戰(zhàn)術(shù)激光武器陸戰(zhàn)場(chǎng)運(yùn)用思考

李朝龍,崔旭濤,趙 寒,張 維,王 宇

(1.軍事科學(xué)院戰(zhàn)爭研究院,北京 100086；2.陸軍研究院,北京 100010；3.32048部隊(duì),北京 100010)

1 引 言

新時(shí)代條件下陸軍防空任務(wù)正在受到新型遠(yuǎn)程精確無人武器的巨大挑戰(zhàn),傳統(tǒng)遠(yuǎn)中近程防空武器系統(tǒng)亟需進(jìn)行變革性重組和加入新型防空力量,戰(zhàn)術(shù)激光武器的創(chuàng)新運(yùn)用由此孕育而生。通過評(píng)估美俄在敘利亞戰(zhàn)爭中,可以得出以激光制導(dǎo)武器、加載激光系統(tǒng)的無人化武器正在廣泛參與現(xiàn)代戰(zhàn)爭的各個(gè)層面,特別是針對(duì)陸戰(zhàn)場(chǎng)的集中投入使用,表現(xiàn)出精確制導(dǎo)化程度高、對(duì)抗傳統(tǒng)干擾技術(shù)強(qiáng)、雷達(dá)信號(hào)捕獲難、反制措施有限等特點(diǎn)。戰(zhàn)爭形態(tài)的悄然演變,一方面正在推動(dòng)陸軍裝備不斷發(fā)展高新概念作戰(zhàn)武器系統(tǒng),另一方面也對(duì)陸軍現(xiàn)有對(duì)抗裝備的升級(jí)改造提出新的要求。

2 戰(zhàn)術(shù)激光武器的主要特征

激光武器是采用發(fā)射激光束直接毀傷目標(biāo)的定向能武器,相比較傳統(tǒng)毀傷武器,屬于效費(fèi)比優(yōu)良的陸軍近程防空反導(dǎo)武器系統(tǒng)。主要具有以下技術(shù)特征:

(1)波長短,衍射效應(yīng)小；戰(zhàn)術(shù)激光武器的波長越短,則能量越大,其破壞性和殺傷力也越大。但也存在容易被空氣散射,導(dǎo)致有效距離極大縮短。

(2)發(fā)射速度瞬時(shí)。戰(zhàn)術(shù)激光武器實(shí)現(xiàn)以光速毀傷敵方目標(biāo),可以達(dá)成發(fā)現(xiàn)即摧毀。但也對(duì)情報(bào)預(yù)警提出更高要求,需提供一定作戰(zhàn)準(zhǔn)備時(shí)間。

(3)系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)只需保障電力。在確保電力充足的條件下,不依賴彈藥等后勤物資供應(yīng),在配合相關(guān)地面武器系統(tǒng)使用中,可極大減輕其他軍需器材的保障壓力。

(4)抗干擾能力強(qiáng)。激光傳輸基本不受外界電磁對(duì)抗干擾,可在復(fù)雜電磁對(duì)抗戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中作戰(zhàn),攻擊的目標(biāo)使用現(xiàn)有電磁干擾技術(shù)無法躲避戰(zhàn)術(shù)激光武器打擊。

(5)效費(fèi)比突出。多數(shù)防空導(dǎo)彈的成本相對(duì)過于昂貴,其中硬件如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)、導(dǎo)引系統(tǒng)、電子設(shè)備、彈體等都屬一次性消耗。而戰(zhàn)術(shù)激光武器發(fā)射過程中僅消耗電能,成本可控較低,對(duì)于攻擊侵入空域經(jīng)濟(jì)價(jià)值不高、數(shù)量較多的目標(biāo),以及陸域清障排雷等任務(wù),戰(zhàn)術(shù)激光武器優(yōu)勢(shì)明顯。

3 主要任務(wù)清單及效能

本文主要定位國土防御及邊境反擊作戰(zhàn)條件下的戰(zhàn)術(shù)激光武器作戰(zhàn)運(yùn)用和防御作戰(zhàn)目標(biāo)分析。未來戰(zhàn)術(shù)激光武器在陸戰(zhàn)場(chǎng)重點(diǎn)運(yùn)用于野戰(zhàn)防空任務(wù)和要點(diǎn)、要地防空任務(wù)。其可能任務(wù)清單包括:

3.1 反空地末端光電精確制導(dǎo)武器

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中國土防空和海上防空的點(diǎn)防空已從反飛機(jī)臨空轟炸為主轉(zhuǎn)向以反精確制導(dǎo)武器攻擊為主,對(duì)于有重大價(jià)值的敏感點(diǎn)目標(biāo),包括地面點(diǎn)目標(biāo)(如軍事、政治指揮部和廣播電臺(tái)、電視臺(tái)等)和海上艦船,是精確制導(dǎo)武器攻擊的重點(diǎn)。精確制導(dǎo)武器包括巡航導(dǎo)彈、各類空地導(dǎo)彈、各類反艦導(dǎo)彈和制導(dǎo)炸彈,目前,這些武器既是軍事強(qiáng)國的關(guān)鍵性武器,也是多數(shù)采用光電制導(dǎo)系統(tǒng)的武器。采用戰(zhàn)術(shù)激光武器對(duì)抗強(qiáng)敵精確制導(dǎo)武器如能可靠實(shí)現(xiàn),將成為決定現(xiàn)代戰(zhàn)爭勝敗的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

3.2 反低空突防戰(zhàn)斗機(jī)、武裝直升機(jī)、查打無人機(jī)

未來空襲環(huán)境將日趨復(fù)雜嚴(yán)峻,低空突防戰(zhàn)斗機(jī)、武裝直升機(jī)、查打無人機(jī)是現(xiàn)代地面防空的重要作戰(zhàn)對(duì)象。在NSSIM仿真平臺(tái)中建立以上相關(guān)武器及場(chǎng)景對(duì)應(yīng)的想定,以美軍武器性能為例,見表1 NSSIIN仿真平臺(tái)中激光武器參數(shù)設(shè)置,形成敵我兵力部署及空襲路線圖,根據(jù)仿真模擬結(jié)果,如圖1無/有戰(zhàn)術(shù)激光武器參加的作戰(zhàn)效能分析,可得出激光武器融入防空體系對(duì)體系效能的影響,與敵方空襲兵器數(shù)量及我方裝備結(jié)構(gòu)有關(guān)。在近程防空作戰(zhàn)中,在一定范圍內(nèi),隨著敵方空襲兵器數(shù)量的增加,使用激光武器代替部分傳統(tǒng)防空武器,將使整個(gè)體系的作戰(zhàn)效能得到提高。

表1 NSSIIN仿真平臺(tái)中激光武器參數(shù)設(shè)置

圖1 無/有戰(zhàn)術(shù)激光武器參加的作戰(zhàn)效能分析

3.3 低慢小相關(guān)目標(biāo)

低慢小相關(guān)目標(biāo)多數(shù)采用大量高密度、高強(qiáng)度的尼龍材料、碳纖維、環(huán)氧樹脂等作為重要制作原料。戰(zhàn)術(shù)激光武器對(duì)以上材料在高強(qiáng)度輻照下可瞬時(shí)產(chǎn)生毀傷效果,激光燒蝕是一個(gè)瞬態(tài)熱分析過程,利用ANSYS軟件對(duì)激光燒蝕尼龍材料的溫度場(chǎng)變化進(jìn)行數(shù)值模擬,表明使用功率密度為100 W/cm2的高斯光束對(duì)尼龍材料目標(biāo)照射,在相同功率密度條件下,均勻分布的光束相比高斯分布的光束對(duì)材料的燒蝕效果更明顯,可對(duì)低慢小目標(biāo)進(jìn)行功能性毀傷。

3.4 戰(zhàn)術(shù)光電觀瞄支援分隊(duì)目標(biāo)壓制與毀傷。

戰(zhàn)術(shù)激光武器在陸戰(zhàn)場(chǎng)中主要可編配于地面防空力量,形成配搭防空導(dǎo)彈、高射炮等武器的一體化防空火力網(wǎng),實(shí)現(xiàn)在遠(yuǎn)、中、近程防空反導(dǎo)能力的提升和火力防御強(qiáng)度。

4 戰(zhàn)術(shù)激光武器在陸戰(zhàn)場(chǎng)中實(shí)際運(yùn)用

4.1 毀傷光電探測(cè)系統(tǒng)

光電精確制導(dǎo)武器的導(dǎo)引系統(tǒng),以及無人機(jī)的光電控制感應(yīng)系統(tǒng),其中用于偵察導(dǎo)引和精確打擊的核心元器件主要依賴波段不同的光電探測(cè)感應(yīng)器材。該器件可使用激光對(duì)其進(jìn)行壓制,從而使其失效和無法感應(yīng),這是戰(zhàn)術(shù)激光武器的主要作用原理。

戰(zhàn)術(shù)激光武器由于其高能量入射激光透過對(duì)抗目標(biāo)光學(xué)系統(tǒng)匯集到焦平面附近的光電探測(cè)器表面,利用光學(xué)增益效果提高靶面能量密度,達(dá)到材料損傷閾值后,可以造成探測(cè)器熔融毀傷,繼而對(duì)讀出電路等配套電子設(shè)備形成結(jié)構(gòu)性損傷和功能性破壞,導(dǎo)致光電探測(cè)器失去效能。對(duì)帶有濾光功能的光學(xué)系統(tǒng),可以損傷濾光片膜系或基底材料,導(dǎo)致透光率、工作波段等性能參數(shù)發(fā)生徹底改變,降低或失去精確制導(dǎo)能力。

激光制導(dǎo)的核心器件是四象限探測(cè)器,其由四個(gè)獨(dú)立二極管構(gòu)成,工作原理主要是依據(jù)四個(gè)象限信號(hào)取差計(jì)算角偏差,因此四個(gè)象限響應(yīng)度必須一致以保持高定位精度。由于探測(cè)器位于導(dǎo)引頭光學(xué)系統(tǒng)焦面附近,具有較高的光學(xué)增益,當(dāng)入射激光通過導(dǎo)引頭光學(xué)系統(tǒng)會(huì)聚到探測(cè)器表面任何一個(gè)象限,對(duì)其造成損傷后,將導(dǎo)致被破壞象限響應(yīng)度降低甚至完全無信號(hào)輸出,四個(gè)象限響應(yīng)一致性大幅下降。當(dāng)其他三個(gè)象限仍正常接收目標(biāo)反射激光信號(hào),就會(huì)產(chǎn)生固定角偏差和脫靶量,使導(dǎo)彈偏離目標(biāo)飛行,最終無法準(zhǔn)確命中目標(biāo)。

成像制導(dǎo)武器光電探測(cè)器件和無人機(jī)載光電偵查傳感器均是弱光探測(cè)系統(tǒng),靈敏度高,且位于導(dǎo)引頭光學(xué)系統(tǒng)焦平面上,光學(xué)增益高,因此,易受激光損傷。入射激光通過光學(xué)系統(tǒng)會(huì)聚后在探測(cè)器表面產(chǎn)生高能量密度,當(dāng)激光輻射足夠強(qiáng)時(shí),將對(duì)成像器件數(shù)個(gè)象元造成破壞,使讀出電路電極短路或斷路,進(jìn)而導(dǎo)致器件無圖像信號(hào)輸出,導(dǎo)引頭無法鎖定目標(biāo)實(shí)施精確制導(dǎo),命中精度大幅降低。

激光測(cè)距機(jī)雪崩二極管探測(cè)器具有高響應(yīng)度和量子效率。為提高測(cè)程,常采用較大入瞳尺寸,獲得高光學(xué)增益。激光通過測(cè)距機(jī)光學(xué)系統(tǒng)會(huì)聚后,能量密度大幅提高,達(dá)到雪崩二極管損傷閾值后,對(duì)其造成損傷,無法接受激光回波信號(hào),失去測(cè)距功能。

當(dāng)機(jī)載光電觀瞄/火控系統(tǒng)的偵察光電傳感器、激光測(cè)距機(jī)雪崩二極管探測(cè)器受到損傷,將不能對(duì)目標(biāo)實(shí)施成像偵察,難以鎖定目標(biāo)、獲取距離信息,火控計(jì)算機(jī)就無法解算彈道參數(shù)、控制武器投放,不能精確命中目標(biāo),喪失核心能力。

4.2 激光毀傷飛行器殼體

飛行器機(jī)身部件材料主要有鋁、鎂、鋼、鈦、鎳、陶瓷、石墨等,戰(zhàn)術(shù)激光武器可以通過利用激光的高能量密度特性直接輻照飛行器殼體,產(chǎn)生熱熔融過程,并燒蝕相關(guān)器件。其毀傷目標(biāo)的主要原理是:目標(biāo)在戰(zhàn)術(shù)激光武器的持續(xù)高強(qiáng)度照射下,其作用部分被瞬間加熱、升溫,當(dāng)目標(biāo)被激光照射部分的溫度升高到目標(biāo)材料的熔化溫度時(shí),目標(biāo)在被激光照射處形成凹坑或造成穿孔,甚至由于高溫高壓產(chǎn)生熱爆炸,造成目標(biāo)結(jié)構(gòu)功能破壞。

4.3 主要運(yùn)用方式

按照戰(zhàn)術(shù)激光武器在陸戰(zhàn)場(chǎng)不同作戰(zhàn)行動(dòng)、防御任務(wù)、威脅等級(jí),可進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的防御部署,通常有三種方式:點(diǎn)防御方式、區(qū)域防御方式、伴隨防御方式(如圖2所示)。

圖2 防御部署方式

5 戰(zhàn)場(chǎng)實(shí)際需求和發(fā)展探討

5.1 伴隨防護(hù)

當(dāng)前,傳統(tǒng)防空武器普遍存在點(diǎn)射能力弱問題,自動(dòng)速射高射炮多管組合形式雖然能夠解決部分問題,其機(jī)動(dòng)能力制約了實(shí)戰(zhàn)效果。戰(zhàn)術(shù)激光武器的發(fā)展前景和運(yùn)用特點(diǎn),使其成為進(jìn)程防空武器的可以預(yù)期的有效補(bǔ)充手段,對(duì)陸戰(zhàn)場(chǎng)的防御作戰(zhàn)機(jī)動(dòng)化有大幅提升作用,可以適應(yīng)伴隨防空作戰(zhàn)任務(wù)的實(shí)際需求。

5.2 要地防空

目前光電對(duì)抗準(zhǔn)備體系中,結(jié)合外軍激光武器的應(yīng)用發(fā)展趨勢(shì),戰(zhàn)術(shù)激光武器系統(tǒng)是可以預(yù)期具有實(shí)戰(zhàn)運(yùn)用前景的新型激光對(duì)抗武器裝備,可以彌補(bǔ)傳統(tǒng)電子對(duì)抗裝備存在的不足和弱項(xiàng),其具有的高精度光電跟瞄、激光損傷及多目標(biāo)對(duì)抗能力,更加能夠適應(yīng)未來高端戰(zhàn)爭中機(jī)動(dòng)性、精確性、火力持續(xù)性等需求,在時(shí)效性和復(fù)雜性顯著突出的陸戰(zhàn)場(chǎng)中遂行各種防空護(hù)衛(wèi)任務(wù),為要地防空提供有效途徑。還能配合其他光電對(duì)抗武器進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)化協(xié)同作戰(zhàn),形成對(duì)抗功能與作用距離梯次配置的防空護(hù)衛(wèi)光電對(duì)抗裝備系統(tǒng),提升綜合防護(hù)軍事效益。

5.3 末端防御

戰(zhàn)術(shù)激光武器系統(tǒng)可作為末端防御系統(tǒng)的組成部分之一,與光電信息分系統(tǒng)、綜合對(duì)抗分系統(tǒng)、防空制導(dǎo)炮彈分系統(tǒng)等共同組成末端防御系統(tǒng),如圖3所示。

圖3 末端防御系統(tǒng)的組成示意

以上系統(tǒng)中,光電信息分系統(tǒng)的作用是為各個(gè)分系統(tǒng)提供目標(biāo)信息,并通過戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行互聯(lián)互通,確保戰(zhàn)術(shù)激光武器與其他系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)同作戰(zhàn),達(dá)成對(duì)目標(biāo)的遠(yuǎn)近中程全覆蓋、點(diǎn)面結(jié)合、分層分次、多種手段有效防護(hù)。

末端防御武器系統(tǒng)配備具有硬毀傷、光電對(duì)抗和激光毀傷能力的多型武器,可實(shí)現(xiàn)多層梯隊(duì)式防御攔截,如圖4所示。

圖4 多層防御攔截示意

戰(zhàn)術(shù)激光武器系統(tǒng)可在8～20 km電子干擾層與綜合光電對(duì)抗系統(tǒng)配合協(xié)同,對(duì)來襲目標(biāo)實(shí)施干擾,在3～8 km激光毀傷/彈炮摧毀組合層通過對(duì)目標(biāo)光電探測(cè)器實(shí)施毀傷,配合近防高炮、防空導(dǎo)彈、光電對(duì)抗實(shí)現(xiàn)中段防空功能,在0.5～3 km光電欺騙/彈炮摧毀組合層通過攔截“低慢小”飛行物,由防空導(dǎo)彈與綜合對(duì)抗系統(tǒng)對(duì)來襲目標(biāo)進(jìn)行毀傷/誘偏,協(xié)同完成末段防護(hù)任務(wù)。