美軍戰(zhàn)術(shù)激光武器發(fā)展態(tài)勢分析

姬寒珊+劉天華+范曉軒

高能激光武器具有瞬發(fā)即中（不需要提前量）和射擊目標轉(zhuǎn)換迅速（慣性極?。┑葍?yōu)點，用于戰(zhàn)術(shù)目的，可攔截無人機、戰(zhàn)術(shù)導彈和巡航導彈等目標。戰(zhàn)術(shù)激光武器的主要關(guān)鍵技術(shù)是緊湊、節(jié)能的1百千瓦級激光器和先進的精密跟蹤瞄準技術(shù)。從整體上說，美軍戰(zhàn)術(shù)激光武器的關(guān)鍵技術(shù)仍處于發(fā)展之中，主要是需要明確最佳的激光器技術(shù)途徑，研制配套光束控制系統(tǒng)，以及解決在各種運載平臺上的適裝性和武器化等工程方面的問題。

重點通過原理樣機演示驗證關(guān)鍵技術(shù)和部件，沒有明確型號研制項目

美國海、陸、空軍都在積極推動戰(zhàn)術(shù)激光武器系統(tǒng)的演示驗證，但是目前沒有任何以型號為背景的激光武器研制計劃。美國列克星敦研究所最近發(fā)布的一份報告稱，當前美軍在定向能武器發(fā)展方面，采取了慢行、小步前行、觀望的方式，需加快其定向能武器的部署計劃。事實上，美軍在激光器的選擇上經(jīng)歷了非常曲折的道路，目前仍然沒有確定適用于戰(zhàn)術(shù)激光武器的激光器技術(shù)路線。在這種情況下，美軍的試驗重點是火控系統(tǒng)、跟瞄系統(tǒng)、電源等部件和平臺適裝性等工程問題，以及相關(guān)的條令、條例和戰(zhàn)法演示驗證等方面。

陸軍加快演示車載高能激光演示驗證器

“車載高能激光演示驗證器”是基于固體激光器技術(shù)的戰(zhàn)術(shù)防空激光武器樣機，由陸軍空間與導彈防御司令部主管。該樣機的光束控制器可旋轉(zhuǎn)360°并提供全空域覆蓋，機動平臺為重型增強機動性戰(zhàn)術(shù)卡車。2013年底，美國陸軍完成車載高能激光演示驗證器野外測試，試驗采用了10千瓦級的固體激光器。試驗中，樣機借助增強型多模式雷達提供的目標指示信號，摧毀了90多枚60毫米口徑的迫擊炮彈和多架無人機。武器樣機攻擊迫擊炮彈時，激光束會加熱炮彈，使其在空中爆裂解體；攻擊無人機時，最初目標是致盲無人機上的攝像機等傳感器，試驗中又嘗試破壞無人機的機身并取得成功。試驗的主要目的是驗證探測、瞄準跟蹤系統(tǒng)的性能，并摸索激光與瞄準跟蹤系統(tǒng)相配合的經(jīng)驗，整套系統(tǒng)尚不具備實戰(zhàn)能力。陸軍計劃在2017～2022年開展50千瓦級樣機的機動試驗，這意味著100千瓦級的機動高能激光武器最快也要到2022年后才能投入作戰(zhàn)使用。

海軍技術(shù)開發(fā)與作戰(zhàn)研究并行

美國海軍正密集開展固體激光器的海上應用演示試驗，包括摧毀無人機、移動靶船等。2014年夏，海軍將在“龐塞”號兩棲運輸船塢艦上，由海軍第5艦隊操控，演示固體激光器的能力。此次試驗將采用改進后的“海上激光武器系統(tǒng)”（LaWS），功率不超過100千瓦，將安裝在原“標準”武器系統(tǒng)的位置。固體激光器將直接與艦船戰(zhàn)斗系統(tǒng)結(jié)合，不會增加更多的雷達或者探測器，而是充分利用艦上已經(jīng)安裝的各類裝備。整套系統(tǒng)將由艦上水手操作，而不是實驗室技術(shù)人員。海軍表示這將有利于制定適用于激光武器的戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)和條令，也利于將激光器與其他系統(tǒng)集成。

在“龐賽”號上，水手們將根據(jù)戰(zhàn)斗情報中心的指令控制激光器，類似于操作“密集陣”系統(tǒng)，而且激光器系統(tǒng)具有雷達跟蹤模式，可以在操作者的控制下通過回旋操作來鎖定目標。美海軍官員希望火控人員、作戰(zhàn)專家和其他操作過“密集陣”系統(tǒng)的人員能夠較容易地操作激光器。如果試驗成功，激光武器將正式投入作戰(zhàn)使用。海軍還通過“固體激光器技術(shù)成熟計劃”，開發(fā)新型激光武器樣機，計劃2016財年開始樣機試驗。這一系列動作的主要目的是為未來艦載激光武器評估合適的艦艇平臺，開發(fā)配套的探測、通信和控制技術(shù)，這些都是激光武器實際應用所必須的。

美國國會研究服務處2014年4月發(fā)布的關(guān)于艦載激光器的報告中指出，美海軍在2011年5月20日的簡報中發(fā)布了艦載激光武器廣義的計劃草案，主要分為3個階段：2017年實現(xiàn)60～100千瓦的光束功率；2022年之前實現(xiàn)300～500千瓦的光束功率；2025年后實現(xiàn)1兆瓦以上的功率?？梢姡龖?zhàn)術(shù)應用外，海軍也在積極開發(fā)兆瓦級的戰(zhàn)略應用激光武器。

空軍計劃2030年開發(fā)出用于第六代戰(zhàn)斗機的激光武器系統(tǒng)

美國空軍正在調(diào)整其激光武器計劃，以滿足不斷變化的軍事需求。美國空軍從2009年開始實施“大型飛機電激勵激光器”（ELLA）計劃，目標是利用電激勵固體激光器替代化學激光器，在2020年前開發(fā)出一種機載高能激光武器系統(tǒng)。美國空軍原計劃通過ELLA計劃，將美國國防高級研究計劃局（DARPA）的高能液體激光區(qū)域防御系統(tǒng)（HELLADS）集成到B-1轟炸機上，但該計劃最終因技術(shù)難度過大而被取消。2014年1月的《空軍內(nèi)情》披露，ELLA計劃已于2011年下馬，空軍已重新計劃用15年時間為第六代戰(zhàn)斗機研發(fā)進攻性激光武器，其功率將達到數(shù)百千瓦。事實上，2013年11月，空軍發(fā)布用于第六代戰(zhàn)斗機的激光武器信息征詢書，要求到2022年該激光武器達到技術(shù)成熟度5級以上（系統(tǒng)組件可以在“合理的真實支持條件下”集成，可在模擬環(huán)境中進行測試）。在機載反導激光武器項目下馬后，美國空軍在激光武器發(fā)展方面更加謹慎，但其對激光武器的需求一直存在。

總的來看，明確激光器的技術(shù)路線是戰(zhàn)術(shù)激光武器最緊迫的任務?，F(xiàn)有樣機試驗計劃能否轉(zhuǎn)為型號研制，將取決于作戰(zhàn)需求，技術(shù)成熟度，系統(tǒng)集成的復雜性和經(jīng)濟可承受性。

激光器和光束控制等關(guān)鍵技術(shù)水平不斷提高

戰(zhàn)術(shù)激光武器的首選激光器是固體激光器，這種激光器具有結(jié)構(gòu)緊湊、出光效率高等技術(shù)優(yōu)勢。基于電激勵的固態(tài)激光器，以板條固體激光器和光纖激光器為代表，具有體積小、重量輕、效率高、壽命長等特點，目前的輸出功率已達100千瓦級，展現(xiàn)出戰(zhàn)術(shù)應用前景。隨著激光器功率的提高，激光武器對光束控制系統(tǒng)等的要求也會更高，研發(fā)配套的光束控制系統(tǒng)是戰(zhàn)術(shù)激光武器實用化的必要條件之一。

板條固體激光器

板條激光器當前的發(fā)展已基本達到研制戰(zhàn)術(shù)高能激光武器所需要的技術(shù)水平，當務之急是解決散熱問題。

板條固體激光器是美國國防部“聯(lián)合高能固體激光器”（JHPSSL）計劃的主要成果。2009年3月，板條固體激光器輸出功率首次達到105千瓦，但其光電轉(zhuǎn)換效率為19.3%，這意味著80%以上的初始能量將成為廢熱。激光束的產(chǎn)生需要大量的制冷劑進行溫度控制，散熱問題對冷卻系統(tǒng)和能源系統(tǒng)的要求極高，從而導致整套系統(tǒng)體積和重量劇增，不利于在戰(zhàn)術(shù)平臺上使用。而且這套系統(tǒng)基本上是實驗室的實驗裝置，距離作戰(zhàn)應用仍存在技術(shù)障礙。2011年，美國海軍利用15千瓦的板條固體激光器，對1.6千米以外移動的靶船進行了演示試驗。從試驗圖片看，武器系統(tǒng)幾乎占據(jù)了試驗艦（DD964）的整個飛行甲板，如果將功率擴展到100千瓦，艦艇根本沒有足夠的容納空間。endprint

光纖激光器

目前光纖激光器的發(fā)展迅速，但光束質(zhì)量和功率有待提高。

光纖激光器結(jié)構(gòu)較簡單、散熱效果較好、轉(zhuǎn)換效率較高。目前，單模光纖激光器的輸出功率已經(jīng)達到10千瓦。在此基礎(chǔ)上，美、德等國已經(jīng)開始多模塊光纖激光器技術(shù)及其軍事應用研究。2010年，美國利用商業(yè)光纖激光器（由6個模塊組成，總功率32千瓦）摧毀2架無人機，初步驗證了光纖激光器在導彈防御、戰(zhàn)術(shù)防空等領(lǐng)域的作戰(zhàn)能力。2012年，歐洲導彈集團公司（MBDA）德國子公司和德國萊茵金屬公司先后完成40千瓦和50千瓦激光器的防空作戰(zhàn)演示。2013年，美國陸軍空間與導彈防御司令部授予洛克希德·馬丁公司60千瓦光纖激光器研發(fā)合同，計劃2016年實現(xiàn)目標?？傮w來看，單模光纖激光器的輸出功率有限，多纖并束產(chǎn)生的光還是非相干光，能量集中較為困難。

光束控制技術(shù)

當前的光束控制技術(shù)已能在幾千米范圍內(nèi)適應各種激光武器的需要，用于更遠射程和更高功率的系統(tǒng)則有待重新開發(fā)。

激光武器的殺傷效果決定于激光在同一點上的停留時間，大氣湍流、平臺晃動等都會影響其殺傷效果，而光束控制系統(tǒng)的主要功能就是瞄準、保持、修正、發(fā)射。迄今，國外已研制出不同尺寸，能適應不同類型和不同功率激光器的光束控制系統(tǒng)，其中發(fā)射主鏡的最大尺寸是1.8米。但是，前期的研究主要針對化學激光器，適用于固體激光器的光束控制系統(tǒng)需要重新開發(fā)。2013年8月，美國陸軍發(fā)布了一條需求信息，尋求可用于50～100千瓦固體激光器的光束控制系統(tǒng)。近年來，針對海上環(huán)境、移動艦艇平臺的激光光束控制技術(shù)取得了較大突破，美國海軍已經(jīng)能夠做到將光束保持穩(wěn)定，這是該系統(tǒng)的機密技術(shù)。

基礎(chǔ)研究和前沿探索非?；钴S，將對激光武器產(chǎn)生革命性影響

積極探索多種光纖激光器光束合成技術(shù)

單路光纖激光輸出功率有限，通過光束合成可實現(xiàn)更高功率的激光輸出。國外采用的激光光束合成方法有光譜合成、偏振合成、相干合成、非相干合成等。其中，光譜合成無需進行相位控制，系統(tǒng)穩(wěn)定性好，是近期實現(xiàn)大功率光纖激光輸出的有效手段之一。美國洛克希德·馬丁公司正在開展研究，具體研制工作由該公司下屬全資子公司奧庫萊特公司（Aculight，2007年被收購）承擔，基本技術(shù)方案是：利用光譜合成技術(shù)將30路單路2千瓦窄線寬光纖激光器合成，實現(xiàn)60千瓦輸出。

除上述合成技術(shù)外，激光光學相控陣也是實現(xiàn)大功率激光器的有效手段之一。DARPA于2011年啟動“亞瑟王神劍”項目，目標是開發(fā)激光光學相控陣技術(shù)，獲得重量只有傳統(tǒng)化學激光武器的1/10、輸出功率達數(shù)百千瓦的高能激光武器系統(tǒng)。2014年，DARPA宣布近期在“亞瑟王神劍”項目下成功開發(fā)并測試了21單元激光光學相控陣樣機。激光光學相控陣主要由光纖激光器、自適應光學準直器、相位/波面控制系統(tǒng)等組成。光學相控陣概念源于微波相控陣，通常用于目標識別、激光通信、激光雷達等，DARPA將光學相控陣技術(shù)引入激光武器的發(fā)展思路，具有創(chuàng)新性，同時也具有相當?shù)碾y度。目前這種方案仍處于技術(shù)探索階段，其激光器輸出功率較低。但DARPA計劃在3年內(nèi)，將其功率逐步提高至100千瓦。值得注意的是，DARPA在2012財年已經(jīng)驗證了7個單元陣列在7千米距離處的光束合成技術(shù)。為了加快技術(shù)轉(zhuǎn)化和應用，DARPA在“亞瑟王神劍”項目基礎(chǔ)上派生出一項名為“持久力”的項目，目標是利用光學相控陣技術(shù)開發(fā)機載吊艙式激光防御系統(tǒng)，以對抗光電/紅外制導防空導彈，項目預計2016年9月完成。

光束控制技術(shù)為戰(zhàn)術(shù)高能激光武器走向?qū)嵱锰峁┲匾?/p>

高能激光器技術(shù)和光束控制技術(shù)是支撐高能激光武器的“兩條腿”，只有共同發(fā)展才能推動戰(zhàn)術(shù)高能激光武器邁向戰(zhàn)場應用。高能激光武器的攻擊過程始于光束控制系統(tǒng)。當探測系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)目標后，光束控制系統(tǒng)從待機模式切換到作戰(zhàn)模式，然后轉(zhuǎn)動、捕獲、瞄準目標，最終鎖定一個精確的攻擊點發(fā)射高能激光。在激光器參數(shù)不變的情況下，其殺傷效果取決于高能激光束在同一點上的照射時間，而戰(zhàn)術(shù)高能激光武器要想在飛機或艦艇上應用，必須消除平臺晃動對激光束穩(wěn)定性的影響，這對光束控制技術(shù)提出了很高要求。此外，大氣湍流、海上水汽等也會影響激光束的傳播，這都需要通過光束控制系統(tǒng)進行修正。

2013年1月，DARPA授予洛克希德·馬丁公司一份價值950萬美元的修訂合同，作為“自適應光束控制”（ABC）項目的一部分，該合同將通過設(shè)計典型光路、等比例炮塔并進行風洞試驗，改善戰(zhàn)術(shù)飛機高能激光武器的性能。同時，美陸軍也在尋求可用于50～100千瓦激光器的光束控制系統(tǒng)。由上可見，美國在研究50千瓦及以上高功率固體激光器的同時，也在大力發(fā)展與之匹配的光束控制系統(tǒng)。光束控制系統(tǒng)一旦實現(xiàn)小型化、輕量化，結(jié)合高能激光器研究已經(jīng)取得的豐碩成果，必將推動戰(zhàn)術(shù)高能激光武器走向戰(zhàn)場應用。

戰(zhàn)術(shù)激光武器的各項關(guān)鍵技術(shù)正在不斷成熟，目前美軍已做好了近、中、遠期的發(fā)展規(guī)劃，形成了梯次布局，且在發(fā)展技術(shù)的同時，將其他配套措施納入整體，統(tǒng)籌考慮。我們在關(guān)注戰(zhàn)術(shù)激光武器發(fā)展的同時，也應立足于近期的軍事應用，并以此帶動各項激光技術(shù)的研究和發(fā)展，為最終實現(xiàn)實用化激光武器積累技術(shù)，鋪平道路。endprint