王 勇，張 遜

（江蘇自動化研究所，江蘇 連云港 222061）

0 引言

激光武器具有單次消耗成本低，作戰(zhàn)效費比高，打擊目標(biāo)速度快等特點，已成為當(dāng)前軍事發(fā)達(dá)國家的研究熱點。美國作為世界頭號軍事強(qiáng)國，近20 年來對艦載激光武器技術(shù)開展了持續(xù)、深入的研究，海軍和國防部已開展3 種可用于海軍水面艦艇的激光器的研究工作，包括光纖固態(tài)激光器（SSLs）、板條固態(tài)激光器和自由電子激光器（FELs）。美國海軍艦載激光武器系統(tǒng)將于2020 或2021 財年實現(xiàn)艦載激光的初始作戰(zhàn)能力［1-2］。德國萊茵金屬公司在2012 年11 月完成了從目標(biāo)探測、跟蹤到摧毀的全過程作戰(zhàn)演示，在2 000 m 距離上擊落若干架飛行速度超過50 m/s 的俯沖無人機(jī)［3］。

近程反導(dǎo)艦炮武器具有戰(zhàn)斗持續(xù)時間長、反應(yīng)時間短、發(fā)射率高、效費比大、適裝性強(qiáng)等特點，可以有效防御突襲的反艦導(dǎo)彈，彌補(bǔ)近程防空導(dǎo)彈及其他軟硬防空武器的不足，成為近程防御中不可缺少的一員，倍受世界各國海軍的重視，典型艦炮反導(dǎo)武器系統(tǒng)有美國的“密集陣”系統(tǒng)、瑞士的“海上衛(wèi)士”系統(tǒng)以及荷蘭的“守門員”系統(tǒng)等［4-6］。

艦載激光武器系統(tǒng)與現(xiàn)役近程反導(dǎo)艦炮武器系統(tǒng)，在系統(tǒng)組成、功能、接口、操作使用、戰(zhàn)術(shù)目的等方面，有很多相同或相似的地方。同時，均有高精度強(qiáng)實時快速反應(yīng)特性要求。非常適合將艦炮武器系統(tǒng)和激光武器系統(tǒng)的目標(biāo)捕獲、跟蹤控制、火控信息處理、武器控制等功能部分相結(jié)合，去除功能重復(fù)環(huán)節(jié)，形成火炮與激光武器相結(jié)合的武器系統(tǒng)。同時，通過將這兩型武器相結(jié)合，可以互相彌補(bǔ)不足。激光武器受天氣影響較大，但可以有效攔截機(jī)動目標(biāo)；火炮武器不受天氣影響，但對機(jī)動目標(biāo)具有天然的劣勢。正是基于以上原因，本文提出了將火炮與激光武器相結(jié)合，組成炮光結(jié)合武器系統(tǒng)的設(shè)想。

1 國外艦載激光武器系統(tǒng)及炮光結(jié)合系統(tǒng)的發(fā)展

國外軍事強(qiáng)國如美國、德國等，在激光武器方面進(jìn)行了持續(xù)的投入，部分項目已開展海上驗證試驗，并根據(jù)軍事發(fā)展需求，進(jìn)行激光武器系統(tǒng)和近程防御艦炮武器系統(tǒng)相結(jié)合的設(shè)計工作［1-3］。

1.1 美國艦載激光武器發(fā)展現(xiàn)狀

美國海軍研發(fā)的光纖固態(tài)激光器演示樣機(jī)被稱為激光武器系統(tǒng)（LaWS），激光束功率為33 kW。海軍一度設(shè)想將LaWS 用于光電傳感器致盲（或可逆干擾）、反無人機(jī)與光電制導(dǎo)導(dǎo)彈，同時用于增強(qiáng)雷達(dá)跟蹤，并預(yù)期將其單獨裝在艦艇上或加裝在現(xiàn)役的近程防御艦炮武器系統(tǒng)上。海軍已資助開展激光武器與近程防御艦炮武器系統(tǒng)集成的相關(guān)研究，以支持后一種方案。2014 年8 月，美海軍將LaWS系統(tǒng)部署在“龐塞”號軍艦上，該艦部署于波斯灣并作為臨時的前線海面前進(jìn)基地，對艦載激光在實戰(zhàn)環(huán)境下的工作性能進(jìn)行了持續(xù)評估。同時在美海軍研究辦公室快速響應(yīng)能力計劃的支持下，系統(tǒng)正在升級，以驗證接受“密集陣”武器的目標(biāo)信息的可行性，從而實現(xiàn)激光武器的單人操作，即通過“密集陣”武器系統(tǒng)來控制戰(zhàn)術(shù)高能激光武器，如圖1 所示。

2008 年1 月伊朗小船事件促使美海軍開始研制戰(zhàn)術(shù)激光系統(tǒng)（TLS）。該激光系統(tǒng)的功率為10 kW，設(shè)計該系統(tǒng)的目的是將此激光器安裝在諸多海軍水面艦艇甲板上的Mk-38 25 mm 單管炮上，如圖2所示，以驗證美國海軍提出的將激光武器與近程防御武器系統(tǒng)集成設(shè)計方案的可行性。TLS 系統(tǒng)將提升Mk-38 炮系統(tǒng)打擊目標(biāo)的能力，如對付小型船只；也可以協(xié)助艦上其他武器，如導(dǎo)彈等，精確跟蹤目標(biāo)。

圖1 集成在“密集陣”武器系統(tǒng)上的LaWS

圖2 集成在MK38 機(jī)槍上的戰(zhàn)術(shù)激光武器

1.2 德國艦載激光武器發(fā)展現(xiàn)狀

德國萊茵金屬公司與歐洲導(dǎo)彈集團(tuán)（MBDA）德國公司充分利用商業(yè)現(xiàn)成高功率光纖激光器技術(shù)，各自研制出自己的高能激光器驗證機(jī)。這兩家公司主要使用了自己的內(nèi)部研發(fā)資金，來成熟化各自的解決方案，不過，兩家公司近期進(jìn)行的試驗也得到了德國聯(lián)邦國防軍一定程度的支持。

萊茵金屬公司和聯(lián)邦國防軍于2016 年2 月份在德國海軍艦艇上完成了高能激光武器系統(tǒng)樣機(jī)的聯(lián)合測試。本次測試的激光武器樣機(jī)輸出功率10 kw，安裝在MLG27 輕型艦炮炮座上，用于測試海洋環(huán)境下的技術(shù)有效性。測試期間，樣機(jī)完成了對無人機(jī)、小型水面艇、地面靜止目標(biāo)的跟蹤，覆蓋了低機(jī)動性和高機(jī)動性的不同目標(biāo)。測試結(jié)果將對未來研發(fā)海軍用高能激光武器產(chǎn)生重要影響。萊茵金屬公司認(rèn)為，安裝于MLG27 托架上的10 kW～20 kW級激光武器，具備消除海上威脅目標(biāo)的可能性，譬如快速攻擊艇、水面摩托艇、快艇及無人機(jī)等威脅。

MBDA 德國公司基于反射鏡光學(xué)波束形成技術(shù)研制出一種高能激光器，已對其進(jìn)行了一系列陸上試驗。2016 年10 月，MBDA 德國公司成功在德國北海沿海的一個軍事訓(xùn)練基地，對這種高能激光器進(jìn)行了真實環(huán)境條件下的試驗。試驗?zāi)康氖峭ㄟ^對空中目標(biāo)的模擬攻擊來驗證這一高能激光器的光束制導(dǎo)和跟蹤系統(tǒng)。試驗過程中，該武器得以在包括夜間環(huán)境和惡劣天氣環(huán)境在內(nèi)的各種條件下，成功跟蹤所有目標(biāo)。

圖3 MBDA 德國公司激光武器系統(tǒng)

2 艦載炮光結(jié)合武器系統(tǒng)的需求分析

2.1 水面艦艇近程防空作戰(zhàn)環(huán)境分析

現(xiàn)代海戰(zhàn)中水面艦艇防空體系面臨的空中威脅，傳統(tǒng)的主要是來自各種飛機(jī)包括隱身飛機(jī)和反艦導(dǎo)彈的威脅；而現(xiàn)代艦載防空體系除對付飛機(jī)特別是各種隱身飛機(jī)和反艦導(dǎo)彈的威脅外，還出現(xiàn)了一些新的威脅，主要是反輻射導(dǎo)彈和嚴(yán)峻的電磁環(huán)境等。

反輻射導(dǎo)彈利用電磁輻射信號進(jìn)行被動尋的制導(dǎo)，對防空預(yù)警、火控、制導(dǎo)雷達(dá)乃至引導(dǎo)飛機(jī)構(gòu)成了最直接的威脅，同時具有飛行速度快、制導(dǎo)精度高等特點，可在電子干擾環(huán)境下搜索、攻擊目標(biāo)，因此，也就更難防御。

歷次局部戰(zhàn)爭表明，電子對抗已成為空襲作戰(zhàn)和防空作戰(zhàn)的重要手段。就水面艦艇而言，在未來防空作戰(zhàn)中所面臨的電磁環(huán)境具有以下特點［7-8］：

1）攻防雙方電子對抗中的傳感器頻譜越來越寬，除微波波段外，可發(fā)展到紅外、可見光波段；

2）電子硬殺傷手段更加先進(jìn)，命中概率更高；

3）電子對抗中的干擾功率高，目前機(jī)載干擾機(jī)達(dá)10 kW 量級，艦載干擾機(jī)達(dá)幾十千瓦量級。

2.2 艦載防空反導(dǎo)激光武器系統(tǒng)的作戰(zhàn)需求

基于對水面艦艇防空作戰(zhàn)環(huán)境的分析可知，未來海戰(zhàn)中，來襲空中目標(biāo)具有以下特點：

1）目標(biāo)飛行高度向低空、超低空和高空兩極發(fā)展。

對海攻擊機(jī)、反艦導(dǎo)彈利用低空、超低空突防，以縮短被對方防空系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)的距離和降低被發(fā)現(xiàn)的概率。飛航導(dǎo)彈和戰(zhàn)術(shù)反艦彈道導(dǎo)彈利用高空飛行來增加射程和增大突防概率。

2）目標(biāo)飛行速度向超音速或亞超結(jié)合方向發(fā)展。

反艦導(dǎo)彈在射程需求越來越遠(yuǎn)的情況下，利用超音速來縮短飛行時間，降低對方的捕捉概率，減少防空系統(tǒng)的預(yù)警時間，提高突防能力。

3）空襲目標(biāo)將采用靈活多變的、先進(jìn)的戰(zhàn)術(shù)。

在對艦攻擊時，來襲目標(biāo)一般采用多目標(biāo)、多群、多方向、多批次、多類型密集飽和攻擊戰(zhàn)術(shù)。

由于傳統(tǒng)的小口徑艦炮、艦空導(dǎo)彈武器系統(tǒng)在進(jìn)行防空作戰(zhàn)時具有對探測、解算精度要求高，戰(zhàn)時彈藥補(bǔ)給困難等不足，而且由于艦炮、艦空導(dǎo)彈速度受到限制，從發(fā)射到與目標(biāo)相遇時間長，對目標(biāo)毀傷效果評定時間長，一旦第1 次射擊沒有攔截成功，系統(tǒng)作出再次抗擊的時間相應(yīng)減少，這也將使防空系統(tǒng)難以再次組織攔截。

為使防御武器的速度達(dá)到極限速度——光速，激光武器等新概念武器得以產(chǎn)生和迅速發(fā)展，而且近年來激光技術(shù)的日益成熟和成本降低，使得激光武器在用于艦艇防空反導(dǎo)時的優(yōu)勢和特點凸現(xiàn)出來。

2.3 艦載戰(zhàn)術(shù)高能激光武器作戰(zhàn)時的優(yōu)點

艦載戰(zhàn)術(shù)高能激光武器在防空反導(dǎo)時與傳統(tǒng)的艦炮、艦空導(dǎo)彈武器等相比，具有獨特的技術(shù)性能，主要有以下幾個方面：

1）以光速出擊，反應(yīng)迅速，不受地球引力的影響，直線攻擊目標(biāo)。射擊時不需要考慮傳統(tǒng)火控的“彈丸飛行時間”，特別適宜對付強(qiáng)機(jī)動來襲目標(biāo)。

2）作為一種無慣性射束，激光可隨時向任意方向攻擊，機(jī)動靈活；也沒有普通槍炮發(fā)射時的沖擊力。

3）由于激光武器只消耗化學(xué)燃料或者電力，不需要彈藥庫，它們可連續(xù)射擊的總次數(shù)僅受限于可用化學(xué)燃料，或?qū)腆w激光器而言，可產(chǎn)生電力燃料的數(shù)量以及冷卻系統(tǒng)限制。

4）戰(zhàn)場生存能力強(qiáng)。不受外界電磁波干擾影響。不可被攔截，電子戰(zhàn)干擾手段幾乎不影響其戰(zhàn)斗能力。

5）作戰(zhàn)費效比高。激光武器系統(tǒng)成本在于其研制、生產(chǎn)和維護(hù)成本，其發(fā)射只消耗能量，每次射擊成本本質(zhì)上是化學(xué)燃料或產(chǎn)生電力所需燃料成本，這往往很低。不同于火炮、導(dǎo)彈武器，激光武器（尤其是使用電力的固體激光器或自由電子激光器）大大降低了對武器后勤保障要求，與防空導(dǎo)彈等其他武器相比更具效費比。

6）打擊目標(biāo)的精度高。一旦接到目標(biāo)指示，激光武器可使用低功率波束捕獲并跟蹤目標(biāo)。這種波束可以很精確地聚焦到目標(biāo)任何位置，甚至可以選擇其脆弱部位實施攻擊。

7）激光武器的發(fā)射功率可調(diào)整，通過發(fā)射功率和出光時間的控制，可調(diào)整對目標(biāo)造成的破壞，消除或限制附帶損害，毀傷效果可控，實現(xiàn)致命或非致命的多樣用途。

8）無污染，發(fā)射后不造成二次毀傷或污染。激光武器屬于非核、生、化殺傷武器。

基于以上認(rèn)知，可知艦載戰(zhàn)術(shù)激光武器可實現(xiàn)低成本、可持續(xù)、殺傷可控的快速精確打擊，能夠有效提升艦艇防空反導(dǎo)、信息攻防和近區(qū)防衛(wèi)作戰(zhàn)能力與多樣化軍事任務(wù)執(zhí)行能力，進(jìn)一步完善海軍裝備作戰(zhàn)體系，催生新質(zhì)作戰(zhàn)能力，具有明確的作戰(zhàn)應(yīng)用需求。

3 艦載炮光結(jié)合武器系統(tǒng)設(shè)想

艦載炮光一體化武器系統(tǒng)的優(yōu)點主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1）節(jié)省重復(fù)環(huán)節(jié)及甲板占用面積

艦載激光武器系統(tǒng)與現(xiàn)有近程反導(dǎo)艦炮武器系統(tǒng)，均有高精度強(qiáng)實時快速反應(yīng)特性要求，在系統(tǒng)組成、功能、接口、操作使用、戰(zhàn)術(shù)目的等方面，均有很多相同地方，非常適于將目標(biāo)捕獲跟蹤控制、火控信息處理、武器隨動控制等相結(jié)合，有效去除功能重復(fù)環(huán)節(jié)。

2）可增加對目標(biāo)的有效攔截次數(shù)

若采用“炮光合一”一體化射擊及控制方案，則可有效增加防空武器對目標(biāo)的攔截次數(shù)，這主要是因為艦載激光武器的傳輸速度為光速，光束從出筒到與目標(biāo)接觸的時間幾乎為0，且激光的轉(zhuǎn)火速度快，可應(yīng)對無人機(jī)等機(jī)群目標(biāo)。

3）提高了艦炮武器系統(tǒng)的射擊效能

激光武器的高精度跟瞄數(shù)據(jù)不僅可為激光武器使用，還可為艦炮、導(dǎo)彈等武器提供高精度的目標(biāo)跟蹤數(shù)據(jù)，能夠大幅提高艦炮武器的射擊諸元精度，減少艦炮武器系統(tǒng)射擊時的脫靶量和射擊諸元解算時間，從而有效提高艦炮武器系統(tǒng)的射擊效能。

3.1 系統(tǒng)使命任務(wù)和作戰(zhàn)對象

1）使命任務(wù)

a）在艦載防空體系對抗中擔(dān)負(fù)末端防御任務(wù)，高效攔截突防的反艦導(dǎo)彈、反輻射導(dǎo)彈、大口徑炮彈等已突破我中遠(yuǎn)程防御的敵反艦武器，提高我艦防空體系整體作戰(zhàn)效能。

b）在艦載對海作戰(zhàn)體系對抗中擔(dān)負(fù)打擊敵方艦艇任務(wù)，有效打擊敵方的水面艦艇、小艇等水面目標(biāo)。提高我艦艇對海作戰(zhàn)整體效能。

c）以火炮、激光綜合模式配屬于艦艇中高空、中遠(yuǎn)程防空和對海打擊導(dǎo)彈武器系統(tǒng)中，提高其生存能力。

2）主要作戰(zhàn)對象［9-11］

a）導(dǎo)彈類目標(biāo)：反艦導(dǎo)彈、反輻射導(dǎo)彈等；

b）炮彈類目標(biāo)：大口徑炮彈、迫擊炮彈等；

c）艦艇類目標(biāo)：作戰(zhàn)艦艇、水面小艇、橡皮艇等；

d）飛機(jī)類目標(biāo)：固定翼飛機(jī)（含無人作戰(zhàn)飛機(jī)）、武裝直升機(jī)等；

e）“低慢小”類目標(biāo)：輕小型無人飛機(jī)、中型遙控航模、動力傘、空飄氣球等。

3.2 系統(tǒng)主要配置和功能

艦載炮光結(jié)合武器系統(tǒng)主要包括綜合火控系統(tǒng)（綜合火控設(shè)備和光束指向器）、高能激光武器、火炮，以及捷聯(lián)垂直基準(zhǔn)等，其主要功能見下頁表1 所示。

3.3 艦載炮光結(jié)合武器系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)分析

3.3.1 艦載炮光結(jié)合武器系統(tǒng)總體技術(shù)研究

炮光結(jié)合武器是將火炮和激光兩種不同類型的武器通過共用跟蹤傳感器和火控系統(tǒng)而集成在一起，是動能武器和定向能武器的結(jié)合，從打擊目標(biāo)類型上來說二者存在很大的重疊。從提高艦艇防御和打擊能力出發(fā)，結(jié)合炮光結(jié)合武器系統(tǒng)的使命任務(wù)，必須研究系統(tǒng)作戰(zhàn)使用的能力需求和發(fā)展目標(biāo)，論證系統(tǒng)主要戰(zhàn)技指標(biāo)，設(shè)計火炮與光束指向器，以及高能激光器的集成方案，并考慮火炮射擊時的震動、煙霧對指向器跟蹤的影響，以及裝備的維護(hù)保障需求。

3.3.2 炮光結(jié)合防空武器火力控制技術(shù)研究

炮光結(jié)合武器的火控系統(tǒng)承擔(dān)著火炮武器的解算和發(fā)射控制，亦承擔(dān)著激光武器系統(tǒng)的解算和發(fā)射控制。火炮是傳統(tǒng)的動能武器，只能實現(xiàn)對目標(biāo)的硬殺傷，而激光武器是能量可控的定向能武器，可實現(xiàn)對目標(biāo)的“軟硬”殺傷。對于炮光結(jié)合武器系統(tǒng)來說，如何實現(xiàn)激光與火炮武器的火力的優(yōu)化分配，并快速火力交接是炮光結(jié)合武器系統(tǒng)充分發(fā)揮作戰(zhàn)效能的關(guān)鍵。

3.3.3 炮光結(jié)合防空武器效能評估技術(shù)研究

影響艦載激光武器作戰(zhàn)效能的主要因素有激光武器的性能、激光的傳輸路徑及打擊目標(biāo)的特性等，其中激光武器的性能主要有激光器的功率、連續(xù)出光時間，激光的波長、光束質(zhì)量，光束指向器的發(fā)射口徑及火控系統(tǒng)的跟蹤瞄準(zhǔn)精度等［12-18］；在評估激光武器效能基礎(chǔ)上，如何評價炮光結(jié)合系統(tǒng)的效能，找到一種有效評價該系統(tǒng)的優(yōu)劣方法，更好地達(dá)到預(yù)期效果，為炮光結(jié)合系統(tǒng)各部件的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能指標(biāo)提供某些必要的限制和最低標(biāo)準(zhǔn)，為系統(tǒng)研究設(shè)計、實驗、驗收、評審提供一個總的依據(jù)。

表1 系統(tǒng)主要設(shè)備的功能

4 結(jié)論

激光武器具有出光速度快、功率可調(diào)、受天氣影響大等特點，而火炮武器不受天氣影響，但對機(jī)動目標(biāo)具有天然的劣勢，同時這兩型武器系統(tǒng)，在系統(tǒng)組成、功能、接口、操作使用、戰(zhàn)術(shù)目的等方面，有很多相同或相似的地方。隨著激光武器系統(tǒng)日趨成熟，本文提出了將火炮與激光武器相結(jié)合，組成炮光結(jié)合武器系統(tǒng)的設(shè)想，并分析了艦載炮光結(jié)合武器系統(tǒng)的優(yōu)點、主要配置、主要功能和涉及的關(guān)鍵技術(shù)，力圖為艦艇武器的發(fā)展提供思路。