舰载激光武器及其发展趋势分析*

2010-08-11赵彦森

舰船电子工程 2010年7期

赵彦森李强周淳

(海军驻郑州地区军事代表室1) 郑州 450015)(中国船舶重工集团公司第七一三研究所2) 郑州 450015)

1 引言

现代海战中,反舰导弹以及空中战斗机对舰艇的生存构成了严重威胁。现有的舰载反导系统已不能满足要求,寻求新的防空手段迫在眉睫,舰载激光武器以其无可比拟的优点,便应运而生[1]。

舰载激光武器是利用其产生的强激光束,在目标表面产生极高的功率密度,使其受热、燃烧、熔融、雾化或汽化,并产生爆震波,以杀伤敌方人员或毁坏目标,主要用于攻击掠海飞行的导弹,毁伤导弹或智能型炸弹上的激光电视传感器,击落歼击机和直升机等,保护近海岸或内陆部队不受非直接杀伤武器的威胁。

舰载激光武器按应用范围可以分为战略和战术激光武器两大类。舰载战略激光武器是用于反洲际弹道导弹、反卫星等任务的激光武器[2]。舰载战术激光武器可分为软杀伤和硬杀伤两种。根据目前激光武器技术水平分析,舰载战术激光武器(尤其是软杀伤激光武器)将会率先投入海战。本文就舰载激光武器及其发展状况、发展趋势,做进一步的研究和探讨。

2 舰载激光武器组成及其特点分析

2.1 舰载激光武器组成

舰载激光武器主要由高能激光器、光束控制与发射系统、高精度跟踪瞄准系统等部分组成[3]。高能激光器是舰载激光武器的核心,用于产生高能激光束。目前,各国研究的高能激光器主要有二氧化碳、化学、准分子、自由电子激光器等。而据美国海军研究,波长为1.6μ m的自由电子激光器最适合应用于舰载激光武器。高精度跟踪瞄准系统用来捕获、跟踪目标,引导光束瞄准发射,并判定毁伤效果。光束控制与发射系统的作用是将激光器产生的激光束定向发射出去,并通过自适应补偿校正消除大气效应对激光束的影响,以保证将高质量的激光束聚焦到目标上,达到最佳的破坏效果,其主要部件是高反射率、耐高能激光辐射的大型反射镜。

激光武器拦截来袭反舰导弹或战斗机的一般过程如下[3]:首先由远程预警雷达捕获、跟踪目标,将反舰导弹或飞机等有关信息传给指控系统;指控系统将目标信息处理后引导高精度跟踪瞄准系统捕获、锁定、跟踪目标,然后引导光束控制与发射系统有关部分准确地对准目标。当敌方目标飞到适当位置时,指控系统发出攻击指令,启动激光器发射激光拦截目标。

2.2 舰载激光武器的特点

激光武器作为是一种定向能武器,具有以下主要特点[7,9]:

1)光速出击。激光束以光的速度传播,即速度为3×108m/s,行进时间可认为是零,因此,只要能跟踪上目标,激光束即可照射目标,不必计算提前量,也不会由于计算提前量而造成误差,而且,出射角不受限制,命中率高,适合于攻击来袭的低空或超低空快速运动目标。

2)反应灵敏。由于激光束的行进时间和光束质量可以认为是零,几乎没有惯性,因此,能迅速改变光束方向,频繁发射,对付多个目标。

3)机动性强。舰载激光武器相比于陆基激光武器,攻击敌方目标或太空卫星后,可机动地行使于海面,大大降低了武器系统被回击命中的概率。

4)射击精度高。舰载激光武器的目标跟踪瞄准系统精度高于常规舰炮火控系统的精度,能够把单向汇集光束精确地瞄准跟踪单一方向,攻击目标群中的任一目标或目标中的某一部位。

5)杀伤力可调节。通过调节激光器的发射功率和射击距离,可对目标进行不同程度的杀伤,如“软杀伤”和“硬杀伤”,适应不同的海面作战要求。

但任何武器都不是完美无缺的,舰载激光武器也不例外,有优点也有缺点。其主要缺点有:

在当前时代背景之下，必须借助政府部门、医药企业、社会舆论等多方面、全方位地协调发力，以推动医药企业社会责任的最终落实。

1)杀伤力受射程限制。对同一激光武器来说,当射程增大时,因激光束发散,照射在目标上的光斑增大,功率密度减小,从而其杀伤力变弱,尤其对于用舰载激光武器进行反卫星作战。

2)不能全天候工作。激光束经大气传输时,大气状态对其影响较大,尤其是海面潮湿环境使激光束能量呈指数衰减,加上大气湍流使激光束产生抖动、散射和位移,使激光武器不能全天候工作,对激光武器的杀伤力都有相当大的影响。

尽管如此,激光武器上舰,其优点远大于其缺点。在现代高技术海战中,利用激光武器来拦截和击毁大量入侵的低空飞机、战术导弹以及超低空掠海飞行的巡航导弹等,仍是一种相当理想的防空武器。因此,一些发达国家特别是美国、前苏联及其它西方国家,都竞相研制高能激光武器,开展激光武器海上试验。

3 舰载激光武器发展现状

3.1 英国舰载激光眩目照射器

世界上第一种参加实战的低能激光武器是英国研制的激光眩目照射器,其作用是以强激光照射人眼,致使飞行员眩目,甚至失明,迫使敌方驾驶员放弃攻击使命。此外,该激光武器还能使对方的光电制导系统失灵。在1982年的英、阿马岛海战中,英国曾成功地使用了这种舰载激光眩目照射器。英国舰载激光眩目照射器据悉已生产了140多具,主要装备英国海军大中型舰艇,一般在舰桥两侧安装1具,但航母上要装3具。已装激光眩目照射器的英国战舰有:“亚尔古水手”号护卫舰、“考文垂”号护卫舰、“华美”号护卫舰、“林德”级护卫舰及22型护卫舰等。

尽管外界对英国舰载激光眩目照射器议论纷纷,但英方却一直守口如瓶。从各种报道中,可大致勾画出这种舰载激光眩目器的情况:它由激光发射器、双目瞄准镜、电气设备等组成,前两部分装在1个长约1.5m的长方形箱体内,箱体装在基座上箱体由手控控制方位、俯仰运动,操作手通过瞄准镜瞄准目标。电气部分装在基座内。系统高约1.5m,整个系统既可手控,也可遥控。该眩目照射器发射脉冲激光,激光器为Nd:YAG,工作波长0.53μ m。对飞行员眩目距离为5km。据信,这种舰载激光眩目照射器造价约为2550万美元。

3.2 苏联/俄罗斯舰载激光武器

前苏联对舰载激光武器研究十分重视,但十分保密,从零星报道中可知具有相当水平。苏联激光致盲武器早有样机,并且装在水面舰艇上试验过。1987年,在苏联舰艇附近上空的美国侦察机飞行员曾被苏舰上的激光武器照射而致眩。瑞典的一架战斗机驾驶员也曾声称因被苏联激光系统照射而致盲。苏联曾在1艘万吨级的“基洛夫”级巡洋舰上建立了氟化氘化学激光器,可击毁10km外掠海飞行的导弹。

3.3 美国舰载激光武器

美国海军早在1971年就成立了高能激光武器计划管理办公室,具体负责海军高能激光武器的研发工作[1]。经过多年的研发,美国在战术高能激光武器,尤其是在舰载高能激光武器领域,研究成果相当丰硕,在多项关键技术方面取得了突破。

此后,美国海军就加紧了自由电子激光器的研制,并且设计和制造一种新的自由电子激光器,它被形象地称为“光枪”,功率可达100kW[6]。自由电子激光器的作战距离是100m到几千米,这使它成为舰船防御的理想选择,美国海军计划在2020年前将其部署在下一代驱逐舰和航空母舰上。

图1 EMHEL模块示意图

在加紧研制自由电子激光器的同时,美国海军还在开发一种被称为“一次性模块式高能激光器(EMHEL)”的固态激光器,用以装备小型船只进行自卫和对付反舰巡航导弹、无人驾驶飞行器、小型舰艇和其他威胁[7]。固态激光武器EMHEL结构紧凑、成本低、用途广泛、适应性强,被称为“一种革命性的设计方法”。它是一种使用一个或者多个激光模块组成的激光阵列。每个模块包含一个单发激光武器,单次发射时的峰值能量为10kJ。如果该系统多个模块连续发射,则可以在不到一秒钟的时间内穿透15cm厚的钢板,这些模块装配在仪器中,既可单发,也可齐发。

近几年,在舰载激光武器试验方面,美国海军研究力度也在不断加大。2009年早些时候,美国海军研究生院的自由电子激光器研究人员们用新型的自由电子激光器成功进行了第一次阴极注射器发射试验[8]。2009年6月,美国海军在位于加利福尼亚州中国湖的海军空中作战中心,利用“水面海军激光武器系统”样机,跟踪、射击并击落了数架无人机。

另外,2009年7月,美国诺◦格公司空间与任务系统子公司获得了美国海军海上激光演示(MLD)项目合同,该合同总价为9800万美元,为一项不定期交付/不限定数量合同。海上激光演示项目主要目的将其技术成熟度通过并提高至6级以上从而使该项目更加成熟。

据资料和近期报道显示,美国海军“宙斯盾”导弹驱逐舰第三段的系列驱逐舰的“密集阵”防空系统将被“百人长”激光防御系统所取代[5]。“百人长”激光防御系统采用固体激光,可以使用各种电源,可以利用简单的发电机电源也可以利用常规动力与核动力舰艇上的电源。目前“百人长”激光系统正在白沙导弹试验场进行试验,该项目由美国海军和陆军共同出资。

总体上看,美海军层大力研发的MIRACL/SLBD终因战场环境变化及使用条件的限制而搁浅。虽然高能自由电子激光器的前途比较乐观,但研究尚处于起步阶段,符合沿海作战要求的1.6微米兆瓦级自由电子激光器会遇到许多高难度的物理、工程和系统问题。美诺◦格公司2009年2月固态激光武器成功发射了105kW高能激光。可以肯定的是,美海军不会减缓在舰载激光武器相关方面的研制速度,相反,将会加大投入,加大研制力度。

4 舰载激光武器发展趋势

目前,国外的舰载激光武器发展的很快,其发展趋势:一是低能战术激光武器将向小型多样化、自动化、智能化方向发展;二是激光武器将与现有各种武器系统配合使用,组成综合系统,充分发挥综合效能;三是发展第二代节能型高能激光武器;四是研制反激光武器和装备[1,4,7]。

1)低能战术激光武器将向小型多样化、自动化、智能化方向发展。随着激光技术的迅速发展和广阔的需求,小型、实用、智能的低能激光武器将更多地装备舰艇部队。这类干扰与致盲激光武器的一个发展重点是跟踪、干扰甚至损毁包括飞机、火炮的瞄准测距设备、末段制导设备等内部的光电设备。

2)激光武器将与现有各种武器系统配合使用,组成综合武器系统。舰载激光武器将与现有舰载火炮武器系统尤其是高射频小口径火炮配合,组成炮光结合武器系统,弥补现有武器性能上的不完善和火力配置空缺,组成一个多层次、多功能、多位一体的高效能防御、进攻武器系统。这种分工明确、重叠的多层防空火力网,可使防空、反导总的理论拦截率达到99%。

3)发展新型的节能型高能激光武器。由于舰艇受空间和体积的限制。新型的节能型高能激光武器对舰载激光武器的发展同样具有深远的影响。后续节能型第二代激光武器将采用波长更短的新一代激光器件。未来发展的第二代激光武器的基本方案是,寻求节能型杀伤方式,以最小程度的破坏实现致命效果。由于所需的功率和能量非常适中,因而可使激光武器的尺寸和重量显著减小,更加适合舰船装备。

4)研制反激光武器和装备。当目标被敌激光束击中时,可以用后向反射法将激光束反射回发射处,或目标本身能旋转运动使激光光束能量不能聚焦损毁自标,采用适当类型的烟雾保护目标也能有效衰减激光束能量。在保护战斗人员方面,可以在人眼前配戴能衰减激光能、阻挡激光束的滤光片、黑色挡眼片等。例如美国部分陆军和海军已装备由聚碳酸塑料滤光片制成的激光护目镜,能保护眼睛免受当今战场上最有可能碰到的低能激光器的伤害。目前,俄罗斯“白杨”-M 导弹采取了最先进的加大保护层和使弹体旋转等措施,使激光武器难以持续定点攻击目标,减少导弹的损伤程度。