趙彥森 李 強(qiáng) 周 淳

(海軍駐鄭州地區(qū)軍事代表室1) 鄭州 450015)(中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七一三研究所2) 鄭州 450015)

1 引言

現(xiàn)代海戰(zhàn)中,反艦導(dǎo)彈以及空中戰(zhàn)斗機(jī)對(duì)艦艇的生存構(gòu)成了嚴(yán)重威脅?，F(xiàn)有的艦載反導(dǎo)系統(tǒng)已不能滿(mǎn)足要求,尋求新的防空手段迫在眉睫,艦載激光武器以其無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn),便應(yīng)運(yùn)而生[1]。

艦載激光武器是利用其產(chǎn)生的強(qiáng)激光束,在目標(biāo)表面產(chǎn)生極高的功率密度,使其受熱、燃燒、熔融、霧化或汽化,并產(chǎn)生爆震波,以殺傷敵方人員或毀壞目標(biāo),主要用于攻擊掠海飛行的導(dǎo)彈,毀傷導(dǎo)彈或智能型炸彈上的激光電視傳感器,擊落殲擊機(jī)和直升機(jī)等,保護(hù)近海岸或內(nèi)陸部隊(duì)不受非直接殺傷武器的威脅。

艦載激光武器按應(yīng)用范圍可以分為戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)激光武器兩大類(lèi)。艦載戰(zhàn)略激光武器是用于反洲際彈道導(dǎo)彈、反衛(wèi)星等任務(wù)的激光武器[2]。艦載戰(zhàn)術(shù)激光武器可分為軟殺傷和硬殺傷兩種。根據(jù)目前激光武器技術(shù)水平分析,艦載戰(zhàn)術(shù)激光武器(尤其是軟殺傷激光武器)將會(huì)率先投入海戰(zhàn)。本文就艦載激光武器及其發(fā)展?fàn)顩r、發(fā)展趨勢(shì),做進(jìn)一步的研究和探討。

2 艦載激光武器組成及其特點(diǎn)分析

2.1 艦載激光武器組成

艦載激光武器主要由高能激光器、光束控制與發(fā)射系統(tǒng)、高精度跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)等部分組成[3]。高能激光器是艦載激光武器的核心,用于產(chǎn)生高能激光束。目前,各國(guó)研究的高能激光器主要有二氧化碳、化學(xué)、準(zhǔn)分子、自由電子激光器等。而據(jù)美國(guó)海軍研究,波長(zhǎng)為1.6μ m的自由電子激光器最適合應(yīng)用于艦載激光武器。高精度跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)用來(lái)捕獲、跟蹤目標(biāo),引導(dǎo)光束瞄準(zhǔn)發(fā)射,并判定毀傷效果。光束控制與發(fā)射系統(tǒng)的作用是將激光器產(chǎn)生的激光束定向發(fā)射出去,并通過(guò)自適應(yīng)補(bǔ)償校正消除大氣效應(yīng)對(duì)激光束的影響,以保證將高質(zhì)量的激光束聚焦到目標(biāo)上,達(dá)到最佳的破壞效果,其主要部件是高反射率、耐高能激光輻射的大型反射鏡。

激光武器攔截來(lái)襲反艦導(dǎo)彈或戰(zhàn)斗機(jī)的一般過(guò)程如下[3]:首先由遠(yuǎn)程預(yù)警雷達(dá)捕獲、跟蹤目標(biāo),將反艦導(dǎo)彈或飛機(jī)等有關(guān)信息傳給指控系統(tǒng);指控系統(tǒng)將目標(biāo)信息處理后引導(dǎo)高精度跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)捕獲、鎖定、跟蹤目標(biāo),然后引導(dǎo)光束控制與發(fā)射系統(tǒng)有關(guān)部分準(zhǔn)確地對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)。當(dāng)敵方目標(biāo)飛到適當(dāng)位置時(shí),指控系統(tǒng)發(fā)出攻擊指令,啟動(dòng)激光器發(fā)射激光攔截目標(biāo)。

2.2 艦載激光武器的特點(diǎn)

激光武器作為是一種定向能武器,具有以下主要特點(diǎn)[7,9]:

1)光速出擊。激光束以光的速度傳播,即速度為3×108m/s,行進(jìn)時(shí)間可認(rèn)為是零,因此,只要能跟蹤上目標(biāo),激光束即可照射目標(biāo),不必計(jì)算提前量,也不會(huì)由于計(jì)算提前量而造成誤差,而且,出射角不受限制,命中率高,適合于攻擊來(lái)襲的低空或超低空快速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。

2)反應(yīng)靈敏。由于激光束的行進(jìn)時(shí)間和光束質(zhì)量可以認(rèn)為是零,幾乎沒(méi)有慣性,因此,能迅速改變光束方向,頻繁發(fā)射,對(duì)付多個(gè)目標(biāo)。

3)機(jī)動(dòng)性強(qiáng)。艦載激光武器相比于陸基激光武器,攻擊敵方目標(biāo)或太空衛(wèi)星后,可機(jī)動(dòng)地行使于海面,大大降低了武器系統(tǒng)被回?fù)裘械母怕省?/p>

4)射擊精度高。艦載激光武器的目標(biāo)跟蹤瞄準(zhǔn)系統(tǒng)精度高于常規(guī)艦炮火控系統(tǒng)的精度,能夠把單向匯集光束精確地瞄準(zhǔn)跟蹤單一方向,攻擊目標(biāo)群中的任一目標(biāo)或目標(biāo)中的某一部位。

5)殺傷力可調(diào)節(jié)。通過(guò)調(diào)節(jié)激光器的發(fā)射功率和射擊距離,可對(duì)目標(biāo)進(jìn)行不同程度的殺傷,如“軟殺傷”和“硬殺傷”,適應(yīng)不同的海面作戰(zhàn)要求。

但任何武器都不是完美無(wú)缺的,艦載激光武器也不例外,有優(yōu)點(diǎn)也有缺點(diǎn)。其主要缺點(diǎn)有:

在當(dāng)前時(shí)代背景之下，必須借助政府部門(mén)、醫(yī)藥企業(yè)、社會(huì)輿論等多方面、全方位地協(xié)調(diào)發(fā)力，以推動(dòng)醫(yī)藥企業(yè)社會(huì)責(zé)任的最終落實(shí)。

1)殺傷力受射程限制。對(duì)同一激光武器來(lái)說(shuō),當(dāng)射程增大時(shí),因激光束發(fā)散,照射在目標(biāo)上的光斑增大,功率密度減小,從而其殺傷力變?nèi)?尤其對(duì)于用艦載激光武器進(jìn)行反衛(wèi)星作戰(zhàn)。

2)不能全天候工作。激光束經(jīng)大氣傳輸時(shí),大氣狀態(tài)對(duì)其影響較大,尤其是海面潮濕環(huán)境使激光束能量呈指數(shù)衰減,加上大氣湍流使激光束產(chǎn)生抖動(dòng)、散射和位移,使激光武器不能全天候工作,對(duì)激光武器的殺傷力都有相當(dāng)大的影響。

盡管如此,激光武器上艦,其優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)大于其缺點(diǎn)。在現(xiàn)代高技術(shù)海戰(zhàn)中,利用激光武器來(lái)攔截和擊毀大量入侵的低空飛機(jī)、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈以及超低空掠海飛行的巡航導(dǎo)彈等,仍是一種相當(dāng)理想的防空武器。因此,一些發(fā)達(dá)國(guó)家特別是美國(guó)、前蘇聯(lián)及其它西方國(guó)家,都競(jìng)相研制高能激光武器,開(kāi)展激光武器海上試驗(yàn)。

3 艦載激光武器發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 英國(guó)艦載激光眩目照射器

世界上第一種參加實(shí)戰(zhàn)的低能激光武器是英國(guó)研制的激光眩目照射器,其作用是以強(qiáng)激光照射人眼,致使飛行員眩目,甚至失明,迫使敵方駕駛員放棄攻擊使命。此外,該激光武器還能使對(duì)方的光電制導(dǎo)系統(tǒng)失靈。在1982年的英、阿馬島海戰(zhàn)中,英國(guó)曾成功地使用了這種艦載激光眩目照射器。英國(guó)艦載激光眩目照射器據(jù)悉已生產(chǎn)了140多具,主要裝備英國(guó)海軍大中型艦艇,一般在艦橋兩側(cè)安裝1具,但航母上要裝3具。已裝激光眩目照射器的英國(guó)戰(zhàn)艦有:“亞爾古水手”號(hào)護(hù)衛(wèi)艦、“考文垂”號(hào)護(hù)衛(wèi)艦、“華美”號(hào)護(hù)衛(wèi)艦、“林德”級(jí)護(hù)衛(wèi)艦及22型護(hù)衛(wèi)艦等。

盡管外界對(duì)英國(guó)艦載激光眩目照射器議論紛紛,但英方卻一直守口如瓶。從各種報(bào)道中,可大致勾畫(huà)出這種艦載激光眩目器的情況:它由激光發(fā)射器、雙目瞄準(zhǔn)鏡、電氣設(shè)備等組成,前兩部分裝在1個(gè)長(zhǎng)約1.5m的長(zhǎng)方形箱體內(nèi),箱體裝在基座上箱體由手控控制方位、俯仰運(yùn)動(dòng),操作手通過(guò)瞄準(zhǔn)鏡瞄準(zhǔn)目標(biāo)。電氣部分裝在基座內(nèi)。系統(tǒng)高約1.5m,整個(gè)系統(tǒng)既可手控,也可遙控。該眩目照射器發(fā)射脈沖激光,激光器為Nd:YAG,工作波長(zhǎng)0.53μ m。對(duì)飛行員眩目距離為5km。據(jù)信,這種艦載激光眩目照射器造價(jià)約為2550萬(wàn)美元。

3.2 蘇聯(lián)/俄羅斯艦載激光武器

前蘇聯(lián)對(duì)艦載激光武器研究十分重視,但十分保密,從零星報(bào)道中可知具有相當(dāng)水平。蘇聯(lián)激光致盲武器早有樣機(jī),并且裝在水面艦艇上試驗(yàn)過(guò)。1987年,在蘇聯(lián)艦艇附近上空的美國(guó)偵察機(jī)飛行員曾被蘇艦上的激光武器照射而致眩。瑞典的一架戰(zhàn)斗機(jī)駕駛員也曾聲稱(chēng)因被蘇聯(lián)激光系統(tǒng)照射而致盲。蘇聯(lián)曾在1艘萬(wàn)噸級(jí)的“基洛夫”級(jí)巡洋艦上建立了氟化氘化學(xué)激光器,可擊毀10km外掠海飛行的導(dǎo)彈。

3.3 美國(guó)艦載激光武器

美國(guó)海軍早在1971年就成立了高能激光武器計(jì)劃管理辦公室,具體負(fù)責(zé)海軍高能激光武器的研發(fā)工作[1]。經(jīng)過(guò)多年的研發(fā),美國(guó)在戰(zhàn)術(shù)高能激光武器,尤其是在艦載高能激光武器領(lǐng)域,研究成果相當(dāng)豐碩,在多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)方面取得了突破。

此后,美國(guó)海軍就加緊了自由電子激光器的研制,并且設(shè)計(jì)和制造一種新的自由電子激光器,它被形象地稱(chēng)為“光槍”,功率可達(dá)100kW[6]。自由電子激光器的作戰(zhàn)距離是100m到幾千米,這使它成為艦船防御的理想選擇,美國(guó)海軍計(jì)劃在2020年前將其部署在下一代驅(qū)逐艦和航空母艦上。

圖1 EMHEL模塊示意圖

在加緊研制自由電子激光器的同時(shí),美國(guó)海軍還在開(kāi)發(fā)一種被稱(chēng)為“一次性模塊式高能激光器(EMHEL)”的固態(tài)激光器,用以裝備小型船只進(jìn)行自衛(wèi)和對(duì)付反艦巡航導(dǎo)彈、無(wú)人駕駛飛行器、小型艦艇和其他威脅[7]。固態(tài)激光武器EMHEL結(jié)構(gòu)緊湊、成本低、用途廣泛、適應(yīng)性強(qiáng),被稱(chēng)為“一種革命性的設(shè)計(jì)方法”。它是一種使用一個(gè)或者多個(gè)激光模塊組成的激光陣列。每個(gè)模塊包含一個(gè)單發(fā)激光武器,單次發(fā)射時(shí)的峰值能量為10kJ。如果該系統(tǒng)多個(gè)模塊連續(xù)發(fā)射,則可以在不到一秒鐘的時(shí)間內(nèi)穿透15cm厚的鋼板,這些模塊裝配在儀器中,既可單發(fā),也可齊發(fā)。

近幾年,在艦載激光武器試驗(yàn)方面,美國(guó)海軍研究力度也在不斷加大。2009年早些時(shí)候,美國(guó)海軍研究生院的自由電子激光器研究人員們用新型的自由電子激光器成功進(jìn)行了第一次陰極注射器發(fā)射試驗(yàn)[8]。2009年6月,美國(guó)海軍在位于加利福尼亞州中國(guó)湖的海軍空中作戰(zhàn)中心,利用“水面海軍激光武器系統(tǒng)”樣機(jī),跟蹤、射擊并擊落了數(shù)架無(wú)人機(jī)。

另外,2009年7月,美國(guó)諾?格公司空間與任務(wù)系統(tǒng)子公司獲得了美國(guó)海軍海上激光演示(MLD)項(xiàng)目合同,該合同總價(jià)為9800萬(wàn)美元,為一項(xiàng)不定期交付/不限定數(shù)量合同。海上激光演示項(xiàng)目主要目的將其技術(shù)成熟度通過(guò)并提高至6級(jí)以上從而使該項(xiàng)目更加成熟。

據(jù)資料和近期報(bào)道顯示,美國(guó)海軍“宙斯盾”導(dǎo)彈驅(qū)逐艦第三段的系列驅(qū)逐艦的“密集陣”防空系統(tǒng)將被“百人長(zhǎng)”激光防御系統(tǒng)所取代[5]?！鞍偃碎L(zhǎng)”激光防御系統(tǒng)采用固體激光,可以使用各種電源,可以利用簡(jiǎn)單的發(fā)電機(jī)電源也可以利用常規(guī)動(dòng)力與核動(dòng)力艦艇上的電源。目前“百人長(zhǎng)”激光系統(tǒng)正在白沙導(dǎo)彈試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行試驗(yàn),該項(xiàng)目由美國(guó)海軍和陸軍共同出資。

總體上看,美海軍層大力研發(fā)的MIRACL/SLBD終因戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境變化及使用條件的限制而擱淺。雖然高能自由電子激光器的前途比較樂(lè)觀,但研究尚處于起步階段,符合沿海作戰(zhàn)要求的1.6微米兆瓦級(jí)自由電子激光器會(huì)遇到許多高難度的物理、工程和系統(tǒng)問(wèn)題。美諾?格公司2009年2月固態(tài)激光武器成功發(fā)射了105kW高能激光?？梢钥隙ǖ氖?美海軍不會(huì)減緩在艦載激光武器相關(guān)方面的研制速度,相反,將會(huì)加大投入,加大研制力度。

4 艦載激光武器發(fā)展趨勢(shì)

目前,國(guó)外的艦載激光武器發(fā)展的很快,其發(fā)展趨勢(shì):一是低能戰(zhàn)術(shù)激光武器將向小型多樣化、自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展;二是激光武器將與現(xiàn)有各種武器系統(tǒng)配合使用,組成綜合系統(tǒng),充分發(fā)揮綜合效能;三是發(fā)展第二代節(jié)能型高能激光武器;四是研制反激光武器和裝備[1,4,7]。

1)低能戰(zhàn)術(shù)激光武器將向小型多樣化、自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展。隨著激光技術(shù)的迅速發(fā)展和廣闊的需求,小型、實(shí)用、智能的低能激光武器將更多地裝備艦艇部隊(duì)。這類(lèi)干擾與致盲激光武器的一個(gè)發(fā)展重點(diǎn)是跟蹤、干擾甚至損毀包括飛機(jī)、火炮的瞄準(zhǔn)測(cè)距設(shè)備、末段制導(dǎo)設(shè)備等內(nèi)部的光電設(shè)備。

2)激光武器將與現(xiàn)有各種武器系統(tǒng)配合使用,組成綜合武器系統(tǒng)。艦載激光武器將與現(xiàn)有艦載火炮武器系統(tǒng)尤其是高射頻小口徑火炮配合,組成炮光結(jié)合武器系統(tǒng),彌補(bǔ)現(xiàn)有武器性能上的不完善和火力配置空缺,組成一個(gè)多層次、多功能、多位一體的高效能防御、進(jìn)攻武器系統(tǒng)。這種分工明確、重疊的多層防空火力網(wǎng),可使防空、反導(dǎo)總的理論攔截率達(dá)到99%。

3)發(fā)展新型的節(jié)能型高能激光武器。由于艦艇受空間和體積的限制。新型的節(jié)能型高能激光武器對(duì)艦載激光武器的發(fā)展同樣具有深遠(yuǎn)的影響。后續(xù)節(jié)能型第二代激光武器將采用波長(zhǎng)更短的新一代激光器件。未來(lái)發(fā)展的第二代激光武器的基本方案是,尋求節(jié)能型殺傷方式,以最小程度的破壞實(shí)現(xiàn)致命效果。由于所需的功率和能量非常適中,因而可使激光武器的尺寸和重量顯著減小,更加適合艦船裝備。

4)研制反激光武器和裝備。當(dāng)目標(biāo)被敵激光束擊中時(shí),可以用后向反射法將激光束反射回發(fā)射處,或目標(biāo)本身能旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)使激光光束能量不能聚焦損毀自標(biāo),采用適當(dāng)類(lèi)型的煙霧保護(hù)目標(biāo)也能有效衰減激光束能量。在保護(hù)戰(zhàn)斗人員方面,可以在人眼前配戴能衰減激光能、阻擋激光束的濾光片、黑色擋眼片等。例如美國(guó)部分陸軍和海軍已裝備由聚碳酸塑料濾光片制成的激光護(hù)目鏡,能保護(hù)眼睛免受當(dāng)今戰(zhàn)場(chǎng)上最有可能碰到的低能激光器的傷害。目前,俄羅斯“白楊”-M 導(dǎo)彈采取了最先進(jìn)的加大保護(hù)層和使彈體旋轉(zhuǎn)等措施,使激光武器難以持續(xù)定點(diǎn)攻擊目標(biāo),減少導(dǎo)彈的損傷程度。

5 結(jié)語(yǔ)

隨著各國(guó)艦載激光武器的不斷研制和開(kāi)發(fā),其技術(shù)水平越來(lái)越高,它將逐步擔(dān)當(dāng)軟殺傷和武器硬打擊雙重任務(wù)。在未來(lái)現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)或局部戰(zhàn)爭(zhēng)中,艦載激光武器將顯得越來(lái)越重要了[9]。

[1]石永山.艦載激光武器的發(fā)展分析[J].艦船電子工程,2008,28(7)

[2]隋江波,孫東延,馬樂(lè)梅.艦載激光武器反導(dǎo)作戰(zhàn)使用研究[J].現(xiàn)代防御技術(shù),2006(4)

[3]李強(qiáng),蔡杰,周淳.艦載激光武器防空反導(dǎo)技術(shù)研究[J].水面兵器論文集,2008(4)

[4]寒亮,韓鋒,張平關(guān).國(guó)海軍艦載高能激光武器[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展,2006(7)

[5]導(dǎo)彈驅(qū)逐艦密集陣失蹤之謎[M].艦載武器,2009

[6]劉靜,舒挺,張軍.歐洲自由電子激光研究進(jìn)展[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展,2007(6)

[7]馮寒亮,韓風(fēng).美國(guó)海軍艦載高能激光武器[J].激光與光電子學(xué)進(jìn)展,2007(6)

[8]美國(guó)海軍研究導(dǎo)軌炮和自由電子激光器[M].中國(guó)船舶信息中心收集,2009

[9]沈醫(yī)文,陳建華.戰(zhàn)術(shù)激光武器在水面艦艇反導(dǎo)中的應(yīng)用研究[J].艦船電子工程,2007,27(3)