楊文韜++范麗萍

激光武器是直接利用激光束的輻射能量殺傷和摧毀目標(biāo)的一種定向能武器，亦稱射束武器。它也是當(dāng)今新概念軍事裝備中理論最成熟、發(fā)展最迅速、最具實(shí)戰(zhàn)價(jià)值的武器之一。近年來，美國(guó)海軍研制的艦載激光武器取得較大進(jìn)展，引起全世界的極大關(guān)注。據(jù)2014年2月18日國(guó)外媒體發(fā)布的消息，該型武器將于今年夏天部署至“龐塞”號(hào)兩棲船塢運(yùn)輸艦，開展一系列試驗(yàn)和驗(yàn)證工作。本文將追溯美國(guó)海軍艦載激光武器發(fā)展歷史，介紹其研究現(xiàn)狀，分析其技術(shù)特點(diǎn)和難點(diǎn)并展望其未來發(fā)展。

美國(guó)海軍激光武器發(fā)展歷史

自20世紀(jì)60年代第一臺(tái)激光器問世以來，世界各軍事強(qiáng)國(guó)就開始致力于發(fā)展高能激光武器，以實(shí)現(xiàn)將激光武器應(yīng)用于戰(zhàn)場(chǎng)。

冷戰(zhàn)時(shí)期，前蘇聯(lián)海軍就曾用激光器致盲北約飛機(jī)機(jī)組成員和直升機(jī)飛行員；英國(guó)也曾基于工業(yè)激光器研制了激光炫目系統(tǒng)（LDS），并在1982年的馬島海戰(zhàn)中首次應(yīng)用，隨后還將其作為輔助性武器和非致命性自防御手段，裝備英國(guó)海軍艦艇奔赴海灣戰(zhàn)爭(zhēng)。這些激光武器主要是低能固態(tài)激光器，用于干擾即“軟殺傷”用途，具有功能和威力上的局限性。

與此同時(shí)，在“硬殺傷”激光武器方面，美國(guó)海軍從20世紀(jì)70年代開始研究武器級(jí)高能激光器（HEL），將重點(diǎn)放在了可實(shí)現(xiàn)更高能量級(jí)的化學(xué)激光器上。最早負(fù)責(zé)硬殺傷高能激光武器研制的美國(guó)海軍定向能與電子武器項(xiàng)目辦公室，在1971年成立之初的主要任務(wù)就是基于當(dāng)時(shí)最成熟的二氧化碳?xì)鈶B(tài)激光器技術(shù)建立試驗(yàn)系統(tǒng)。1978年3月，由美國(guó)湯普森·拉莫·伍爾德里奇公司開發(fā)的演示實(shí)驗(yàn)樣機(jī)—海軍先進(jìn)化學(xué)激光器（NACL）進(jìn)行了首次試驗(yàn)，波束控制設(shè)備采用了休斯公司研制的海軍位置跟蹤器（NPT）。試驗(yàn)中，該樣機(jī)成功在彈道垂直方向擊落了低空、高速飛行中的“陶”式導(dǎo)彈。到20世紀(jì)70年代末，美國(guó)海軍又研制出兆瓦級(jí)氟化氘高能激光器演示機(jī)，稱為中波紅外線高級(jí)化學(xué)激光器。

隨后，美國(guó)海軍在新墨西哥州的白沙導(dǎo)彈試驗(yàn)場(chǎng)分別建造了二氧化碳?xì)鈶B(tài)激光器和氟化氘化學(xué)激光器，成立了高能激光系統(tǒng)試驗(yàn)場(chǎng)。1983年，高能激光器的開發(fā)改由美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）接管，海軍則主要負(fù)責(zé)管理高能激光系統(tǒng)試驗(yàn)場(chǎng)項(xiàng)目。1989年，該項(xiàng)目成功運(yùn)用激光在垂直彈道方向擊落了一架以馬赫數(shù)2.2時(shí)速飛行的BQM-34靶機(jī)，但隨后進(jìn)行的來襲目標(biāo)對(duì)抗試驗(yàn)卻以失敗告終。之后很長(zhǎng)一段時(shí)間，激光帶來的“熱暈”效應(yīng)始終無法得到解決，不僅不能滿足為艦艇提供自防御能力的要求，而且上述化學(xué)激光器因含有劇毒化學(xué)物質(zhì)并會(huì)產(chǎn)生危險(xiǎn)的廢水，受到美國(guó)海軍內(nèi)部的批評(píng)，認(rèn)為其并不適合在艦艇上使用。

到了20世紀(jì)90年代，隨著固態(tài)激光技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，其產(chǎn)生的激光束能量逐漸達(dá)到與化學(xué)激光器相當(dāng)?shù)那呒?jí)，這也重新喚起了美國(guó)海軍的興趣。固態(tài)激光器不僅更加安全，而且穩(wěn)定性好、體積較小，具有良好的艦載化前景。但是，與化學(xué)激光器相同，固態(tài)激光器同樣存在大氣中傳輸衰減的問題。因此，美國(guó)海軍將高能激光武器研究的重點(diǎn)放在如何降低激光傳輸?shù)哪芰克p問題上。分析發(fā)現(xiàn)，要想徹底解決這一問題，必須實(shí)現(xiàn)激光波長(zhǎng)在不同大氣環(huán)境中的自由調(diào)節(jié)，而自由電子激光技術(shù)恰好具有這一特性，從而在美國(guó)海軍當(dāng)時(shí)發(fā)布的高能激光器路線圖中，將自由電子激光技術(shù)確定為未來最具發(fā)展?jié)摿Φ呐炤d激光武器技術(shù)。

自由電子激光器的輸出功率可達(dá)兆瓦級(jí)，較固態(tài)激光器千瓦級(jí)的輸出功率有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)，但也因此帶來了系統(tǒng)體積龐大、配套設(shè)備不成熟、防護(hù)要求高等一系列技術(shù)難題，短期內(nèi)無法達(dá)到艦載化的要求。在此情況下，為了盡快發(fā)展出可在艦艇上部署使用的激光武器，美國(guó)海軍一面繼續(xù)推進(jìn)自由電子激光技術(shù)長(zhǎng)期開發(fā)和應(yīng)用研究，加大對(duì)固態(tài)激光技術(shù)的投入，并啟動(dòng)了固態(tài)激光武器系統(tǒng)的研制工作。

目前，在美國(guó)海軍研究局（ONR）、海上系統(tǒng)司令部（NAVSEA）海軍定向能與電子武器項(xiàng)目辦公室（PMS 405）、海軍水面戰(zhàn)中心（NSWC）定向能辦公室（DEWO）達(dá)爾格倫分部的通力協(xié)作下，美國(guó)海軍的高能激光武器研究逐漸進(jìn)入了從實(shí)驗(yàn)室推向戰(zhàn)場(chǎng)的新階段。

美國(guó)海軍艦載激光武器研究現(xiàn)狀

美國(guó)海軍目前正在研制的固態(tài)激光武器分為板條固態(tài)激光武器和光纖固態(tài)激光武器兩種。兩者的區(qū)別在于板條固態(tài)激光是由合成結(jié)晶材料構(gòu)成片狀板條，而光纖固態(tài)激光則是由柔韌光纖材料組成。

美國(guó)海軍的板條固態(tài)激光武器主要是“海上激光演示系統(tǒng)”，于2008年開始研制樣機(jī)。該系統(tǒng)的特點(diǎn)是功率更大，將是首個(gè)應(yīng)用到海軍艦艇上的100千瓦級(jí)激光武器系統(tǒng)。它由7臺(tái)板條固態(tài)激光器組成，功率效率約為20%～25%，每臺(tái)激光器的功率約15千瓦，合成的激光束總功率達(dá)到105千瓦；波長(zhǎng)為1.064微米，同樣非常接近避免受大氣波干擾的1.045微波波長(zhǎng)。2010年7月，美國(guó)海軍對(duì)板條固態(tài)激光武器的跟蹤分系統(tǒng)進(jìn)行了海上測(cè)試，驗(yàn)證了跟蹤小型艦船的性能。2010年8月～9月，進(jìn)行了攻擊固定目標(biāo)的海上試驗(yàn)。2011年4月6日，成功與一艘小型目標(biāo)艦艇進(jìn)行了交戰(zhàn)試驗(yàn)。2011年5月，諾斯羅普·格魯曼公司宣布，該系統(tǒng)將在未來4年內(nèi)進(jìn)行全功率工程與制造開發(fā)。

在光纖固態(tài)激光武器中，目前主要包括“戰(zhàn)術(shù)激光系統(tǒng)”（TLS）和“激光武器系統(tǒng)”（LaWS）兩個(gè)項(xiàng)目。其中，“戰(zhàn)術(shù)激光系統(tǒng)”從2008年開始研發(fā)，2010年進(jìn)行了2次試驗(yàn)，對(duì)系統(tǒng)的跟蹤、瞄準(zhǔn)能力進(jìn)行了論證，2011年3月開始研制樣機(jī)。功率效率30%，光束功率10千瓦，采用商用固態(tài)激光器和一部激光指示儀整合到MK38 Mod2艦炮上，組成MK38 戰(zhàn)術(shù)激光系統(tǒng)，主要用于防御2千米內(nèi)的小型艦船目標(biāo)。

將于今年夏天部署在“龐塞”號(hào)兩棲船塢運(yùn)輸艦的激光武器，是光纖固態(tài)激光武器中的“激光武器系統(tǒng)”。該系統(tǒng)樣機(jī)于2008年開始研制，由一臺(tái)光纖固態(tài)激光器和一部L-3“布拉西爾”K433動(dòng)態(tài)跟蹤器組成，功率效率25%，設(shè)計(jì)光束功率33千瓦，波長(zhǎng)為1.064微米，非常接近避免受大氣波干擾的1.045微米波長(zhǎng)。該激光武器將作為水面艦艇的近程防御系統(tǒng)使用，主要用于對(duì)抗光電傳感器、無人機(jī)和光電制導(dǎo)導(dǎo)彈等威脅。從2009年開始，首臺(tái)樣機(jī)進(jìn)行了一系列的試驗(yàn)，從各分系統(tǒng)開始，首先圍繞光纖固態(tài)激光器進(jìn)行，包括2009年3月的迫擊炮攔截試驗(yàn)和6月的模擬實(shí)戰(zhàn)場(chǎng)景試驗(yàn)，以及2010年5月的海上環(huán)境模擬實(shí)戰(zhàn)試驗(yàn)。其中，海上環(huán)境模擬實(shí)戰(zhàn)試驗(yàn)演示了對(duì)距離0.5海里的剛性充氣艇的攻擊效果，并成功擊落5架無人靶機(jī)。這是世界上首次由艦載大功率固態(tài)激光器發(fā)射強(qiáng)激光束，同時(shí)標(biāo)志著長(zhǎng)期困擾激光武器的近距離傳輸衰減問題已經(jīng)得到了較好的解決。endprint

2011年6月和2012年6月，在美國(guó)海軍先后進(jìn)行的兩次“三叉戟勇士”海上試驗(yàn)中，又對(duì)配套設(shè)施進(jìn)行了進(jìn)一步的測(cè)試，包括光束定向裝置、跟蹤裝置和波束合成器等分系統(tǒng)。2012年7月和8月，以“阿利·伯克”級(jí)驅(qū)逐艦“杜威”號(hào)為艦載平臺(tái)，美國(guó)海軍在加利福尼亞圣迭戈進(jìn)行了“激光武器系統(tǒng)”的全系統(tǒng)海上演示試驗(yàn)，先后擊落三架小型無人機(jī)。這是高能激光武器首次在海軍大型水面作戰(zhàn)艦艇上完成目標(biāo)攔截試驗(yàn)。

2013年4月，美國(guó)海軍初步確定將在“龐塞”號(hào)上裝備“激光武器系統(tǒng)”，并計(jì)劃將系統(tǒng)功率增至100千瓦，同時(shí)將系統(tǒng)的技術(shù)成熟度從目前的6級(jí)提升至7級(jí)，預(yù)計(jì)將在2017年左右初步形成作戰(zhàn)能力。

艦載激光武器的技術(shù)特點(diǎn)

與一般常規(guī)艦載武器相比，艦載激光武器具有幾個(gè)顯著的特點(diǎn)。

發(fā)射成本低

艦載激光武器發(fā)射使用的成本約為每發(fā)1美元，而美國(guó)海軍近程防空攔截導(dǎo)彈的發(fā)射成本為100萬～140萬美元，遠(yuǎn)程防空和反導(dǎo)導(dǎo)彈的發(fā)射成本更高達(dá)數(shù)百萬美元。因此，美國(guó)海軍在攻擊一些成本較低的飛行目標(biāo)時(shí)（如小艇和小型無人機(jī)等），使用激光武器可大大提高費(fèi)用比（即來襲武器的成本與攔截武器成本的比值），且有利于降低艦艇的采辦成本。

彈藥無限

常規(guī)艦載武器系統(tǒng)只能裝備數(shù)量有限的攔截彈，一旦用盡則需要重新裝填，必然影響作戰(zhàn)響應(yīng)時(shí)間。目前，美國(guó)海軍“密集陣”近防武器系統(tǒng)在不裝填彈藥的情況下僅能對(duì)抗有限數(shù)量的目標(biāo)，而由電力驅(qū)動(dòng)的激光武器只要連續(xù)供電且具備持續(xù)冷卻能力即可實(shí)現(xiàn)不間斷的目標(biāo)攔截。因此可以說，激光武器在理論上可以擁有無限彈藥，使艦艇自防御能力更強(qiáng)。

攻擊過程耗時(shí)短

激光束以光速直線傳播，可在一瞬間命中目標(biāo)。并且，激光束更容易集中在目標(biāo)的某個(gè)特定點(diǎn)上，在數(shù)秒時(shí)間內(nèi)就能造成巨大傷害。激光武器這種攻擊過程耗時(shí)短的特性在某些情況下非常關(guān)鍵，如在近岸作戰(zhàn)中可以在較短距離內(nèi)同時(shí)防御導(dǎo)彈、火箭彈、火炮等目標(biāo)的交替攻擊。

精度高、連帶毀傷小

激光武器不僅能夠精確打擊，而且發(fā)射的光點(diǎn)尺寸直徑僅為數(shù)厘米，攻擊目標(biāo)后一般不會(huì)對(duì)周圍其他物體造成傷害。此外，海軍艦艇在近港口海域使用近防武器時(shí)，未能命中目標(biāo)的炮彈掉落下來可能對(duì)港口區(qū)域造成連帶毀傷，因此其使用也受到一些限制。激光武器可有效解決這一問題。

據(jù)美國(guó)海軍分析，在作戰(zhàn)使用中，將艦載激光武器系統(tǒng)融入現(xiàn)有常規(guī)艦載武器裝備體系，用艦載激光武器對(duì)抗首波誘餌彈攻擊，并將節(jié)省下來的攔截彈和近防武器彈藥用于攻擊下一波更猛烈的來襲目標(biāo)，這種分工明確、多層重疊的防空火力網(wǎng)，可使艦艇防空、反導(dǎo)的理論攔截率達(dá)到99%。

艦載激光武器面臨的技術(shù)難題

盡管艦載激光武器系統(tǒng)同常規(guī)武器相比具備一系列的優(yōu)勢(shì)，但同樣存在許多需要攻克的技術(shù)難題。

首先是在大氣中傳輸衰減的問題，造成其射程受大氣的影響，不具備全天候作戰(zhàn)能力。海洋大氣中水蒸汽密集，同時(shí)還存在沙塵、煙霧和其他物質(zhì)，都會(huì)吸收和散射艦載激光，尤其是水蒸汽的吸波現(xiàn)象最為明顯。盡管在某個(gè)波長(zhǎng)下水蒸汽吸波現(xiàn)象會(huì)明顯降低，通過運(yùn)用自適應(yīng)光學(xué)技術(shù)、設(shè)定激光光波參數(shù)，可以減少水蒸汽吸收對(duì)激光性能的影響，但是即便如此，激光在雨霧天氣中也會(huì)受到較大影響。目前對(duì)激光在大氣中傳輸應(yīng)對(duì)湍流和“熱暈”效應(yīng)的探索和研究正在進(jìn)行之中?！盁釙灐毙?yīng)是激光在較長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)朝著一個(gè)方向連續(xù)射擊時(shí)，致使激光束周邊空氣溫度升高、特性變化，導(dǎo)致激光束偏折以及光束尺寸增大、畸變（散焦、擴(kuò)展）等效應(yīng)，使激光武器不能朝著一個(gè)方向持續(xù)對(duì)抗徑直來襲目標(biāo)，降低攻擊能力。對(duì)此，有人提出先用低強(qiáng)度重復(fù)頻率的先行光束來驅(qū)除光路上的氣溶膠粒子，然后發(fā)射強(qiáng)激光，還有人擬采用自適應(yīng)光學(xué)來抵消湍流和“熱暈”效應(yīng)，這些方法都是正在和將要研究的課題。

其次是跟蹤瞄準(zhǔn)難度大的問題。由于激光束沿著直線發(fā)射，艦載激光通常要求在視距內(nèi)限制性使用，因?yàn)樵趯?duì)抗超視距目標(biāo)和視距內(nèi)模糊目標(biāo)時(shí)，使用中如遇視線有阻擋或高速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)，其跟蹤瞄準(zhǔn)難以達(dá)到理想的精度。例如，艦載激光武器在應(yīng)對(duì)小艇攻擊時(shí)，如果小艇被較高海浪遮擋，則攔截難度將大大提高。目前國(guó)際上正在開展紅外跟蹤、電視跟蹤和激光雷達(dá)等光學(xué)跟蹤技術(shù)的研究，重點(diǎn)放在激光雷達(dá)跟蹤系統(tǒng)研究。

再次是抗飽和攻擊能力差。由于激光束一次只能攻擊一個(gè)目標(biāo)，摧毀目標(biāo)需要數(shù)秒鐘，然后轉(zhuǎn)換攻擊下一個(gè)目標(biāo)也需要數(shù)秒鐘，因此在一定的時(shí)間內(nèi)，激光雖然可以摧毀較多目標(biāo)，但是單個(gè)激光武器如果對(duì)抗多種武器同時(shí)來襲的飽和攻擊，則存在較大難度。

最后是難以擊毀裝甲目標(biāo)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)的問題，尤其是隨著射程增加，光束在目標(biāo)上形成的光斑也越大，激光功率密度隨之降低，殺傷力減弱。如果用千瓦級(jí)低功率激光武器對(duì)抗使用了屏蔽性強(qiáng)的燒蝕性材料或涂裝高強(qiáng)度反射功能材料或快速旋轉(zhuǎn)的目標(biāo)，則毀傷效果將進(jìn)一步下降。

除了上述方面，艦載激光武器持續(xù)射擊時(shí)需消耗巨大的能量，必須配備儲(chǔ)能系統(tǒng)，且對(duì)艦艇動(dòng)力系統(tǒng)的要求很高，但當(dāng)前美軍大型水面艦艇最新采用的綜合電力系統(tǒng)和新型核動(dòng)力裝置提供了很好的基礎(chǔ)。此外，目前艦載激光武器系統(tǒng)的體積仍然較大，需要過多的占據(jù)“寸土寸金”的艦上空間，其較大的重量也將增加船體噸位，同時(shí)存在影響艦船的電磁兼容性、降低艦船隱身性能、造成冷卻系統(tǒng)的超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)等問題。這些都是在論證艦載激光武器上艦時(shí)必須要充分考慮的重要因素。

美國(guó)艦載激光武器未來發(fā)展

當(dāng)前，世界上只有美國(guó)海軍初步提出了艦載激光武器的發(fā)展草案，包含分三個(gè)階段推進(jìn)的艦載激光武器構(gòu)想。

其中，60千瓦～100千瓦功率的激光器主要指“激光武器系統(tǒng)”（LaWS）；300千瓦～500千瓦高功率激光武器處于實(shí)驗(yàn)室中的結(jié)構(gòu)組成與功能測(cè)試階段；1兆瓦以上功率的激光武器技術(shù)成熟度還處于技術(shù)概念和應(yīng)用構(gòu)想階段。

自由電子激光武器作為美國(guó)海軍兆瓦級(jí)艦載激光武器的遠(yuǎn)期目標(biāo)，于2010年啟動(dòng)“海軍創(chuàng)新樣機(jī)（INP）”項(xiàng)目研究，由美國(guó)海軍研究局負(fù)責(zé)、波音公司承包，計(jì)劃首先研制100千瓦自由電子激光器的實(shí)驗(yàn)室演示樣機(jī)。根據(jù)目前技術(shù)水平，該樣機(jī)外型尺寸較大，長(zhǎng)度約30.5米，未來上艦需要大幅縮減系統(tǒng)尺寸。此外，由于自由電子激光會(huì)產(chǎn)生X射線，還需要考慮輻射屏蔽和安全防護(hù)問題。根據(jù)美國(guó)海軍研究局的發(fā)展構(gòu)想，100千瓦級(jí)自由電子激光武器樣機(jī)工作波長(zhǎng)為1.0～2.2微米，大約在2015年完成演示樣機(jī)研制。屆時(shí)，美國(guó)海軍將對(duì)該項(xiàng)目進(jìn)行一次全面評(píng)估，以確定兆瓦級(jí)自由電子激光器的技術(shù)進(jìn)展和兆瓦級(jí)“自由電子激光海軍創(chuàng)新樣機(jī)”項(xiàng)目進(jìn)一步發(fā)展所需的資金，以啟動(dòng)具備反艦導(dǎo)彈防御和彈道導(dǎo)彈防御能力的兆瓦級(jí)自由電子激光武器系統(tǒng)研制。

綜上所述，激光武器具有良好的應(yīng)用前景。隨著激光技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，未來應(yīng)用到海軍艦艇后，將從攻防兩方面提升武器裝備的作戰(zhàn)效能，可使小型作戰(zhàn)平臺(tái)具備類似大型平臺(tái)的能力。艦載激光武器與現(xiàn)有武器配合使用，可彌補(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、多位一體的高效防御、進(jìn)攻武器系統(tǒng)。endprint