徐大偉

（海軍駐錦州地區(qū)軍事代表室 錦州 121000）

1 引言

目前，在激光武器的研制上，美國一直處于世界領先地位，已進行過多次設計試驗的循環(huán)過程。例如，2010年9月，波音公司已經接到美國海軍的命令，完成100kW“自由電子激光武器系統(tǒng)”試驗型號。波音戰(zhàn)略導彈及防務系統(tǒng)公司負責人格雷格·亨利斯勞普稱，這種高速、高精度、大功率的激光武器將使美國海軍戰(zhàn)艦具備應對新興威脅的能力，“將在未來10年內裝備軍艦”。此外，美國海軍還在與雷神公司合作研發(fā)“激光近距離武器系統(tǒng)”，該系統(tǒng)可發(fā)射功率為50kW的激光束，既可安裝在軍艦內部，又可車載使用。本文就艦載激光武器、發(fā)展動向、發(fā)展分析等，作進一步的研究和探討［1］。

2 艦載激光武器

艦載激光武器主要有三個目標，即掠海飛行導彈、導彈或智能型炸彈上的激光電視傳感器、殲擊機和直升機［2］。

艦載低能激光武器可以對抗導彈上的微光電視攝像機。其基本要求也是實時的探測和識別敵方目標，并自動跟蹤和發(fā)射激光束，將微光電視攝像機摧毀或致盲足夠長的時間。使導彈脫靶。一般情況下，致盲1～2s的時間便已足夠，但對有些導彈也許需要的時間更長一些。

艦載高能激光武器的主要由高能激光器，精密跟蹤裝置和光束控制發(fā)射系統(tǒng)組成，高能激光器是核心部件。高能激光武器研制的關鍵技術是研制功率大，光束質量優(yōu)異的激光器，精密跟瞄裝置，重量輕且抗輻射的光束控制發(fā)射系統(tǒng)，激光束輻射到目標上的功率密度與目標的距離及光束發(fā)散角的平方成反比，所以激光武器功率、光束質量和聚焦反射鏡的大小對激光武器的威力起決定性的作用。同時，為了確保激光束打到目標上停留一段時間，以沉積足夠的能量毀傷目標，要求跟瞄裝置的精度高達微弧度級，要求有高精度控制光束的大型聚焦反射鏡。達到這些要求的技術難度是相當大的。如果能夠較大地提高激光器的輸出功率，即可降低跟瞄裝置和聚焦反射鏡的研制難度。此外，研究人員已改進了把激光聚焦成很小光點的設計思想，利用照準目標的大光點，同時打擊目標的多個部位，首先擊毀最薄弱的部位，縮短殺傷時間。這種設計思想，方便了射束聚焦，降低了對射束的質量要求，從而降低了系統(tǒng)的復雜程度。

3 發(fā)展動向

1）美國海軍自由電子激光器到2020年將取得重大進展。美國dvice網站2011年3月30日報道：美國海軍自由電子激光器預計到2020年中期將取得重大進展，能夠在一秒鐘之內穿透約609m的鋼板［3］。

美國近年來一直致力于定向能武器的研究，其原因主要是艦艇擁有武器級激光系統(tǒng)所需要的空間和能力，對于強大的激光器來說是一個理想的平臺。首套激光器（將在未來10年內部署）可能是傳統(tǒng)的固態(tài)激光器，能夠發(fā)射連續(xù)光束，有點像激光指示器。固態(tài)激光器的問題是它們光的波長是固定的，而且要依賴于天氣，距離遠時強度會變弱。因此到2020年，可以選擇的是自由電子激光，它能以多種波長來輸出能量，且不需要重量較大的大型固態(tài)基礎設施。

自由電子激光器基本上就是一個能夠將快速移動的將電子轉化為光子的粒子加速器。2011年2月，海軍的自由電子激光器樣機已經產生了200kW的波束，它在1s內能夠穿透6m左右的鋼板。而美國海軍的最終目標是使自由電子激光器達到兆瓦級，并且在一秒鐘之內穿透609m的鋼板。

目前，自由電子激光器大約有一個足球場的那么大，但是這對于裝備在航母上來說體積可能相對較大。但是隨著技術的改進，將不斷縮小激光器的體積，同時使其更加高效，到2015年，它的體積將縮小為15m×6m×3m。到2020年，體積可能還會更小，能夠裝在直升機和無人機上使用。到2030年，體積可能縮小到手持的程度。

2）美國海軍海上激光器項目再次取得重大進展。美國海軍研究辦公室網站2011年4月8日報道：4月6日，美國海軍研究辦公室和諾斯羅普·格魯曼公司成功完成了對固態(tài)高能激光（HEL）的一次試驗，在試驗中，安裝在水面艦艇上的固態(tài)高能激光器擊毀了一艘小型目標船只。此舉驗證了海上激光器（MLD）項目應用于海上艦艇自防御的可行性，使水面艦艇利用激光器在遠距離阻止小型船只的威脅成為了可能［4］。

本次試驗在加州中部海岸太平洋試驗靶場的圣尼古拉斯島進行。激光器安裝在海軍試驗船—前美國海軍艦艇“保羅·福斯特”號（DD 964）上。

海軍研究局MLD項目執(zhí)行官皮特·莫瑞森表示，這是HEL首次安裝到水面艦艇上，在海上環(huán)境中以艦載能源作為輸入，輸出高能激光擊毀目標。研究人員從本次試驗中得到了很多關于如何集成并與定向能武器協(xié)同工作的相關經驗，所有的輸出試驗結果都有很高的價值。

此外，在海上激光器的研究方面，美國海軍也獲得了數項突破。其中包括將海上激光器與艦載雷達和導航系統(tǒng)進行集成、在海上運動平臺上發(fā)射電子激光武器等。美國海軍關于固態(tài)激光的其它試驗已經在陸上環(huán)境中完成。

但是盡管本次試驗已經證明了海上激光器在射程范圍內拒止小型船只具有一定的能力，但是該技術在未來還是不會取代傳統(tǒng)的武器系統(tǒng)。

3）美國海軍選擇BAE系統(tǒng)公司展示戰(zhàn)術激光系統(tǒng)。BAE系統(tǒng)公司網站2011年4月8日報道：BAE系統(tǒng)公司已經收到美國海軍一份價值280萬美元的合同，以演示一種可集成到美國海軍現有的槍架上的戰(zhàn)術激光系統(tǒng)（TLS）［4］。

該TLS系統(tǒng)將一個固體高能量激光器連接到武器模塊，以提供極其精確的定位并可以使被打擊目標喪失能力。該系統(tǒng)還可以根據目標和任務對象的不同，改變激光能量水平，提供擴展功能。BAE系統(tǒng)公司打算與位于新墨西哥州阿爾布的波音公司定向能系統(tǒng)部門展開合作，研發(fā)戰(zhàn)術激光系統(tǒng)。

BAE系統(tǒng)公司將于4月11～13日在馬里蘭州蓋洛德國家會議中心舉辦的?？仗觳┯[會上展示戰(zhàn)術激光系統(tǒng)。

4）波音公司開發(fā)高亮度激光。澳大利亞《每日航天》2011年5月16日報道：波音公司已經收到價值420萬美元、為期16個月的合同，為美國國防部高能激光－聯(lián)合技術辦公室（HEL-JTO）設計和開發(fā)一個25kW的高亮度激光。波音公司將基于高效薄片激光器（TDL）技術開發(fā)固態(tài)電激光。該項目的目標是要演示一個基于TDL的系統(tǒng)與HELJTO高亮度，高發(fā)電效率的堅固耐用的電激光倡議項目一致的性能［5］。

波音的做法融合了一系列在許多行業(yè)用于切割和焊接金屬零件的商業(yè)現貨激光器。這些久經考驗的工業(yè)激光器具有高可靠性和相關的支持和維護。該激光的成功完成可能會引導激光系統(tǒng)的作戰(zhàn)版本的開發(fā)和生產。

高功率的固態(tài)定向能武器，能幾乎沒有附帶損害地以光速禁用或銷毀目標。激光還可以靈活地支持戰(zhàn)場及城市作戰(zhàn)任務。

5）美國通用原子公司開始研制150kW級高能激光武器。美國《軍用航空電子》網站6月26日報道：通用原子公司近日與美國國防高級研究計劃局（DARPA）簽訂了3980萬美元的合同，研制150kW級化學高能激光武器。作為DARPA正在實施的“高能液體激光器區(qū)域防御系統(tǒng)”（HELLADS）項目的組成部分，這種激光武器將有可能裝備一些小型的軍用平臺，其中包括巡邏艇、戰(zhàn)斗機、裝甲車甚至無人機等，可摧毀無人機、地面雷達系統(tǒng)以及通訊設施等?！案吣芤后w激光器區(qū)域防御系統(tǒng)”項目主要是為了驗證重量為748kg（1650磅）、功率為150kW級的高能激光武器所采用的化學激光武器技術，其功／重比在10以內，遠大于目前正在研制的各種其他類型激光武器。通用原子公司從2003年就開始參與“高能液體激光器區(qū)域防御系統(tǒng)”項目，其原型機采用的是分布式液體激光器［6］。

6）激光武器進入部署或早于人們預期。美國《軍事與航空航天電子學》2011年6月28日報道：近期業(yè)內關于激光武器進展的消息較多，有幾種即將開始試驗，激光武器進入部署或許會早于人們的預期［7］。

兩個月前，美國國防高級研究計劃局與美國海軍的激光武器專家在加利福尼亞海岸線以外對一種名為海上激光演示器（MLD）的高能激光武器進行了演示，摧毀了一艘小型船只的發(fā)動機。這種激光武器屬于軍方聯(lián)合高功率固體激光武器（JHPSSL）計劃的一部分，由諾斯羅普·格魯曼公司空間系統(tǒng)分部研制。

6月下旬，國防高級研究計劃局宣布與通用原子能公司簽署一份價值3980萬美元的合同，計劃開發(fā)一種可安裝在艦船、戰(zhàn)斗機、裝甲車甚至無人車上的150kW級高能固體激光武器。該合同是國防高級研究計劃局高能液體激光區(qū)域防御系統(tǒng)（HELLADS）計劃的第4階段合同。

一周后的6月27日，美國陸軍宣布高能激光技術演示器（HELTD）完成了系統(tǒng)集成。該系統(tǒng)由波音公司定向能系統(tǒng)分部研制，是一種高能固體激光武器系統(tǒng)，安裝在卡車上，可用于摧毀來襲炮彈、迫擊炮彈、火箭彈和無人機。按照計劃，該系統(tǒng)將于今年秋天在白沙靶場進行試驗。

盡管這幾項激光武器研究計劃進展順利，預示著良好的前景，但在其進入部署之前仍有大量工作要做。首先，軍方需要確定對激光武器有著切實需求；其次，軍方必須擁有充足的預算投入激光武器的開發(fā)和生產。

7）波音公司和BAE系統(tǒng)公司為美國海軍開發(fā)激光系統(tǒng)。波音公司網站2011年7月22日報道：波音公司今天宣布，其定向能源系統(tǒng)（DES）部門與BAE系統(tǒng)公司已經簽署了一份合作協(xié)議，為美國海軍艦艇開發(fā)Mk 38MOD 2戰(zhàn)術激光系統(tǒng)。美國海軍今年3月授予BAE系統(tǒng)公司團隊一份初始合同，建造該系統(tǒng)的演示設備。根據該合同，波音公司是BAE系統(tǒng)公司的分包商［8］。

MK 38MOD 2戰(zhàn)術激光系統(tǒng)將一個固態(tài)高能激光武器模塊結合到MK 38機槍系統(tǒng)。附加的激光武器模塊可為機槍系統(tǒng)打擊水面和空中目標如小型艦船和無人機等提供高精度的準確性。該系統(tǒng)還能夠根據目標和任務需求提供不同等級的激光能量。

波音公司和BAE系統(tǒng)公司近兩年來一直共同開發(fā)這種能力。2010年，波音公司DES部門進行了兩次現場試驗，驗證該系統(tǒng)跟蹤地面目標并保持高精度激光瞄準點的能力。

4 發(fā)展分析

就目前的發(fā)展情況來看，激光武器系統(tǒng)仍需在保持足夠功率的前提下盡量減小體積和重量，控制光束抖動，保證精確的打擊，提高光束控制系統(tǒng)性能，改變高能激光武器只能由大型平臺裝載的局面等等［9］。

1）發(fā)展自由電子激光器。與其他各類激光器相比，自由電子激光器同時具有輸出功率強、波長可調和功率高這三大特點，其中，選擇波長范圍寬的能力是固體激光器或化學激光器難以達到的。它不僅在軍事上成為公認的海上高能激光武器系統(tǒng)的最合理候選激光器，而且在其他方面如工業(yè)和科學研究領域也有廣泛的應用。早在星球大戰(zhàn)時期自由電子激光器就受到重視而迅速發(fā)展，但后來由于技術和資金等原因被迫中斷，現在海軍重新?lián)炱疬@類激光器并將其作為大型艦船艦載激光武器的唯一候選激光器，表明它具有其他類型激光器不可替代的軍事地位。同時也表明SDI之后技術的發(fā)展與突破將可能實現自由電子激光器的高功率輸出。事實上，美國的托馬斯·杰弗遜國家加速器實驗室和阿拉莫斯（（Alamos）國家實驗室正開展有關研究。目前，自由電子激光器獲得了6μm波長、l0kW平均功率的紅外激光輸出。根據海軍的研究表明，要防御反艦巡航導彈的攻擊，需要lμm波長、1.5MW功率的自由電子激光器。

2）發(fā)展固體激光技術。目前，固體激光技術發(fā)展迅速，集成度和功率水平都在不斷提高，這給激光武器技術的發(fā)展帶來機遇。例如，固體熱容激光器的功率在2006年就已達67kW，光束質量優(yōu)于2倍衍射極限。在上述的幾種激光武器中應用的IPG光纖激光器功率已達到了20kW以上。2008年11月，諾斯羅普·格魯曼公司研制成功了加固型固體FIRESTRIKE激光器，采用模塊化設計，單塊輸出功率為15kW，光束質量達1.5倍衍射極限。2009年3月＋諾斯羅普·格魯曼公司的JHPSSL項目采用該型激光器使組合式固體激光器功率達到105kW。固體激光技術的長足發(fā)展，對提高激光武器的殺傷效能，機動性、可靠性等都有非常重要的意義，它將促使未來的激光武器將向小型化、模塊化，通用化方向發(fā)展。

3）發(fā)展節(jié)能型高能激光武器。新型的節(jié)能型高能激光武器主要有固體（熱容）激光器、電化學氧碘激光器以及光纖激光器等。固體熱容激光器主要采用具有一定熱容量的固體激光介質，使激射時間和冷卻時間分開，緩解了熱管理問題。閃光燈抽運的固體熱容激光器功率已達萬瓦以上，二極管抽運固體熱容激光器也能夠在1s內產生30kW的平均功率。電化學氧碘激光器主要通過電化學過程解決了普通氧碘化學激光器的燃料重復使用問題，使其體積和重量大大降低。美空軍正在研制用于戰(zhàn)術機載防空的電化學氧碘激光器。高功率光纖激光器是一種以高功率多模二極管為抽運源、以雙包層光纖結構為激光增益介質的激光器。英國已研制出高光束質量的千瓦級光纖激光器，美國軍方認為這種光纖激光器具備裝備戰(zhàn)斗機的潛力。此外，隨著二極管抽運固體激光器實現高平均功率輸出，發(fā)展高效率的二極管激光器成為節(jié)能的重要手段之一。美國國防高級研究計劃局正在開展一項超高效率二極管源（SHEDS）計劃，目標是將目前二極管激光器的電光效率由50%提高到80%，這將大大提高整個系統(tǒng)的轉化效率，從而節(jié)約能源。

5 結語

目前，美國已將高功率固體激光器和半導體激光器作為今后戰(zhàn)術高能激光武器發(fā)展的重點，并同時向小型運輸機和戰(zhàn)斗機、艦船以及地面車輛等平臺上推廣，使其成為三軍通用裝備。隨著自由電子激光器、固體激光技術、節(jié)能型高能激光武器的迅速發(fā)展，在未來現代化戰(zhàn)爭和局部戰(zhàn)爭中，適時運用艦載激光武器，對于防空反導、保護水面艦艇的自身安全，就顯得越來越重要了［10］。

［1］任國光.高能激光武器的現狀與發(fā)展趨勢［J］.激光與光電子學進展，2008（9）：62-69.

［2］張江華.激光在現代軍事中的應用［J］.中國高新技術企業(yè)，2008（20）：86-88.

［3］美國海軍自由電子激光器到2020年將取得重大進展［N］.每日防務快訊，2011-04-06.

［4］美國海軍海上激光器項目再次取得重大進展［N］.每日防務快訊，2011-04-12.

［5］美國海軍選擇BAE系統(tǒng)公司展示戰(zhàn)術激光系統(tǒng)［N］.每日防務快訊，2011-04-13.

［6］波音公司開發(fā)高亮度激光［N］.每日防務快訊，2011-05-18.

［7］美國通用原子公司開始研制150千瓦級高能激光武器［N］.每日防務快訊，2011-07-04.

［7］激光武器進入部署或早于人們預期［N］.每日防務快訊，2011-07-12.

［8］波音公司和BAE系統(tǒng)公司為美國海軍開發(fā)激光系統(tǒng)［N］.每日防務快訊，2011-08-02.

［9］汪光華.艦載高能自由電子激光武器［J］.現代軍事，1999（2）：42-43.

［10］王力民，楊甲勝，耿曉蕾，等.激光武器的發(fā)展動向與分析［J］.艦船電子工程，2008，28（6）：41-45