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走向战场的机载激光武器

2009-03-30 11:03
潇纵
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        2009年2月12日,美国导弹防御局利用其兆瓦级高能“化学氧碘激光器”(COIL)成功进行了多次长时间出光,每次发射杀伤激光束的时间可持续3秒,这标志美国由来已久的助推段防御“朝阳”项目——机载激光器(ABL)计划——地面试验又达到一个新的里程碑,即具备了反复的和长时间的出光能力,在此基础上,机载激光器计划正在稳步向实弹射击试验迈进。

        机载激光器计划的发展由来

        几十年来,美国对助推段导弹防御的探求可谓“情有独钟”。主要原因是助推段飞行的弹道导弹速度较慢、导弹尾焰红外特征信号强,易被探测和拦截,并且击落的导弹残骸碎片都落在敌国境内,不会给防御方带来任何的附带损伤。但是,助推段防御的发展难度极大,首先需要在极短的时间内进行有效预警、探测,另外还需要在敌方导弹发射点周边部署拦截武器实施拦截,做到这两点无论从技术上,还是从战术上都是很难实现的。目前,美国重点发展的助推段防御系统是动能拦截弹(KEI)系统和机载激光器系统,尤其是机载激光器系统,技术上已经初见成效,发展前景较为光明。机载激光器系统是以改型的波音747-400F飞机作为发射平台(代号YAL-1A),以产生高能激光的化学氧碘激光器为核心,配置跟踪瞄准系统和光束控制与发射系统,利用激光作为能量直接毁伤目标或使之失效的定向能武器。

记载激光器系统拦截作战构想图

        美国空军早在20世纪70年代就开展了机载高能激光武器的研究。1983年7月25日,美空军曾用安装在NKC-135型波音-707喷气式客机上的激光武器击毁了从A-7型“海盗式”战斗轰炸机上发射的5枚“响尾蛇”空空导弹。 1992年,美国防部战略防御计划局提出了机载激光器计划,旨在研制能够拦截和摧毁助推段的敌方战术弹道导弹的激光武器。 1994年,美空军飞利浦实验室与洛克威尔和波音公司牵头的两个小组签订了2 100万美元的合同,对机载激光武器系统进行概念设计。美军的机载激光器计划于1996年11月正式启动。按照美国军方最初的计划,机载激光器系统应于 2003年底、2004年初进行首次导弹拦截试验;2006年生产出首批3架ABL飞机,具备初始作战能力;2008年生产出7架ABL飞机,具备全面作战能力。

        进度屡遭推迟,仍在稳步前进

        由于技术和资金问题,该计划数次修订和调整,研制进度不断推迟。目前,导弹防御局推迟了采购第2架ABL飞机的计划,具体采购时间需要分析2009年的实弹射击试验结果而定。然而,在美国防部“2009多年期国防计划”经费中包括了一部分用于采购第二架飞机和激光器的经费。国会预算办公室认为,第二架飞机将于2013年采购,这与导弹防御局和空军提出的计划相一致,从2018年起,空军将开始采购另外7架实战型飞机。

        虽然机载激光器计划研制进度不断推迟,但其发展步伐仍在稳步前进,取得了一系列里程碑式的重大进展:

        1998年6月,TRW公司设计的几十万瓦级单个激光模块成功进行首次地面光试验,出光持续了5秒。

        2000年4月,美国国防部会同空军、弹道导弹防御局及有关研制单位,对机载激光器计划进行了最终的设计审查,认为其技术风险可以接受,并正式确定了机载激光器系统的结构设计。

        2002年7~12月,第一架机载激光器样机YAL-1A进行了数次适航飞行试验,检验经过改造后飞机的性能。

        2004年11月,兆瓦级化学激光器通过了地基发射实验,即“第一束光试验”。

        2004年12月,YAL-1A载机安装机载激光器光束控制系统后,在爱德华兹空军基地进行了“首次飞行试验”。

        2007年8月23日,载有激光武器的波音-747飞机完成飞行测试。试验表明,该飞机机载系统能完成拦截弹道导弹的所有任务,五角大楼导弹防御局长、空军中将亨利•奥贝林称该试验是机载激光器计划中的“关键里程碑”。

        2008年9月7日,安装在飞机上的兆瓦级“化学氧碘激光器”首次出光,出光时间仅为几分之一秒,标志着该项目又达到了一个新的重大里程碑。

        2008年11月26日,安装在载机上的“化学氧碘激光器”在地面上通过光束控制系统和安装在飞机头部的炮塔首次发射激光。

        2009年2月12日,美国导弹防御局“机载激光”上安装的兆瓦级高能“化学氧碘激光器”成功进行了多次长时间出光,每次发出杀伤激光束的时间长达3秒。

        此后,该机将继续进行一系列地面试验,逐步达到摧毁助推段弹道导弹所需要的激光束能量水平,为2009年底即将进行的首次导弹武器拦截试验铺平道路。


机载激光器系统结构示意图

        机载激光武器的主要优势

        机载激光武器作为新概念武器,技术前瞻性强,发展潜力大,具有一系列的作战优势,简单列举如下:

        速度快。由于激光以光速传播,速度非常快,从激光器出口传输到目标的时间可以不计,争取了作战时间。因此机载激光武器非常适合拦截快速运动、机动性强或突然出现的目标。

        反应快。激光武器射出的光束质量近于零,射击时几乎不产生后座力,可通过控制反射镜快速改变激光出射方向,即激光武器反应快,可在短时间内对不同方向的多个来袭目标实施打击。

        打击准。激光武器能将能量汇聚成很细的光束准确地对准某一方向射出,从而可选择杀伤来袭目标群中的某一目标或射中目标上某一部位,而对其他目标或周围环境无附加损害或污染。

        杀伤力可控。激光武器对目标毁伤程度的累积效果可以实时地变化,根据需要,可随时停止,也可通过调整和控制激光武器发射激光束的时间或功率以及射击距离来对不同目标分别实现非杀伤性警告、功能性损伤、结构性破坏或完全摧毁等不同杀伤效果。

        抗电子干扰能力强。激光武器射出的是激光束,现有的电子干扰手段对其不起作用或影响很小。

        使用成本低。高能激光器每次射击持续的时间为3~5秒,每次射击所耗费的化学燃料为1000美元,即便射击40次摧毁一枚导弹,总计成本也就约40000美元,远低于一枚造价动则上百万美元的反导导弹的价格。

        机载激光武器存在的技术问题

        美国机载激光武器研究尽管取得了很大进展,但仍存在许多复杂的技术问题需要解决。

        功率要求高,集成难度大。机载激光武器的技术难点之一是研制功率大、体积小的高能激光器。目前单个氧碘激光器模块的功率只有200 kW,毁伤能力有限,因此还需要增加许多倍的功率才能用于机载激光器。工程人员正计划把多个氧碘激光器模块组合起来以实现这一目标。按照计划,作战型机载激光器将由14个氧碘激光器模块组成,但问题的关键是如何确保所有的光子同步运动。另外,怎样将全部机载激光武器部件装入波音747飞机也是一个问题,目前正在想办法减轻氧碘化学激光器部件的质量,部分金属部件可以用塑料部件来代替。当前,机载氧碘激光器技术的研究重点是提高效率和采用轻型设计,以便减轻系统质量和改进作战适用性。

        毁伤效能受气候条件影响。激光武器对目标的毁伤是一种烧蚀过程,它对目标的毁伤能力和效果主要取决于能将多少激光能量传递并沉积到目标上,传递和沉积到目标上的光能除取决于激光武器的发射功率和发射时间外,主要受气候条件影响。激光束在大气中传输会产生各种线性和非线性效应,会导致光束扩散和能量衰减,使传递和沉积到目标上的激光能量减少,从而影响激光对目标的毁伤能力和效果。气候条件越恶劣,这些效应就越明显,造成激光束扩散和能量衰减就越严重,对目标毁伤效能的影响就越大。美国海军就气候条件对激光武器效能的影响进行了评估。目前还在研究利用非线性光学技术进行大气补偿。在光束控制方面的主要技术挑战还包括:利用激光信标测量大气湍流引起的畸变;抑制因平台和大气湍流引起的高带宽抖动;补偿倾斜非等晕性;掌握主动跟踪与照明器/目标效应;选定与维持瞄准点;整体光束控制系统的集成与性能评估。

        机载激光武器作战设想

        机载激光武器是一种能独立地进行目标探测并实施“外科手术式”攻击的自主性武器系统。载机在 12千米高空、距前线90千米的己方一侧巡航,也可进入敌方领空作战,预定射程为300-580 千米。每架载机能逐一探测、捕获、跟踪和射击多枚导弹,从探测到击落助推段导弹在80 秒之内。载机的基地将设在美国本土,但可在24小时内部署到世界上任何地区。研究表明,由7架机载激光器载机组成的机群能对单个战区级冲突地区提供最佳的弹道导弹防御。要想按照目前五角大楼的基本要求,同时为2个战区级冲突地区提供弹道导弹防御,将需要14架机载激光器载机,这些载机应能在空中加油。

        根据目前的作战方案,由7架飞机组成的作战机群中至少应使5架部署在一个军事危急区域。5架机载激光器载机可形成2条反导轨道(形成24 小时的作战能力需要7架载机),携带足够进行200次发射的燃料,载机至少能在空中待命飞行6 小时而无需加油,每次任务飞行时间为12~18 小时。部署由5架载机构成的机群,需要Ⅱ架C-130运输机和至少2架空中加油机的支援。在一次巡航中可射击40次,每次射击的持续时间为3~5 秒,每次射击所耗费的化学燃料成本约为1 000美元。数兆瓦的激光通过发射望远镜发射出去,足以攻击远至600千米处的目标,并能炸裂目前五角大楼所列威胁名单上29种导弹中任何一种的压力燃料贮箱。机载激光武器系统将设计成能对付从单个发射场或多个分散发射场间歇式进行的每次5~10枚的弹道导弹齐射。

(编辑:曾聪)

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。

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