據(jù)英國《每日電訊報(bào)》7月19日消息，在美國加利福尼亞西海岸的一次秘密軍事測試中，激光武器首次被用在海軍戰(zhàn)斗行動中，并擊落4架無人機(jī)。整個(gè)實(shí)驗(yàn)最值得關(guān)注的地方就是此次美國采用的是固體大功率激光器。而美國一直以來長期研究的重點(diǎn)是化學(xué)激光器。本文筆者就美國激光反導(dǎo)武器研究情況進(jìn)行介紹，并且對美國由化學(xué)激光器轉(zhuǎn)向固體激光器研究方向的重大影響進(jìn)行分析。

美國化學(xué)激光武器研究情況

激光的意思是“通過受激發(fā)射光擴(kuò)大”，它是一種方向性極好、功率密度極高的光輻射，因而一直以來研制激光武器都是各國努力的方向。

美國激光武器研究的傳統(tǒng)方向是化學(xué)激光器?；瘜W(xué)激光器通俗來說，就是通過化學(xué)反應(yīng)實(shí)現(xiàn)工作物質(zhì)受激，然后發(fā)射激光的激光器。1983年美國推出的“戰(zhàn)略防御倡議”或稱“星球大戰(zhàn)”計(jì)劃，實(shí)質(zhì)上就是一個(gè)全面激光戰(zhàn)略武器系統(tǒng)的研制計(jì)劃。美國陸?？杖姸挤謩e研制和試驗(yàn)了適宜本軍種需要的激光戰(zhàn)術(shù)武器，但是激光器本身都統(tǒng)一采用了化學(xué)激光器。

美國空軍此方面成果尤其奪目，按照戰(zhàn)略戰(zhàn)術(shù)激光器并舉的方針，主要將研制重點(diǎn)放在空基戰(zhàn)略反導(dǎo)激光器和機(jī)載戰(zhàn)術(shù)激光器上?？栈鶓?zhàn)略反導(dǎo)激光器又稱機(jī)載激光武器[ABL]，是美國開發(fā)的一種高能激光武器系統(tǒng)，利用安裝在由波音747-400F飛機(jī)改裝而成的YAL-1A機(jī)頭轉(zhuǎn)塔上的兆瓦級激光器，摧毀來襲的處于助推階段的彈道導(dǎo)彈。ABL采用高能氧碘化學(xué)激光器，激光器的燃料由過氧化氫和過氧化鉀組成，然后與氯氣和水結(jié)合。2009年8月，空基激光反導(dǎo)系統(tǒng)成功模擬攔截了一枚帶有試驗(yàn)用傳感器的靶彈，具有里程碑意義。ABL激光反導(dǎo)系統(tǒng)主要用于戰(zhàn)略防御，而美國空軍另外一個(gè)激光武器研制項(xiàng)目先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)激光系統(tǒng)(ATL)則是完全的激光進(jìn)攻武器。ATL飛機(jī)是波音公司設(shè)計(jì)的，以C-130H“大力士”運(yùn)輸機(jī)為機(jī)體，裝備了化學(xué)激光器、光束控制系統(tǒng)、傳感器和武器系統(tǒng)控制臺，激光旋轉(zhuǎn)炮臺從機(jī)腹伸出，能發(fā)出寬度約10厘米的激光波束，并在15公里的戰(zhàn)術(shù)距離內(nèi)命中地面目標(biāo)。

由于重視基礎(chǔ)研究且有長遠(yuǎn)規(guī)劃，美國的化學(xué)激光器研究逐漸成熟，大多數(shù)系統(tǒng)都已經(jīng)進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，某些系統(tǒng)已經(jīng)即將投入實(shí)際工程應(yīng)用。但是根據(jù)此次美國艦載戰(zhàn)術(shù)激光器的實(shí)驗(yàn)情況來看，美國正打算將研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向固體激光器。

美國為何轉(zhuǎn)而研制固體激光器

激光器產(chǎn)生激光的關(guān)鍵在于激發(fā)反應(yīng)物質(zhì)的離子，使其電子躍遷到高能級，這個(gè)過程被稱為“受激”。受激后離子的電子會返回本身的低能級，這個(gè)過程就會發(fā)射激光?；瘜W(xué)激光器主要是靠化學(xué)反應(yīng)來使工作物質(zhì)受激，這就產(chǎn)生了一連串問題。

化學(xué)激光器本身工作必須消耗“燃料”，也就是受激的工作物質(zhì)，而這些工作物質(zhì)不是在戰(zhàn)場上容易獲得并且易于運(yùn)輸或者保存的，都是封裝于高壓罐中的有毒氣體，而且不同的化學(xué)激光器需要不同的工作物質(zhì)。偏偏化學(xué)激光器本身對于燃料的消耗又比較巨大，比如美國陸軍的“鸚鵡螺”反火箭激光器實(shí)驗(yàn)攔截俄式火箭彈，自身攜帶的燃料只夠50次射擊，ABL攜帶的燃料只能發(fā)射20-40次就必須重新補(bǔ)給。因而化學(xué)激光武器的燃料運(yùn)輸、保存和補(bǔ)給加重了后勤負(fù)擔(dān)。人們希望用于武器的激光器本身可以重復(fù)使用并且其能源或者原料容易取得，而固體激光器本身可重復(fù)使用而且不需要任何燃料，只需要一種戰(zhàn)場上很容易取得的能源——電能。也就是說，只要你有一臺功率足夠的發(fā)電機(jī)，固體激光器就可以不間歇地進(jìn)行反導(dǎo)或者反衛(wèi)星任務(wù)，這個(gè)持續(xù)作戰(zhàn)能力確實(shí)相當(dāng)誘人。尤其是執(zhí)行戰(zhàn)術(shù)反導(dǎo)的激光器一旦因?yàn)槿剂喜蛔阒袛?，就意味著自己的士兵完全暴露在敵方?dǎo)彈和火箭彈的火力之下，更強(qiáng)調(diào)持續(xù)力。

另外，化學(xué)激光器的化學(xué)反應(yīng)是有廢物和廢熱產(chǎn)生的。空基和?；す馄鲝U物處理相對麻煩，尤其是空基平臺就算是有足夠的燃料用于發(fā)射激光，但是如果廢物處理系統(tǒng)已經(jīng)飽和，就會喪失獨(dú)立作戰(zhàn)能力。?；脚_由于軍艦空間較大，廢物問題并不明顯。陸基平臺雖然可以將廢物經(jīng)過封裝后丟棄，但是依然需要后勤把廢物運(yùn)輸至指定地點(diǎn)徹底處理?？栈秃；脚_由于空間較大，可以采用液體循環(huán)冷卻等方式對激光發(fā)射器的廢熱進(jìn)行及時(shí)冷卻。但是對于陸基平臺而言，液冷或者復(fù)雜氣冷系統(tǒng)就過于奢侈了。冷卻系統(tǒng)復(fù)雜的管路會徹底讓陸基平臺喪失機(jī)動性，這也是目前陸軍戰(zhàn)術(shù)反導(dǎo)激光器需要六輛車輛才能拼裝成整個(gè)系統(tǒng)的原因之一。而處理不當(dāng)?shù)膹U熱則會造成自身紅外特性明顯，戰(zhàn)場上生存概率降低。

固體激光器則沒有上述麻煩，與化學(xué)激光器最大的區(qū)別在于工作物質(zhì)。固體激光器的工作物質(zhì)是把能產(chǎn)生受激發(fā)射作用的金屬離子摻入晶體而制成的用電為能源的激發(fā)光源照射工作物質(zhì)，工作物質(zhì)中的金屬離子因此受激而釋放激光。如果系統(tǒng)能夠承受發(fā)射激光的功率，只要電源供電，激光器就可以持續(xù)發(fā)射，并且工作物質(zhì)可以重復(fù)使用，不需要燃料，沒有廢物產(chǎn)生，基本避免了化學(xué)激光器的先天弊病。不過在深知固體激光器優(yōu)點(diǎn)的情況下，美國一直進(jìn)行化學(xué)激光器研究，主要因?yàn)楣腆w激光器功率提升較難，目前其發(fā)射激光功率可以滿足戰(zhàn)術(shù)反導(dǎo)的需要，但是無法滿足戰(zhàn)略反導(dǎo)和反衛(wèi)星的需要。

經(jīng)過在化學(xué)激光器研究方面幾十年的磨練，美國對于激光產(chǎn)生機(jī)理和激光波束質(zhì)量控制等方面的認(rèn)識逐漸成熟。美國防部高能激光聯(lián)合技術(shù)辦公室集中了各軍種和一些軍事機(jī)構(gòu)的人力和財(cái)力，于2002年9月開始實(shí)施“聯(lián)合高功率固體激光器”(JHP固體激光器)計(jì)劃。當(dāng)時(shí)的計(jì)劃是在2007年(后來推遲到2008年)演示驗(yàn)證平均功率100千瓦的固體激光器對10公里射程內(nèi)的目標(biāo)造成硬破壞，最終目標(biāo)是要發(fā)展一種具有高束質(zhì)量的小型、輕量、高平均功率、高脈沖能量的固體激光器，用于執(zhí)行地面短程防空和反導(dǎo)、軍艦自衛(wèi)(反巡航導(dǎo)彈)和機(jī)載平臺的精確打擊任務(wù)。

JHP固體激光器計(jì)劃分三個(gè)階段。第一階段14個(gè)月由海軍管理，將探索如何同時(shí)獲得高功率和高束質(zhì)激光而降低技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)，通過開展模擬、分析設(shè)計(jì)等一系列工作，探尋降低風(fēng)險(xiǎn)的途徑和技術(shù)，為建立大功率運(yùn)行機(jī)制打下扎實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。第二階段12個(gè)月(后延長了12個(gè)月)由空軍管理，將利用這些技術(shù)研制平均輸出功率25千瓦的固體激光器，而且探索放大到100千瓦。第三階段36個(gè)月(初始計(jì)劃到2008年)由陸軍管理，目標(biāo)是將25千瓦固體激光器定標(biāo)放大到100千瓦，并能最終集成進(jìn)作戰(zhàn)平臺。

在2005年，第一和第二階段的工作已經(jīng)結(jié)束，4種不同的技術(shù)和方案經(jīng)過激烈競爭，最終諾格公司和達(dá)信公司勝出，分別獲得5670萬和1000萬美元合同，從2006年開始研制100千瓦激光器，期限3年。而最近試驗(yàn)的艦載反導(dǎo)固體激光器的研制廠商雷神公司并沒有贏得競爭?，F(xiàn)在達(dá)信公司和諾格公司都處于整個(gè)計(jì)劃的第三階段。雷神公司退出這個(gè)計(jì)劃后，則與海軍共同開發(fā)艦載戰(zhàn)術(shù)反導(dǎo)激光器并取得階段性成功。

美國研制激光武器的重要影響與啟示

從武器殺傷理論的層面來說，激光武器是現(xiàn)在惟一能夠做到直接能量殺傷的武器系統(tǒng)。冷兵器時(shí)代到熱兵器時(shí)代，雖然武器有質(zhì)的飛躍，但是依然沒有擺脫需要能量中介進(jìn)行殺傷能量傳遞的殺傷模式。比如，刀劍需要將人力轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，再通過武器的動能作用于目標(biāo)以實(shí)現(xiàn)殺傷，而熱兵器時(shí)代的槍炮也是將火藥的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動能，通過具有動能的彈頭來實(shí)現(xiàn)殺傷能量的傳遞。而激光武器則是直接發(fā)射殺傷能量(光能)作用于目標(biāo)，減少了能量轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)，意味著整體系統(tǒng)效率的提升，因?yàn)槊總€(gè)轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)都有能量的浪費(fèi)。激光在大氣中傳播，其衰減基本源于大氣的吸收和空氣分子的反射折射，這與槍彈面對的超音速飛行的巨大的空氣阻力相比，是相當(dāng)小的能量損失代價(jià)。雖然目前激光器本身將化學(xué)能或者電能轉(zhuǎn)化為光能的效率還有待提高，但是目前的實(shí)驗(yàn)已經(jīng)表明激光是一種高效直接的武器系統(tǒng)，必將開創(chuàng)一個(gè)革命性的戰(zhàn)爭態(tài)勢。

從戰(zhàn)略武器運(yùn)用角度來說，激光反導(dǎo)反衛(wèi)星武器完全不存在導(dǎo)彈反導(dǎo)反衛(wèi)星武器運(yùn)用上的復(fù)雜性，其主要研制難度在于產(chǎn)生高質(zhì)量高能量密度的激光，本身武器的運(yùn)用則很簡單，瞄準(zhǔn)直接照射即可，如果有誤差，實(shí)時(shí)就可以修正。而導(dǎo)彈反導(dǎo)反衛(wèi)星武器地面只需要發(fā)射機(jī)構(gòu)，但是運(yùn)載彈頭(或者說是殺傷能量)的導(dǎo)彈就復(fù)雜得多，需要復(fù)雜精密的制導(dǎo)系統(tǒng)、高性能火箭發(fā)動機(jī)和完善的航天測控網(wǎng)絡(luò)，而且一旦脫靶，除了再打一枚之外別無他法，哪有激光武器發(fā)現(xiàn)射偏可以立刻修正的從容?可以說激光戰(zhàn)略武器一旦解決激光的功率密度和光束質(zhì)量問題，就再沒有限制其發(fā)展的關(guān)鍵性技術(shù)問題。ABL空射反導(dǎo)激光器發(fā)射一次激光脈沖僅需要1000美元左右的成本，相比于上千萬美元一枚的反導(dǎo)反衛(wèi)星導(dǎo)彈，可謂是“多快好省”。

從戰(zhàn)術(shù)武器運(yùn)用角度來說，激光武器賦予地面或者海上作戰(zhàn)部隊(duì)進(jìn)行高效反戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的能力。由于火箭彈、反艦導(dǎo)彈飛行目標(biāo)小，速度快，高度低，常規(guī)末端反導(dǎo)系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間嚴(yán)重受限，對于無制導(dǎo)系統(tǒng)的火箭彈還可以有效應(yīng)付，但是對于可進(jìn)行規(guī)避機(jī)動的先進(jìn)反艦導(dǎo)彈就有些力不從心了。激光戰(zhàn)術(shù)反導(dǎo)武器完全不存在類似問題，只要系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，哪怕是還未精確瞄準(zhǔn)都可以先發(fā)射再說，然后再進(jìn)行實(shí)時(shí)修正，并且由于激光是光速傳輸，完全不用估算提前量瞄準(zhǔn)，整個(gè)反導(dǎo)火控系統(tǒng)復(fù)雜程度都可以大大降低。而且固體激光器在電能充足的情況下，有理論上無限的持續(xù)作戰(zhàn)能力，可以大大提高整個(gè)艦隊(duì)對抗反艦導(dǎo)彈飽和攻擊的能力。在目前反艦導(dǎo)彈對于激光武器尚無有效反制措施的條件下，成建制使用戰(zhàn)術(shù)反導(dǎo)激光器可以達(dá)到戰(zhàn)略級別的作戰(zhàn)效果。根據(jù)此次試驗(yàn)擊落四架無人機(jī)靶機(jī)的情況來看，美國已經(jīng)從測試激光器功率和光束質(zhì)量的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)進(jìn)步到了測試反導(dǎo)激光器戰(zhàn)術(shù)性能的新階段。預(yù)計(jì)2016年左右，這種系統(tǒng)可以完全滿足實(shí)戰(zhàn)要求。

為了應(yīng)對美國在戰(zhàn)術(shù)反導(dǎo)激光器方面的階段性進(jìn)展，中國適時(shí)進(jìn)行自己的固體激光器研究實(shí)屬必然。美國進(jìn)行重大科學(xué)項(xiàng)目研究的經(jīng)驗(yàn)非常值得我國吸取。第一是資金向基礎(chǔ)研究傾斜。雖然基礎(chǔ)科學(xué)研究離最終武器戰(zhàn)斗力實(shí)現(xiàn)差距很遠(yuǎn)，但這是全面掌握武器基本原理和進(jìn)行項(xiàng)目論證的理論基礎(chǔ)，不能因?yàn)闀簳r(shí)看不到成功的價(jià)值就荒廢。第二是為整個(gè)項(xiàng)目制定一個(gè)長遠(yuǎn)規(guī)劃。美國自從1969年就開始激光武器研究，一直到今年戰(zhàn)術(shù)激光器才達(dá)到接近實(shí)用的水平，沒有長時(shí)間的堅(jiān)持和科學(xué)的規(guī)劃，這種龐大復(fù)雜的科研工程是不可能從構(gòu)想走到實(shí)用的。第三是在整個(gè)科研計(jì)劃中，從基礎(chǔ)研究到最終試驗(yàn)，每個(gè)階段都分割成不同的項(xiàng)目讓不同軍種和單位分別研制和競爭。這樣既可以打好相關(guān)研究的底子，也避免了把雞蛋放在同一個(gè)籃子里，同時(shí)也兼顧了各方面的利益。第四是關(guān)鍵性科研項(xiàng)目一定要有一個(gè)權(quán)威級別的機(jī)構(gòu)統(tǒng)籌和組織，比如美國防部高能激光聯(lián)合技術(shù)辦公室。我國也可以考慮建立國家級激光重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室來統(tǒng)領(lǐng)和引導(dǎo)整個(gè)科研體系進(jìn)行激光技術(shù)研究。

面對美國激光器的挑戰(zhàn)，應(yīng)該進(jìn)行激光武器系統(tǒng)性對抗。目前導(dǎo)彈對抗激光照射的措施主要是采用快速蒸發(fā)涂料，在受到激光照射時(shí)快速蒸發(fā)，吸收激光帶來的高功率熱能，防止激光的能量傳遞到導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)部件上或者減輕對導(dǎo)彈損傷的程度。以上只是一個(gè)簡單方法，類似系統(tǒng)對抗手段需大力研究。另外，面對美國轉(zhuǎn)向固體激光器研制的趨勢，我國可以適時(shí)跳過化學(xué)激光器研制階段，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展。