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美国激光武器的研究进展与思考

2010-04-23 11:03
来源: 现代军事

  “先进战术激光”系统

  “先进战术激光”(ATL)是一个美国国防部先进概念技术演示(ACTD)项目,由美国国防部特种作战司令部《SoCoM)资助,耗资2亿美元,波音公司为主承包商。系统以V-22、CH-53或C-130等飞机为平台,主要用于防御巡航导弹,精确打击地面目标。任务重点是空地作战,在城市或郊区环境中开展军事或执法行动,可实施致命性或非致命性精确打击。

  ATL系统安装的是高功率COIL激光器,总重约6吨,其输出功率为百千瓦级,激光作用距离为5~10千米,作战高度为0~1500米,可进行5~10次发射。作战过程中,激光器从飞机腹部的一个直径为127厘米的小孔向地面目标发射直径10厘米的激光束且能够控制对目标的破坏程度。

  波音公司于上世纪90年代开始研发ATL概念,于1999年完成了封闭式20千瓦COIL激光器原型机的论证,并于2002年获得武器系统研发合同,ATL被列入国防部先进概念技术演示计划。2006年1月,波音公司接收了一架C-130H,对该飞机进行必要改装,用于携带高能化学激光器以及作战管理/光束控制子系统。2006年9月,高功率ColL激光器进行了首次地面发射试验。10月,波音公司在经过改装的C-130H运输机上安装了一台 50瓦的低功率固态激光器作为替代品,并进行了跟踪地面固定和移动目标的飞行试验。2007年7月,高功率COlL激光器在柯特兰空军基地的戴维斯先进激光设施中进行了实验室试验,在超过50次的发射中验证了其可靠性。12月,激光器模块被安装到了C-130H飞机上。2008年5月,C-130H飞机上的高能激光器首次发射,展示了稳定的作战能力。8月,C-130H飞机通过其光束控制系统发射了高能化学激光,完成了ATL整个武器系统的首轮地面测试。 2009年6月13日,ATL飞机首次在飞行中成功发射大功率激光波束,烧毁了一个地面假目标。9月19日,ATL系统在白沙导弹靶场又一次成功击中地面机动目标,在目标上烧出了一个孔洞。这次试验成功验证了ATL瞄准和攻击地面机动目标的能力。

  机载激光器成功进行助推段拦截试验,但前景依旧灰暗

  2010年2月,美国导弹防御局先后进行了3次机载激光器(ABL)致命性成功地拦截试验,其中2次分别成功拦截了位于助推段的固体燃料气象火箭和液体燃料近程弹道导弹。拦截试验安排在美国穆古角海军航空作战中心武器分邵位于加利福尼亚中部海岸以外的海上靶场进行。首次试验是在2010年2月 3日,ABL成功拦截了一枚固体燃料的“猎狗一黑雁”气象火箭(即安装“猎狗”助推器的“黑雁”气象火箭)。之所以选择“猎狗·黑雁”气象火箭作为目标,是因为这种火箭能够较好地模拟国外较低成本固体燃料弹道导弹的威胁。2月11日,ABL先后进行了2次拦截试验,其过程如下:太平洋标准时间20点44 分,一枚近程弹道导弹由海上机动发射平台发射,数秒后,机载激光器机载传感器便探测到尚在助推段的导弹,并使用低能激光跟踪目标,随后,机载激光器对目标进行了为时1秒钟的低能激光照射,用以对大气扰动进行测量和补偿。最后,机栽激光器发射器发射兆瓦级的高能激光,对目标导弹进行照射,直至其关键结构失效。当导弹被摧毁时,其火箭发动机仍处在工作。在不到1小时之后,一枚“猎狗一黑雁”气象,足箭由圣尼古拉斯岛发射升空,但这次拦截中,ABL发生光束 “禾校准”的故障,目标并未被摧毁,试验仅取得部分成功。在拦截试验中,高能激光对液体燃料导弹的杀伤能力超出了预计。激光停留在目标上的时间几乎只有预计时间的一半,就完成了对目标的毁伤。相对而言,高能激光对付固体燃料导弹时,其照射时间要长一些。目前分析人员仍在调查第三次拦截试验中“光速未校准” 故障的原因。尽管在第三次拦截中,目标未被摧毁,但导弹防御局的官员认为,基本试验目标都已经达到,即ABL能够用于打击助推段的导弹,具备在一次任务中与多个目标交战的能力。

  尽管激光试验取得了绝大部分的成功,但机载激光器的未来却依旧灰暗。2009年,国防部长盖茨坚决压制了制造全新机载激光系统样机的请求,并批评了类似系统。盖茨对议员说,如果机载激光器要沿着伊朗的边界飞行,以击落伊朗尚处于助推段的导弹话,那么需要配备10~20架ABL飞机,每架价格将达到15亿美元,每架ABL飞机的使用费用达到1亿美元。2010年的2次试验共花费3000万美元,虽然美国防部拥有足够的资金至少再进行3次类似的试验,但却未有任何明确的时间表进行进一步的试验。此外,该计划的管理权也将很快从导弹防御局转移到国防部国防研究与工程的主管那里,对此,前国防部官女认为,这种动向意味着机载激光器计划行将“死亡”,它未来的作用将仅限于探索使定向能武器易于生产和降低成本的方法,当然,ABL计划中所获得的技术成果,如光学系统、波束控制系统等,也将连福于其他定能能武器计划。

  ATL的试验历程表明,它有可能成为先于ABL部署的激光武器。尽管如此,ATL仍然面临一些局限和技术挑战(1)ATL的杀伤目标主要是油罐车,普通车辆。通信节点等战术目标,而这些目标在采取隐蔽、反射激光束等对抗措施后,高能激光打击效果将大打折扣。同时,ATL也受通视距离,大气环境等条件影响比较严重。(2)ATL的应用目的是实施精确打击,尽量减少附带损伤,因此光束抖动控制、功率控制等技术至关重要。(3)ATL未来应用于战场还是普通的治安行动还没有清晰界定,它将被划分为非致命武器还是致命武器目前没有相关标准,国际社会也没有相关法律来规范此类武器的使用。这表明,ATL的作战使用概念有待进一步规范和完善。综上所述,按照目前的研究进度,ATL将很快进入采办阶段,之后的ATL研究将主要根据武器效用试验,研究激光束的控制、在大气中的传播,反对抗措施、附带损伤情况等。

  “空中哨兵”激光防空系统(Skyguard)

  “空中哨兵”系统是诺斯罗普‘格鲁曼公司于2006年7月研发成功的,是在战术高能激光武器的早期型号基础上开发出来的,能够防御近程弹道导弹、近程,远程火箭弹、炮弹,追击炮,无人机以及巡航导弹等攻击,为军队、军事设施、居民区或工业区提供保护,防护区域面积可达8平方千米。

  与早期系统相比,“空中哨兵”系统可装载在三个标准的20×8英尺的集装箱中,体积仅为THEL系统的1/4,且易组装,因而机动性大大提高。此外,系统采用DF化学激光器,功率更高,光束直径也更大,污染小,整体性能相当出色。据称首套“空中哨兵”系统耗资1.5~2亿美元之间,批量生产后造价3000万美元,而单次发射成本仅为1000美元。

  2006年10月,美国国土安全部选用“空中哨兵”系统对民用飞机和商业运输机进行保护,使其免受便携式防空导弹的威胁。2008年3月, “空中哨兵”系统在白沙导弹靶场进行了实弹发射试验,试验结果不太理想。36枚模拟靶弹只有8枚被拦截,试验结果远远低于诺斯罗普格鲁曼公司当初向以色列承诺“最少拦截21枚”的目标。最终,以色列国防部未采用“空中哨兵”系统。诺斯罗普·格鲁曼公司不得不对系统进行全面改进。

  与此同时,以色列公司从2006年也开始研发一款类似于“空中哨兵”系统的固体激光反导系统,并于2008年研制成功。据称,这个新反导系统性能优于“空中哨兵”,可以在导弹发射后对其追踪并将其锁定,在2秒钟内将导弹弹头加热到爆炸温度,而该系统的缺点是所需能量大干“空中哨兵”,而且最早也要8年后才可投入使用。

  “空中哨兵”是在THEL技术基础上发展而来的一个重要分支系统,其技术相对比较成熟,但目前系统的作战使用表现并不太理想。如果化学激光器的安全性、机动性等性能得不到改善,那么该系统必然受到未来高功率固体激光器的挑战。

  激光区域防御系统

  激光区域防御系统是雷声公司正在研制的一款具备近距点防御能力的低成本激光武器系统。LADS系统是在现有的“密集阵”近防系统的基础上改造而来的,主要利用了原系统的火控雷达,而原有的20毫米转膛速射炮被固体激光器取代。该系统分为海军型和陆军型两种型号,计划在未来取代海军的“密集阵” 和陆军的“百夫长”近防系统。

  LADS系统主要由舰载或车载基座、传感器,火控系统,光纤激光器和光束控制系统构成,主要用于机场,战区基地,港口,舰艇的防御,可对抗多种目标,包括火箭弹、炮弹、无人机,传感器,无装甲车辆、浮动水雷和小型船只等。由于LADS系统采用了电力驱动的固体激光器,因而体积相对较小,后勤保障也容易。

  2007年1月雷声公司宣布,激光区域防御系统原型机已经成功完成了静态地面测试。此次试验距离系统构想的提出不到6个月。测试中,LADS 系统利用1台20千瓦IPG光纤激光器,在超过502米的距离上成功摧毁了60毫米迫击炮弹。此后的一段时间,雷声公司又把LADS系统的激光器功率升级到50千瓦。到了2009年2月份,美军在白沙导弹靶场对LADS系统的陆军型号开始了测试,主要是测试其作战性能和效果。有观点认为LADS系统是目前研发中的对抗炮弹激光武器中最先进的一种,但该系统是否能够顺利完成测试、取得满意效果并最终走向战场代替海军的“密集阵”和陆军的“百夫长”系统我们还不能下结论。可以肯定的是,以类似模式提供防御能力的激光武器系统已经展示出良好的性能和优势,走向实用的路程不会太长。

  LADS系统较短的研制周期表明激光武器技术成果转化相当迅速,其试验进展也证明了高功率固体激光器已经表现出良好的性能和优势,已经能够在一定程度上取代化学激光器。该系统中使用的高功率光纤激光器也揭示了不断发展的光束合成技术将是获得高功率激光输出的另一种有效途径。

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