侵权投诉
订阅
纠错
加入自媒体

天基激光武器

2008-07-30 17:46
人在旅途20
关注

 

研制国家:美国
名称型号:天基激光武器(IFX)
研制单位:TRW、波音和洛克希德?马丁公司
造价:全部研制与发射成本预计970亿美元
现状:在研
 
    一、概述:
    天基激光武器实际上是以激光武器为有效载荷的"杀手"卫星,可称为激光作战卫星,亦称天基激光平台。如果用以攻击地球目标,则天基激光武器具有覆盖地面范围大的优点。如同其他卫星一样,激光作战卫星轨道越高,覆盖面就越大。地球静止轨道激光卫星可以覆盖42%的地球表面;若用近地轨道激光卫星来实现全球覆盖,卫星的数量要相应增加,但是近地轨道卫星离目标近,有利于提高激光武器的杀伤能力。


    IFX计划,是美国天基激光武器发展计划。是美国防部科研局与美国空军共同勾画的二十一世纪用激光武器进行太空作战的美好蓝图。该计划于20世纪70年代启动,当时的美国防高级研究计划局开始实施一项旨在验证天基激光武器可行性的“三位一体”的技术计划, 即:


①“阿尔法”(Alpha)计划,旨在验证百万瓦级柱型氟化氢化学激光器轨道飞行的技术可行性。
②“大型光学演示实验”(LODE)计划,旨在实验验证利用与自适应光学系统相耦合的输出波检测技术控制与瞄准激光束。LODE计划包含一项 “大型先进反射镜计划”(LAMP),用以验证制造适于在空间使用的4米直径多面组合轻质主反射镜的可行性。
③“金爪”(Talon Gold)计划,旨在验证捕获、跟踪与瞄准技术。


    1983年,美国开始实施“战略防御倡议”(SDI)计划,天基激光武器技术的研究也被纳入其中,由战略防御计划局(SDIO)负责实施(1993年5月易名为弹道导弹防御局)。SDI计划旨在对付苏联的洲际弹道导弹,要求将敌方导弹扼杀在多弹头分离之前的助推段。当时的SDI设想,苏联会同时发射2 000枚洲际弹道导弹,天基武器系统应有每秒钟击落40枚导弹的能力。为此,需在轨道上部署几十颗激光作战卫星,每颗卫星上的激光武器需由发射功率为30兆瓦的激光器和直径10米的主反射镜组成。


    苏联解体以后,美国作战战略发生变化。天基激光武器系统的主要任务由防御洲际弹道导弹转为防御战区弹道导弹;攻击目标不再是从苏联本土起飞的大批远程导弹,而是可能从世界上任何地点发射的近程弹道导弹。作战战略的变化放宽了对天基激光器的要求。


    美国弹道导弹防御局就天基激光武器系统进行了多方案比较,提出的最优方案是:在高度为1300千米、倾角为40°、不同升交点赤经的圆轨道上,部署24颗激光作战卫星构成全球星座。每颗激光作战卫星能摧毁以其为中心、半径为4 000千米范围内的导弹。根据目标距离不同,它可在2~5秒内摧毁飞行中的导弹。如果新目标与原射向之间的角度不太大的话,激光作战卫星能在0.5s内调整到新的方向,瞄准另一枚导弹。


    激光作战卫星由激光武器(激光器、光学系统、捕获跟踪与指向系统)和平台服务系统组成。激光器采用氟化氢激光器,工作波长2.7微米,发射功率估计为8兆瓦。光学系统的主反射镜直径8米,镜表面有超反射涂层,不需要主动冷却,即能保证激光器在巨大热负荷下正常工作。捕获跟踪与指向系统由监视装置和稳定平台组成,能在激光器机械泵产生强烈振动的情况下,保证光束对准目标。平台服务系统包括电源、反应物(燃料)、数据处理和测控等分系统。


在20世纪80年代末和90年代初,激光作战卫星各分系统的关键技术均已得到演示验证。


    “阿尔法”激光器由TRW公司于1980年开始研制,1989年进行首次出光试验,到1994年8月,已出光10次以上,并在兆瓦级功率水平获得高质量输出光束。通过改进激光器的结构设计,增加模块化腔环的办法,减轻了激光器的质量,可将输出功率提高到实战水平。最近研究表明,通过改进激光器的喷管设计,还可进一步减轻质量。在光学系统方面,1989年制造了直径4米的多面组合反射镜,1993年攻克了制造11米反射镜的关键技术,为大型光学系统的工程实现奠定了基础。


    由于捕获跟踪与指向系统采用了大型先进反射镜计划和大型光学演示实验计划开发的新技术,已制成4米直径、主动控制的多面组合反射镜,可按比例直接放大到实战用的8米直径反射镜。1997年,TRW公司完成了“阿尔法”激光器与大型先进反射镜的地基综合试验,成功地进行了三次百万瓦级高功率激光器与光束控制系统及瞄准子系统的地面集成综合试验,演示验证了天基激光系统的可行性和生存能力。为天基激光演示器的研制提供了设计数据。这些地面综合试验为天基激光武器演示样机的发展提供了宝贵的设计数据,系统集成问题基本解决,现已进入武器系统的方案论证阶段。1999年2月,弹道导弹防御局与TRW、波音和洛克希德·马丁等三家公司签订了1.27亿美元的合同,开始执行天基激光演示器在轨演示试验计划。


    整个天基激光武器(IFX)预计到2013年完成,计划的前期和中期工作已完成,美空军正集中精力攻克难关,目前关键技术已经突破,准备研制天基演示器。 2005年后完成演示器,进一步开发8米直径反射镜,逐步实现20颗卫星的星载部署。


    二、性能指标:


    美国科研局设计的未来太空激光武器如下:太空激光武器的激光介质能连续发光200-500秒;激光波长为2.7微米;激光功率为5-10兆瓦;轨道高度为 800-1000公里;倾斜角为40度;一颗卫星的履盖面积为地球表面积的1/10;航程为4000-12000公里;发光直径为0.3-1米;最大射程为3000米;一次射击时间为10秒;平均瞄准时间为1秒;质量为3.5万千克;整个系统由20颗卫星和10个轨道镜组成。


    三、发展演变:  


    激光卫星各分系统的技术经过过去20~30年的开发,现都已基本掌握。为了建造实战用的激光武器系统,目前正在加紧执行两项任务:


    一是研制、试验"天基激光武器演示器"。这是将所有分系统总装,形成完整的激光作战卫星,进行在轨演示试验,验证全系统工作的协调性和对太空环境的适应性。该演示器的尺寸按实战型卫星的1/2,激光器发射功率按实战型功率的1/3设计。该演示器的质量估计为16600千克,大约是实战型激光卫星质量(35 000千克)的1/2。


    二是解决全尺寸激光卫星的发射。美国的大力神-4火箭及其下一代的运载能力可达到22 000千克(近地轨道)。如果实战型激光卫星尺寸不能缩小,则需将卫星分2次发射,在太空组装,或者需要研制新的运载火箭。美国国防部不打算研制新的火箭,所以正在加强激光卫星小型化和卫星太空组装的研究。


    激光作战卫星的研制成本,可根据美国军用卫星研制成本的历史统计数据进行估算:已知单价为5万美元/千克~15万美元/千克。由24颗卫星组成的天基激光武器星座总质量估计为840 吨(24×35 000千克),若按平均单价10万美元/千克计,研制成本为840亿美元。


    研制实战型卫星,需在完成演示器太空试验的基础上,增加10%的技术延伸费;发射成本按改进型一次性运载火箭5 650美元/千克计。于是,全部研制与发射成本总计970亿美元。


    天基激光武器系统的下一步技术发展将集中在以下几个方面:


    (1)研制波长更短的激光器,以便缩小光学系统的尺寸。正在开发的有波长1.3微米的改进型氟化氢激光器、波长1.35微米的化学氧碘激光器、新型二极管激光器和波长0.8微米的多光束激光器。


    (2)增大主反射镜的直径,提高照射到目标的光束能量。反射镜尺寸越大,可使光束越集中,光强越高。若维持光强不变,则可以降低对激光器输出功率的要求,从而减轻卫星质量,降低研制成本。


    (3)进一步提高跟踪和指向精度,以弥补因光束抖动产生的模糊度,其效果相当于提高激光器输出功率或增大光学反射镜尺寸。


    美国正在加紧天基激光武器到激光作战卫星的发展,已将其作为太空动能武器的备用与后继系统和国家导弹防御系统的组成部分。


    目前,美国防部认为,太空激光武器是用来摧毁洲际导弹、助推阶段的战役—战术导弹最有效的武器,并且能在百到几千公里的距离上摧毁空中和太空中的任何其它目标。美国科研局在导弹防御计划中关于这个问题主要从事两个方面的工作:研制高能化学激光和研制识别目标、跟踪目标系统、目标制导系统以及火控系统等。


    美国导弹防御局制定了研制太空激光武器的计划,分以下几个阶段进行:


    第一阶段实施ALE计划,主要内容是把激光“阿尔法”与发光仪器LODE进行集成;目前美国的TR米公司已经研制出了氟化氢高能化学激光“阿尔法”,是在1991 年开始研制的。此外,还研制出了发光仪器LODE,LODE上装有直径为4米的圆镜LA米P。截止到1994年末,按照ALI计划,进行了大约10次的“ 阿尔法”发光实验。在1996年又重新进行了一次发光试验,试验结果发光持续时间为5秒。在2000年3月进行了第22次太空实验,发光持续时间达到了6 秒。

   

    第二阶段把目标识别、跟踪、制导系统与火控系统进行合成试验;在2001年初使用新型的目标识别、跟踪、制导系统与激光调整系统进行了实验。


    第三阶段组建太空激光武器的演示模型,并进行地面和飞行试验。在1999年2月导弹防御局与公司集团(波音、洛-马、TRW)签订了1.27亿美元的合同,组建太空激光武器演示器并进行最后阶段的综合太空试验IFX计划,用以检验这种激光武器摧毁导弹的能力。IFX计划中激光系统的实验部分由TRW公司负责,同时负责研制、生产激光控制系统,主镜控制系统,以及研制超声冷却剂HYLTE。IFX计划中的目标识别、跟踪及目标制导系统计划尽量用联营公司为机载激光武器研制的同类系统。IFX实验原计划持续到2012年结束,实验的目的是检验太空激光武器识别目标、跟踪目标以及目标激光制导的能力、激光控制能力,打算在实验中使用在HABE计划中研制的高空气球为载体,气球预计在2004-2005年进行生产。在实验成功的条件下,美国导弹防御局和美国空军计划签订附加合同,进行最后阶段的综合太空实验IFX,空军专家表示计划将在2013年完成。在实验准备阶段还计划研制新型自动冷却喷口,喷口的作用是向共振器内喷射激光介质,要求使用新型喷口能提高输出功率的30%。还计划研制硅状镜的生产工艺。并且由洛-马公司负责卫星的设计。


    太空激光武器还存在许多尚未解决的难题,包括:怎样把大型的激光装置送入轨道,主要原因就是发光装置主镜的直径过大,解决的主要办法是研制能在运载火箭的货舱内放得下的折叠式主镜,并且在太空激光武器进入预定轨道后能自动打开。还有一个问题就是,怎样向轨道上的太空激光武器补充化学介质,在将来激光武器使用的都是化学激光,没有介质就不能发生化学反应,也就不能产生激光。美国科研局和美国空军,在太空激光武器的下一阶段的主要任务是集中精力攻克上述难题。

 

(编辑:小曾)

声明: 本文由入驻维科号的作者撰写,观点仅代表作者本人,不代表OFweek立场。如有侵权或其他问题,请联系举报。

发表评论

0条评论,0人参与

请输入评论内容...

请输入评论/评论长度6~500个字

您提交的评论过于频繁,请输入验证码继续

暂无评论

暂无评论

文章纠错
x
*文字标题:
*纠错内容:
联系邮箱:
*验 证 码:

粤公网安备 44030502002758号