罗斯
俄罗斯是较早启动机载激光器研发的国家之一。以A-60飞机为载体的“猎鹰-梯队”(Sokol Echelon)激光器项目,早期用于致盲或眩目敌方卫星传感器,采用二氧化碳激光器;2009年,该项目激光器利用已知卫星上的角反射器,用激光照射了一颗轨道高度为1500千米的日本卫星,以测试激光器的指向系统;2016年,相关研发人员透露,A-60机载激光器可对抗敌方战斗机;2017年,项目主承包方“阿尔马兹-安泰”防空集团(Almaz-Antey)透露,被要求研发既能实施电子干扰,又能直接摧毁在轨卫星的激光器;2020年,别里耶夫设计局发布激光武器载机设计专利,位于驾驶舱后方的水滴形整流罩内安装机载激光器。
  目前,尚无确切信息表明俄罗斯“猎鹰-梯队”项目采用的激光器类型,具体的性能指标、部署时间也未透露,但根据已有信息来看,“猎鹰-梯队”可能是多任务机载激光器。
  英国
英国可能以正在研发的舰载激光武器“龙火”(Dragonfire)为基础,开发“暴风”战斗机载激光武器。2017年,“龙火”激光器项目启动。欧洲导弹集团(MBDA)作为总承包商负责开发指挥与控制系统,英国奎奈蒂克公司(QinetiQ)负责开发光纤激光器,意大利莱昂纳多公司(Leonardo)英国分公司负责开发光束指向器。
  奎奈蒂克公司研发的光纤激光器,使用相干光束合成技术,利用相位锁定形成多个低功率激光源的相干组合,可增加射程,提高大气湍流中的靶激光功率密度;已公开构建并试验的相干合成激光器功率达50千瓦,锁相光束射程超2千米;采用可扩展的体系架构,可根据需要增加激光通路,提供适用于海陆空系统的方案。莱昂纳多公司研发的光束指向器名为“快速转向反射镜”(FSM),采用低吸收涂层技术及特殊镜面结构,以保证不被激光束破坏;执行先“粗略跟踪”、后“精确跟踪”的光束指向步骤;反射镜与采用先进算法的高分辨率高帧率相机配合,使激光在目标移动、存在大气干扰的前提下,仍能精确跟瞄目标;此外,该公司还利用机载“狮头战神”(Miysis)定向红外对抗系统的研发经验,支持光束指向器的开发。
  几点看法
(一)多数机载激光器如美国“自卫高能激光演示样机”、以色列无人机载激光武器等都以自卫防御为目的;少数进攻型机载激光器如美国AC-130J机载高能激光器,由于光束功率不够高,短时间内无法完全代替炸弹、导弹,但其功率可调、无声无痕打击等特点,可以作为传统武器的补充。
  (二)“光速拦截”是机载激光武器相较于传统动力拦截武器的优势之一,但现有的激光技术只能使激光束以光速到达目标,可能还无法以光速对目标实施拦截。在目标点被摧毁前,激光束需要在目标点上停留一段时间,具体时间取决于光束功率、距离、大气条件、目标的性质等变量,因此,机载激光器要真正实现“光速拦截”,还需进一步发展。
  (三)由于研制机载激光武器面临小体积封装、克服振动等技术难题,因此,经费投入高、耗时长,美俄等国机载激光武器研制道路都较为曲折。可采用敏捷开发方式,先行部署最可行的机载激光武器,然后随功率、射程和效能的不断提高,对已部署激光器进行更新迭代。最初部署的激光器可用于试验或培训、收集用户使用反馈,以利于今后的改善策略。激光武器的敏捷开发方式已有先例,美海军的“高能激光与集成光学眩目监视”(HELIOS)系统,最初交付时仅为具有眩目能力的相对低功率激光器,后续可灵活升级到60千瓦以上;美国AC-130J机载高能激光器也有同样的发展之势。