孫世巖，王 炳

(1.海軍工程大學，湖北 武漢 430033;2.海軍裝備部，北京 100084)

當前水面艦艇的總功率達到了數(shù)十兆瓦，但大部分能量都以機械能的形式存在，僅有小部分的能量用于武器、探測、通信、輔機等負載用電。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，未來先進軍事裝備所需電能將日益增加。綜合電力系統(tǒng)是以“電”為基本能量形態(tài)，將全艦的能量集中調(diào)配使用，可以對武器、探測、推進、輔機等設(shè)備所需能量進行整合，能夠為作戰(zhàn)平臺搭載激光炮、電磁炮等高能武器提供必要的能源。動力系統(tǒng)的變革將從根本上改變軍隊的武備和戰(zhàn)斗力。這在從帆船到蒸氣機艦船、從蒸氣機艦船到核動力艦船的兩次革命已經(jīng)得到驗證。

電能作為一種二次能源，近百年來被人類社會廣泛應用，人類生活、科學技術(shù)、交通、國防、通訊等無處不使用電能，就連當代的新概念武器，亦將有80%以上使用電、磁能，從而出現(xiàn)了高能武器家族。近年來，國內(nèi)外媒體對激光炮、電磁炮、微波炮等的科研試驗頻頻曝光，高能武器呈現(xiàn)出快速發(fā)展的趨勢，顛覆了幾百年來使用火藥發(fā)射彈丸的作用機理，被稱為是自“冷”兵器過渡到“熱”兵器之后的又一次武器革命，已成為先進國家搶占軍事科技領(lǐng)域制高點的標志性技術(shù)之一，也是近期美國國防部提出的改變“游戲規(guī)則”的五大顛覆性技術(shù)之一。

采用綜合電力系統(tǒng)的水面艦艇未來將率先實現(xiàn)高能武器裝備。資料顯示，國外發(fā)展綜合電力系統(tǒng)的深層背景是綜合應用電能，將新概念高能武器應用于艦船移動平臺上，高能武器技術(shù)與綜合電力系統(tǒng)技術(shù)具有相互牽引、相互推動的作用，成為未來海軍艦艇高新技術(shù)發(fā)展的增長點，對海軍裝備技術(shù)發(fā)展具有帶動作用。

可以預見，新的能源利用模式和武器機理，將逐步影響艦船平臺及作戰(zhàn)系統(tǒng)的設(shè)計理念，直至改變戰(zhàn)場作戰(zhàn)樣式和作戰(zhàn)指揮。正如計算機網(wǎng)絡技術(shù)引發(fā)機械化戰(zhàn)爭到信息化戰(zhàn)爭的變革，那么以綜合電力系統(tǒng)和高能武器為標志能否會引發(fā)新一輪的軍事變革?我們可以嘗試著梳理一下綜合電力艦和艦載高能武器的發(fā)展脈絡，按照未來作戰(zhàn)空間的能量尺度，從作戰(zhàn)模式轉(zhuǎn)變和武器裝備發(fā)展的角度，探討新一輪軍事變革的概念圖像。

1 近年來發(fā)展情況

1.1 綜合電力軍艦

目前，世界海軍強國已將綜合電力技術(shù)轉(zhuǎn)入主戰(zhàn)艦船的工程推廣應用階段，全世界共有13個國家的海軍宣布要在水面艦艇上使用綜合全電力推進系統(tǒng)，使該項技術(shù)發(fā)展迅速［1］。目前，美、英、法在建的DDG1000大型驅(qū)逐艦、45型驅(qū)逐艦、CVF航空母艦等主戰(zhàn)艦艇均采用綜合電力系統(tǒng)，F(xiàn)REMM護衛(wèi)艦、F125護衛(wèi)艦、LHD-8兩棲攻擊艦等也應用了部分綜合電力技術(shù)，其中，45型驅(qū)逐艦已于2008年12月入役，成為世界上第一型全面采用綜合電力技術(shù)的主戰(zhàn)艦船，預計未來海軍大、中型戰(zhàn)斗艦艇將主要以綜合電力系統(tǒng)為動力。

1.2 艦載激光炮

美國海軍激光炮武器的研發(fā)工作由來已久并很有代表性［2-4］。1978年美海軍率先用400kW的氟化氘化學激光器和瞄準/跟蹤器(NPT)組成的高能激光炮武器系統(tǒng)摧毀了飛行中的陶式反坦克導彈和“休伊”直升機。1985年其用2200千瓦的中紅外先進化學激光器(MIRACL)和“海石”光束定向器(SLBD)組成的高能激光炮武器系統(tǒng)摧毀了飛行中的靶機，在1989年和1994年的試驗中又分別摧毀了飛行中的超音速導彈和靜態(tài)“飛毛腿”導彈燃料箱。

近年來，美海軍在近海對岸作戰(zhàn)任務的驅(qū)使下，考慮到激光在海洋環(huán)境下的大氣傳輸特性以及裝艦適應性，放慢了化學激光器的研制步伐，轉(zhuǎn)向固體激光器和自由電子激光器，沿兩條路線進行螺旋式發(fā)展:一條是以裝艦適應性較好的固體激光器為基礎(chǔ)進行激光炮武器系統(tǒng)集成，開展相關(guān)試驗工作，為下一步裝備部隊做好準備;另一條是以自由電子激光器為重點進行更高功率激光炮武器的研制。固體激光器在同樣發(fā)射功率的情況下體積小、重量輕，雖然目前的發(fā)射功率只能達到50kW～100kW，但可與現(xiàn)有武器系統(tǒng)進行綜合集成，適合海戰(zhàn)場戰(zhàn)術(shù)使用。此前公布的激光“密集陣”系統(tǒng)LAWS于2007年開始設(shè)計，2008年進行了分系統(tǒng)試驗，2009年開始能力驗證，2010年5月進行了演示驗證，預計在2016年可形成裝備。同時，美國海軍將波長可調(diào)、大氣傳輸性能更好、技術(shù)更為先進的自由電子激光器作為長期發(fā)展目標。預計2015年以100kW的自由電子激光器為基礎(chǔ)，研制演示驗證樣機系統(tǒng)，具備在10km左右距離上毀傷反艦導彈的能力;2025年后達到兆瓦級水平，可用于攔截彈道導彈和攻擊低軌衛(wèi)星。

另外，俄羅斯、德國等也積極開展了相關(guān)研究，俄羅斯海軍的艦載氣體激光炮武器系統(tǒng)曾經(jīng)裝備部隊試用。

1.3 艦載電磁炮

2000年，美海軍啟動了DD(X)驅(qū)逐艦(后來的DDG-1000)的研制計劃，其上采用的綜合電力推進系統(tǒng)能為電磁軌道炮提供充足的電力。在此情況下，美海軍制定了電磁炮的“三步走”發(fā)展計劃，即:第一步(2005年前)，研制一套炮口動能為8MJ的電磁軌道炮縮比樣機，重點驗證原理可行性;第二步(2005～2012年)，研制一套炮口動能為32MJ的電磁軌道炮原理樣機和工程化樣機，除彈丸重量比型號樣機的輕外，其余指標都要達到型號樣機的指標，包括初速要大于2500m/s，軌道壽命要達到100發(fā);第三步(2012年后)，開展炮口動能為64MJ的電磁軌道炮型號樣機研制工作，為2020年～2025年形成裝備鋪平道路。2010年12月，美海軍在水面作戰(zhàn)中心使用32MJ的電磁軌道炮原理樣機成功進行了一次電磁軌道炮試射，彈丸速度超過了7Ma(2400m/s)，炮口動能達到了33MJ。2012年2月，美海軍在水面作戰(zhàn)中心又開始了32MJ工程化樣機試驗，如果軌道壽命能達到100發(fā)的指標，則基本實現(xiàn)了第二步目標。下一步將演示驗證電磁軌道炮的連發(fā)射擊性能和外彈道性能，研究工作將持續(xù)至2015財年。計劃在2016財年啟動炮口能量為64MJ的電磁軌道炮的海上演示試驗，預計在2020～2025年裝備部隊。受美國金融危機的影響，美國防預算從2012財年開始縮減，為了在軍費緊縮情況下降低電磁炮研制經(jīng)費需求，不排除美海軍對電磁軌道炮的炮口動能指標在30MJ～40MJ之間重新進行論證和選擇的可能性。

作為電磁發(fā)射技術(shù)的應用，艦載機電磁彈射技術(shù)要比電磁軌道炮發(fā)展更快、更接近于實戰(zhàn)，美國福特號航母首先采用此技術(shù)，并計劃于2015年交付海軍。同時，利用電磁推力可調(diào)可控、安全穩(wěn)定且成本低廉的特點，小衛(wèi)星、無人機、導彈和魚雷的發(fā)射均可采用類似技術(shù)［6-7］。

此外，國外各軍事強國也對發(fā)展高功率微波武器極其重視，而?；闹貜皖l率高功率微波武器系統(tǒng)由于受平臺限制較小將更接近于實戰(zhàn)應用［8］。美國Titan公司研制并測試了一種稱為先進技術(shù)演示系統(tǒng)的車載高功率微波武器，據(jù)稱這種微波系統(tǒng)可適合陸軍、海軍和空軍執(zhí)行各種作戰(zhàn)任務。

1.4 相互促進關(guān)系

一門年輕的新學科，它之所以能在短時間有長足發(fā)展，一方面又應用需求的刺激，另一方面又有技術(shù)發(fā)展的推動。

一是艦載高能武器與艦船綜合電力系統(tǒng)相互強力牽引。各國海軍的新概念武器重點發(fā)展艦載電磁軌道炮、激光炮、高功率微波武器等，均是以高能、高功率電能為發(fā)射能源。盡管當前水面艦艇的總功率達到了數(shù)十兆瓦，但大部分能量都以機械能的形式存在，僅有小部分的能量用于武器、探測等負載用電，還無法滿足新概念高能武器的發(fā)展要求，電磁軌道炮、激光炮等高能武器為綜合電力系統(tǒng)提供了強力牽引。綜合電力系統(tǒng)取得的巨大成功，也為電磁炮、激光炮等提供了充足的能源支持，奠定了堅實的發(fā)展基石，從根本上解決了上艦的基礎(chǔ)問題，意義非常重大。

二是艦載高能武器技術(shù)與綜合電力技術(shù)之間相輔相成。艦船綜合電力系統(tǒng)是以“電”為基本能量形態(tài)，研究艦船電能的產(chǎn)生、輸送、變換、分配以及利用電能實現(xiàn)艦船電力推進和高能武器發(fā)射。一方面，綜合電力系統(tǒng)中的儲能模塊、區(qū)域配電模塊、電能控制模塊等相關(guān)技術(shù)可以直接應用于電磁軌道炮、激光炮等艦載高能武器技術(shù)中;另一方面，艦載高能武器中大容量儲能系統(tǒng)、變流系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等也是未來艦船綜合電力系統(tǒng)中必不可少的功能模塊。可見，綜合電力系統(tǒng)與艦載高能武器系統(tǒng)存在一系列的共性技術(shù)，可以兼顧發(fā)展、互為所用。

2 對海軍作戰(zhàn)模式的影響

1)提升作戰(zhàn)效能、提高作戰(zhàn)效率

衡量武器作戰(zhàn)效能，無外乎反應時間、精度、射程和威力。在快速性和準確性方面，激光武器、微波武器等定向能武器可以做到“瞄準即命中、發(fā)射即相遇”，可基本忽略彈道飛行時間，武器的反應速度大幅提高;另外，定向能武器還可以從根本上克服常規(guī)武器火控解相遇過程中的武器彈道解算誤差和目標預測誤差，使武器控制精度提升至物理極限水平。在射程和威力方面。據(jù)有關(guān)計算，如果艦載電磁軌道炮炮口動能為32MJ，當初速達到2500m/s時，可發(fā)射10kg重的彈丸，最大射程可達150km以上，彈丸空中飛行時間為3min，彈著速度為1100m/s，撞擊目標的動能為6MJ。在戰(zhàn)斗初期的8個小時內(nèi)，電磁軌道炮發(fā)射的彈藥數(shù)量將達到艦載機中隊投放彈藥數(shù)量的6～13倍，撞擊總動能是后者的3～6倍，打擊目標的數(shù)量是后者的10倍，使水面艦艇的對陸打擊能力按數(shù)量級水平提升。而且無需飛行員冒生命危險，全天候持續(xù)作戰(zhàn)能力也優(yōu)于艦載機。

2)拓展作戰(zhàn)空間、豐富作戰(zhàn)使命

水面艦艇編隊遠海作戰(zhàn)，時刻都在敵偵察衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星的監(jiān)視之下，自身安全不易保證，目前還沒有有效手段防范。高能激光武器、微波武器將不會像艦載傳統(tǒng)動能武器那樣受空氣動力學和空間軌道動力學限制，可將任務空間拓展到100km高度以上，對低軌敵方偵察衛(wèi)星和彈道導彈實施干擾、致盲或摧毀，削弱敵方的信息優(yōu)勢，保護我海軍關(guān)鍵目標，掩護我海軍艦艇作戰(zhàn)行動的展開和實施;另外，圍繞20km～100km高度臨近空間作戰(zhàn)平臺的部署、進攻與防御，是21世紀世界軍事強國競爭的重要領(lǐng)域。但受空氣動力學方面的制約，目前具有打擊臨近空間作戰(zhàn)平臺目標功能的艦載武器，國際上也只有美海軍的“標準-3”型艦空導彈，造價約1000萬美元/枚以上，而艦載激光炮和電磁炮可填補海軍裝備體系在這一作戰(zhàn)領(lǐng)域的空白，使用成本也要低得多。此外，也可利用激光水下爆轟和電磁發(fā)射魚雷，拓展水面艦艇對水下的作戰(zhàn)空間。

3)作戰(zhàn)能量可調(diào)、作戰(zhàn)效果可控

一方面，由于電能是二次能源，它本身具有許多獨特優(yōu)點，綜合電力系統(tǒng)以電能的形式協(xié)調(diào)管理，使能量在各設(shè)備之間統(tǒng)一動態(tài)分配，充分發(fā)揮了電能在產(chǎn)生、傳輸、分配、使用上的優(yōu)勢，實現(xiàn)能量靈活調(diào)配、合理高效利用，使戰(zhàn)場能源使用效益達到最大化。

另一方面，高能武器的發(fā)射能量可以無級換擋調(diào)節(jié)，武器的終點效應閉環(huán)可控，既能實現(xiàn)致命性的硬殺傷，也能實現(xiàn)非致命性的軟殺傷，既可以完成攔截反艦導彈等硬摧毀，又可在有效射程內(nèi)拒止或驅(qū)趕作戰(zhàn)飛機、岸基敵對武裝分子和戰(zhàn)斗車輛以及水面艦艇，使其放棄攻擊任務。

核武器的誕生從客觀促使了有限戰(zhàn)爭成為可能，二次大戰(zhàn)以后各個戰(zhàn)爭的規(guī)模均在一定程度的控制之下，但戰(zhàn)爭的附帶損傷等仍存在不可預見性和不確定性。從美海軍幾次海外部署和作戰(zhàn)來看，因為平民誤傷造成的負面影響使其在國際政治上帶來被動。高能武器的運用將實現(xiàn)對作戰(zhàn)效果的精確控制，從根本上提高對戰(zhàn)場的宏觀把控能力。

3 對海軍裝備發(fā)展的影響

1)對海軍艦船平臺的設(shè)計理念帶來變革

在未來武器平臺中，如何有效地綜合應用脈沖功率系統(tǒng)需要詳細的研究。能量發(fā)生系統(tǒng)一方面要與供應系統(tǒng)進行有效綜合，另一方面要適用于脈沖功率用戶、推進裝置和生活設(shè)施。現(xiàn)在軍艦的脈沖功率負載還不多，因此，還沒有適合這些負載的電源系統(tǒng)，必須建立一種綜合電力系統(tǒng)的能量供給和高能武器等負載的平衡綜合，把能量調(diào)節(jié)成需要的能級，或采用有效的暫儲形式。

此外，艦載高能武器與傳統(tǒng)艦載武器的作戰(zhàn)使用、總體設(shè)計、綜合控制和裝艦要求等都存在較大差異，必須與綜合電力系統(tǒng)一體化設(shè)計。一方面，綜合電力系統(tǒng)的設(shè)計將影響到高能武器的脈沖電源體制選擇與設(shè)計、脈沖電源控制;另一方面，高能武器所需能量的存儲與釋放過程影響到艦船電網(wǎng)負載管理、區(qū)域配電設(shè)計和電力系統(tǒng)集成;另外，還需要系統(tǒng)綜合考慮電磁兼容、熱管理、能源接口以及適裝性設(shè)計、模塊化設(shè)計等問題。二者從設(shè)計上要統(tǒng)籌考慮、協(xié)調(diào)發(fā)展。

2)對艦艇作戰(zhàn)系統(tǒng)的設(shè)計理念帶來變革

隨著綜合電力系統(tǒng)和艦載高能武器的投入使用，能量或能源的調(diào)配、流轉(zhuǎn)、控制和評估是在未來海戰(zhàn)中必須考慮的重要環(huán)節(jié)，除了實現(xiàn)信息的互聯(lián)、互通，互操作，還要從能量角度指導指揮控制系統(tǒng)設(shè)計，要充分考慮到能量在各種電力推進、預警探測射頻、高能武器使用之間的能量平衡，要通過對戰(zhàn)場的在線評估，實時調(diào)配控制能量的流轉(zhuǎn)，實現(xiàn)作戰(zhàn)過程的更高效率和預期效能。從作戰(zhàn)效果角度，實時調(diào)整控制發(fā)射能級，完成能量的精確控制和戰(zhàn)場的精細化管理，實現(xiàn)誘騙、干擾、拒止、致盲、毀傷等多樣化戰(zhàn)術(shù)目的。最終實現(xiàn)從以信息為中心的體系作戰(zhàn)能力建設(shè)，到以信息和能源為中心的作戰(zhàn)體系建設(shè)。

4 思考與啟示

1)要認識到新變革將是一個長期的過程

從20世紀50年代第一臺馮·諾依曼計算機的發(fā)明，到現(xiàn)在受到廣泛關(guān)注的信息化戰(zhàn)爭，期間經(jīng)歷了60年左右的時間。如果說信息化戰(zhàn)爭的標志性技術(shù)是計算機網(wǎng)絡、GPS和精確制導，新的標志性技術(shù)則是以脈沖功率為代表的脈沖電源、綜合電力、電磁發(fā)射和定向能等技術(shù)。近幾十年，脈沖功率技術(shù)蓬勃發(fā)展，全世界僅用20多年時間，就把脈沖功率從1012W提高到1014W［6］。但目前高能武器的發(fā)展還主要受制于基礎(chǔ)元器件的發(fā)展，包括提高電源的儲能密度、研制大功率轉(zhuǎn)換開關(guān)等，還包括高功率激光器、高功率微波源、超導元器件和材料等負載系統(tǒng)和傳輸控制器件。正像火藥的軍事使用起源于我國的唐宋時期，而真正在戰(zhàn)場上發(fā)揮巨大威力是到了19世紀線膛火炮和來復槍的廣泛使用，期間經(jīng)歷了近1000年時間，新變革有可能將是一個長期的過程，但肯定要比火炮短得多。

2)要認識到傳統(tǒng)武器和高能武器可能會長期共存

一類新興武器的誕生，并不可能馬上代替?zhèn)鹘y(tǒng)武器，正如導彈的出現(xiàn)并沒有完全替代火炮和其他重、輕武器。目前，高能武器的使用還受到很多方面的限制，比如，激光武器在雨、雪天氣中作戰(zhàn)效能就會大幅下降，電磁軌道炮炮彈的制導和引信還無法克服大過載、小型化問題，并且系統(tǒng)和武器的集成及小型化也是問題。所以，傳統(tǒng)艦載武器和高能武器將會長期共存、互為補充。

3)要關(guān)注“漸進式采辦”和“螺旋式開發(fā)”模式

據(jù)報道，在美軍新修訂的系列采辦文件中，明確提出了“漸進式采辦”和“螺旋式開發(fā)”策略。即不強調(diào)嚴格的需求，也不需要搞20年才能完成的100%的解決方案，寧可要80%的方案，它可以很快地部署，而且節(jié)省資金，更重要的是武器性能可以在以后使用過程中逐步完善。比如，艦載激光武器就采取固體激光武器和自由電子激光武器的螺旋式發(fā)展;艦載電磁炮也是率先進行了32MJ炮口的工程化樣機試驗，而不是最初規(guī)劃的64MJ。據(jù)說，美軍在導彈防御系統(tǒng)、精確制導彈藥、DDX驅(qū)逐艦、“全球鷹”無人機、天基雷達等大多數(shù)重要武器系統(tǒng)項目中，都將融入螺旋式發(fā)展的新策略。

4)要注重有關(guān)軍事作戰(zhàn)理論的研究

正如甲午海戰(zhàn)一樣，在雙方都不完全掌握鐵甲炮艦如何使用的情況下，日本皇家海軍及時吸取納爾遜在英西海戰(zhàn)中的經(jīng)驗，并用于實際作戰(zhàn)，從而贏得了海戰(zhàn)勝利;二次大戰(zhàn)，德國如果沒有深入研究并運用“閃電戰(zhàn)”和“大縱深突襲”理論，裝甲兵部隊就會和歐洲大陸上其他國家一樣，成為步兵的運輸隊，歷史也不會像后來那樣發(fā)展。計算機和通訊網(wǎng)絡的出現(xiàn)促使美國和全球的軍事理論的創(chuàng)新，從而導致信息化戰(zhàn)爭時代的到來。綜合電力軍艦和艦載高能武器的出現(xiàn)同樣也給軍事作戰(zhàn)理論提出了新的課題。

5 結(jié)束語

進入信息化戰(zhàn)爭時代以來，人們逐漸意識到應將信息優(yōu)勢作為衡量戰(zhàn)場優(yōu)先權(quán)的尺度;隨著綜合電力系統(tǒng)和高能武器的廣泛運用，能量如果實現(xiàn)在未來作戰(zhàn)過程中的閉環(huán)有效控制，則使得信息優(yōu)勢尺度進一步物化為能量控制優(yōu)勢尺度。另一方面，如果說在信息化戰(zhàn)爭中數(shù)字虛擬空間是戰(zhàn)爭空間的一維的話，那么在未來戰(zhàn)爭中可控能量空間將是戰(zhàn)爭更需考慮的新一維空間。

在過去的幾十年中，信息平臺的應用帶來了人類戰(zhàn)爭中介系統(tǒng)的革命，從而引發(fā)了以信息為中心的當代軍事變革;那么綜合電力系統(tǒng)和高能武器的應用，將在更大的作戰(zhàn)空間范圍內(nèi)，形成以信息和能量為中心的戰(zhàn)場精確控制，將帶來新的軍事變革。

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