趙彥森 李 強 周 淳

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

1 引言

現(xiàn)代海戰(zhàn)中,反艦導彈以及空中戰(zhàn)斗機對艦艇的生存構(gòu)成了嚴重威脅?，F(xiàn)有的艦載反導系統(tǒng)已不能滿足要求,尋求新的防空手段迫在眉睫,艦載激光武器以其無可比擬的優(yōu)點,便應運而生[1]。

艦載激光武器是利用其產(chǎn)生的強激光束,在目標表面產(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,主要用于攻擊掠海飛行的導彈,毀傷導彈或智能型炸彈上的激光電視傳感器,擊落殲擊機和直升機等,保護近海岸或內(nèi)陸部隊不受非直接殺傷武器的威脅。

艦載激光武器按應用范圍可以分為戰(zhàn)略和戰(zhàn)術(shù)激光武器兩大類。艦載戰(zhàn)略激光武器是用于反洲際彈道導彈、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)將會率先投入海戰(zhàn)。本文就艦載激光武器及其發(fā)展狀況、發(fā)展趨勢,做進一步的研究和探討。

2 艦載激光武器組成及其特點分析

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,各國研究的高能激光器主要有二氧化碳、化學、準分子、自由電子激光器等。而據(jù)美國海軍研究,波長為1.6μ m的自由電子激光器最適合應用于艦載激光武器。高精度跟蹤瞄準系統(tǒng)用來捕獲、跟蹤目標,引導光束瞄準發(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,并通過自適應補償校正消除大氣效應對激光束的影響,以保證將高質(zhì)量的激光束聚焦到目標上,達到最佳的破壞效果,其主要部件是高反射率、耐高能激光輻射的大型反射鏡。

激光武器攔截來襲反艦導彈或戰(zhàn)斗機的一般過程如下[3]:首先由遠程預警雷達捕獲、跟蹤目標,將反艦導彈或飛機等有關(guān)信息傳給指控系統(tǒng);指控系統(tǒng)將目標信息處理后引導高精度跟蹤瞄準系統(tǒng)捕獲、鎖定、跟蹤目標,然后引導光束控制與發(fā)射系統(tǒng)有關(guān)部分準確地對準目標。當敵方目標飛到適當位置時,指控系統(tǒng)發(fā)出攻擊指令,啟動激光器發(fā)射激光攔截目標。

2.2 艦載激光武器的特點

激光武器作為是一種定向能武器,具有以下主要特點[7,9]:

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

2)反應靈敏。由于激光束的行進時間和光束質(zhì)量可以認為是零,幾乎沒有慣性,因此,能迅速改變光束方向,頻繁發(fā)射,對付多個目標。

3)機動性強。艦載激光武器相比于陸基激光武器,攻擊敵方目標或太空衛(wèi)星后,可機動地行使于海面,大大降低了武器系統(tǒng)被回擊命中的概率。

4)射擊精度高。艦載激光武器的目標跟蹤瞄準系統(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跟蹤單一方向,攻擊目標群中的任一目標或目標中的某一部位。

5)殺傷力可調(diào)節(jié)。通過調(diào)節(jié)激光器的發(fā)射功率和射擊距離,可對目標進行不同程度的殺傷,如“軟殺傷”和“硬殺傷”,適應不同的海面作戰(zhàn)要求。

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

在當前時代背景之下，必須借助政府部門、醫(yī)藥企業(yè)、社會輿論等多方面、全方位地協(xié)調(diào)發(fā)力，以推動醫(yī)藥企業(yè)社會責任的最終落實。

1)殺傷力受射程限制。對同一激光武器來說,當射程增大時,因激光束發(fā)散,照射在目標上的光斑增大,功率密度減小,從而其殺傷力變?nèi)?尤其對于用艦載激光武器進行反衛(wèi)星作戰(zhàn)。

2)不能全天候工作。激光束經(jīng)大氣傳輸時,大氣狀態(tài)對其影響較大,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、散射和位移,使激光武器不能全天候工作,對激光武器的殺傷力都有相當大的影響。

盡管如此,激光武器上艦,其優(yōu)點遠大于其缺點。在現(xiàn)代高技術(shù)海戰(zhàn)中,利用激光武器來攔截和擊毀大量入侵的低空飛機、戰(zhàn)術(shù)導彈以及超低空掠海飛行的巡航導彈等,仍是一種相當理想的防空武器。因此,一些發(fā)達國家特別是美國、前蘇聯(lián)及其它西方國家,都競相研制高能激光武器,開展激光武器海上試驗。

3 艦載激光武器發(fā)展現(xiàn)狀

3.1 英國艦載激光眩目照射器

世界上第一種參加實戰(zhàn)的低能激光武器是英國研制的激光眩目照射器,其作用是以強激光照射人眼,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方的光電制導系統(tǒng)失靈。在1982年的英、阿馬島海戰(zhàn)中,英國曾成功地使用了這種艦載激光眩目照射器。英國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戰(zhàn)艦有:“亞爾古水手”號護衛(wèi)艦、“考文垂”號護衛(wèi)艦、“華美”號護衛(wèi)艦、“林德”級護衛(wèi)艦及22型護衛(wèi)艦等。

盡管外界對英國艦載激光眩目照射器議論紛紛,但英方卻一直守口如瓶。從各種報道中,可大致勾畫出這種艦載激光眩目器的情況:它由激光發(fā)射器、雙目瞄準鏡、電氣設(shè)備等組成,前兩部分裝在1個長約1.5m的長方形箱體內(nèi),箱體裝在基座上箱體由手控控制方位、俯仰運動,操作手通過瞄準鏡瞄準目標。電氣部分裝在基座內(nèi)。系統(tǒng)高約1.5m,整個系統(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0.53μ m。對飛行員眩目距離為5km。據(jù)信,這種艦載激光眩目照射器造價約為2550萬美元。

3.2 蘇聯(lián)/俄羅斯艦載激光武器

前蘇聯(lián)對艦載激光武器研究十分重視,但十分保密,從零星報道中可知具有相當水平。蘇聯(lián)激光致盲武器早有樣機,并且裝在水面艦艇上試驗過。1987年,在蘇聯(lián)艦艇附近上空的美國偵察機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)斗機駕駛員也曾聲稱因被蘇聯(lián)激光系統(tǒng)照射而致盲。蘇聯(lián)曾在1艘萬噸級的“基洛夫”級巡洋艦上建立了氟化氘化學激光器,可擊毀10km外掠海飛行的導彈。

3.3 美國艦載激光武器

美國海軍早在1971年就成立了高能激光武器計劃管理辦公室,具體負責海軍高能激光武器的研發(fā)工作[1]。經(jīng)過多年的研發(fā),美國在戰(zhàn)術(shù)高能激光武器,尤其是在艦載高能激光武器領(lǐng)域,研究成果相當豐碩,在多項關(guān)鍵技術(shù)方面取得了突破。

此后,美國海軍就加緊了自由電子激光器的研制,并且設(shè)計和制造一種新的自由電子激光器,它被形象地稱為“光槍”,功率可達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,美國海軍計劃在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,美國海軍還在開發(fā)一種被稱為“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行自衛(wèi)和對付反艦巡航導彈、無人駕駛飛行器、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、適應性強,被稱為“一種革命性的設(shè)計方法”。它是一種使用一個或者多個激光模塊組成的激光陣列。每個模塊包含一個單發(fā)激光武器,單次發(fā)射時的峰值能量為10kJ。如果該系統(tǒng)多個模塊連續(xù)發(fā)射,則可以在不到一秒鐘的時間內(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方面,美國海軍研究力度也在不斷加大。2009年早些時候,美國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行了第一次陰極注射器發(fā)射試驗[8]。2009年6月,美國海軍在位于加利福尼亞州中國湖的海軍空中作戰(zhàn)中心,利用“水面海軍激光武器系統(tǒng)”樣機,跟蹤、射擊并擊落了數(shù)架無人機。

另外,2009年7月,美國諾?格公司空間與任務(wù)系統(tǒng)子公司獲得了美國海軍海上激光演示(MLD)項目合同,該合同總價為9800萬美元,為一項不定期交付/不限定數(shù)量合同。海上激光演示項目主要目的將其技術(shù)成熟度通過并提高至6級以上從而使該項目更加成熟。

據(jù)資料和近期報道顯示,美國海軍“宙斯盾”導彈驅(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”激光防御系統(tǒng)所取代[5]?！鞍偃碎L”激光防御系統(tǒng)采用固體激光,可以使用各種電源,可以利用簡單的發(fā)電機電源也可以利用常規(guī)動力與核動力艦艇上的電源。目前“百人長”激光系統(tǒng)正在白沙導彈試驗場進行試驗,該項目由美國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微米兆瓦級自由電子激光器會遇到許多高難度的物理、工程和系統(tǒng)問題。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?美海軍不會減緩在艦載激光武器相關(guān)方面的研制速度,相反,將會加大投入,加大研制力度。

4 艦載激光武器發(fā)展趨勢

目前,國外的艦載激光武器發(fā)展的很快,其發(fā)展趨勢:一是低能戰(zhàn)術(shù)激光武器將向小型多樣化、自動化、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、實用、智能的低能激光武器將更多地裝備艦艇部隊。這類干擾與致盲激光武器的一個發(fā)展重點是跟蹤、干擾甚至損毀包括飛機、火炮的瞄準測距設(shè)備、末段制導設(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),彌補現(xiàn)有武器性能上的不完善和火力配置空缺,組成一個多層次、多功能、多位一體的高效能防御、進攻武器系統(tǒng)。這種分工明確、重疊的多層防空火力網(wǎng),可使防空、反導總的理論攔截率達到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艦載激光武器的發(fā)展同樣具有深遠的影響。后續(xù)節(jié)能型第二代激光武器將采用波長更短的新一代激光器件。未來發(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。當目標被敵激光束擊中時,可以用后向反射法將激光束反射回發(fā)射處,或目標本身能旋轉(zhuǎn)運動使激光光束能量不能聚焦損毀自標,采用適當類型的煙霧保護目標也能有效衰減激光束能量。在保護戰(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目鏡,能保護眼睛免受當今戰(zhàn)場上最有可能碰到的低能激光器的傷害。目前,俄羅斯“白楊”-M 導彈采取了最先進的加大保護層和使彈體旋轉(zhuǎn)等措施,使激光武器難以持續(xù)定點攻擊目標,減少導彈的損傷程度。

5 結(jié)語

隨著各國艦載激光武器的不斷研制和開發(fā),其技術(shù)水平越來越高,它將逐步擔當軟殺傷和武器硬打擊雙重任務(wù)。在未來現(xiàn)代化戰(zhàn)爭或局部戰(zhàn)爭中,艦載激光武器將顯得越來越重要了[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,馬樂梅.艦載激光武器反導作戰(zhàn)使用研究[J].現(xiàn)代防御技術(shù),2006(4)

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

[4]寒亮,韓鋒,張平關(guān).國海軍艦載高能激光武器[J].激光與光電子學進展,2006(7)

[5]導彈驅(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展[J].激光與光電子學進展,2007(6)

[7]馮寒亮,韓風.美國海軍艦載高能激光武器[J].激光與光電子學進展,2007(6)

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

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