国外舰载激光武器的发展动向与分析＊

徐大伟

（海军驻锦州地区军事代表室 锦州 121000）

1 引言

目前，在激光武器的研制上，美国一直处于世界领先地位，已进行过多次设计试验的循环过程。例如，2010年9月，波音公司已经接到美国海军的命令，完成100kW“自由电子激光武器系统”试验型号。波音战略导弹及防务系统公司负责人格雷格·亨利斯劳普称，这种高速、高精度、大功率的激光武器将使美国海军战舰具备应对新兴威胁的能力，“将在未来10年内装备军舰”。此外，美国海军还在与雷神公司合作研发“激光近距离武器系统”，该系统可发射功率为50kW的激光束，既可安装在军舰内部，又可车载使用。本文就舰载激光武器、发展动向、发展分析等，作进一步的研究和探讨［1］。

2 舰载激光武器

舰载激光武器主要有三个目标，即掠海飞行导弹、导弹或智能型炸弹上的激光电视传感器、歼击机和直升机［2］。

舰载低能激光武器可以对抗导弹上的微光电视摄像机。其基本要求也是实时的探测和识别敌方目标，并自动跟踪和发射激光束，将微光电视摄像机摧毁或致盲足够长的时间。使导弹脱靶。一般情况下，致盲1～2s的时间便已足够，但对有些导弹也许需要的时间更长一些。

舰载高能激光武器的主要由高能激光器，精密跟踪装置和光束控制发射系统组成，高能激光器是核心部件。高能激光武器研制的关键技术是研制功率大，光束质量优异的激光器，精密跟瞄装置，重量轻且抗辐射的光束控制发射系统，激光束辐射到目标上的功率密度与目标的距离及光束发散角的平方成反比，所以激光武器功率、光束质量和聚焦反射镜的大小对激光武器的威力起决定性的作用。同时，为了确保激光束打到目标上停留一段时间，以沉积足够的能量毁伤目标，要求跟瞄装置的精度高达微弧度级，要求有高精度控制光束的大型聚焦反射镜。达到这些要求的技术难度是相当大的。如果能够较大地提高激光器的输出功率，即可降低跟瞄装置和聚焦反射镜的研制难度。此外，研究人员已改进了把激光聚焦成很小光点的设计思想，利用照准目标的大光点，同时打击目标的多个部位，首先击毁最薄弱的部位，缩短杀伤时间。这种设计思想，方便了射束聚焦，降低了对射束的质量要求，从而降低了系统的复杂程度。

3 发展动向

1）美国海军自由电子激光器到2020年将取得重大进展。美国dvice网站2011年3月30日报道：美国海军自由电子激光器预计到2020年中期将取得重大进展，能够在一秒钟之内穿透约609m的钢板［3］。

美国近年来一直致力于定向能武器的研究，其原因主要是舰艇拥有武器级激光系统所需要的空间和能力，对于强大的激光器来说是一个理想的平台。首套激光器（将在未来10年内部署）可能是传统的固态激光器，能够发射连续光束，有点像激光指示器。固态激光器的问题是它们光的波长是固定的，而且要依赖于天气，距离远时强度会变弱。因此到2020年，可以选择的是自由电子激光，它能以多种波长来输出能量，且不需要重量较大的大型固态基础设施。

自由电子激光器基本上就是一个能够将快速移动的将电子转化为光子的粒子加速器。2011年2月，海军的自由电子激光器样机已经产生了200kW的波束，它在1s内能够穿透6m左右的钢板。而美国海军的最终目标是使自由电子激光器达到兆瓦级，并且在一秒钟之内穿透609m的钢板。

目前，自由电子激光器大约有一个足球场的那么大，但是这对于装备在航母上来说体积可能相对较大。但是随着技术的改进，将不断缩小激光器的体积，同时使其更加高效，到2015年，它的体积将缩小为15m×6m×3m。到2020年，体积可能还会更小，能够装在直升机和无人机上使用。到2030年，体积可能缩小到手持的程度。

2）美国海军海上激光器项目再次取得重大进展。美国海军研究办公室网站2011年4月8日报道：4月6日，美国海军研究办公室和诺斯罗普·格鲁曼公司成功完成了对固态高能激光（HEL）的一次试验，在试验中，安装在水面舰艇上的固态高能激光器击毁了一艘小型目标船只。此举验证了海上激光器（MLD）项目应用于海上舰艇自防御的可行性，使水面舰艇利用激光器在远距离阻止小型船只的威胁成为了可能［4］。

本次试验在加州中部海岸太平洋试验靶场的圣尼古拉斯岛进行。激光器安装在海军试验船—前美国海军舰艇“保罗·福斯特”号（DD 964）上。

海军研究局MLD项目执行官皮特·莫瑞森表示，这是HEL首次安装到水面舰艇上，在海上环境中以舰载能源作为输入，输出高能激光击毁目标。研究人员从本次试验中得到了很多关于如何集成并与定向能武器协同工作的相关经验，所有的输出试验结果都有很高的价值。

此外，在海上激光器的研究方面，美国海军也获得了数项突破。其中包括将海上激光器与舰载雷达和导航系统进行集成、在海上运动平台上发射电子激光武器等。美国海军关于固态激光的其它试验已经在陆上环境中完成。

但是尽管本次试验已经证明了海上激光器在射程范围内拒止小型船只具有一定的能力，但是该技术在未来还是不会取代传统的武器系统。

3）美国海军选择BAE系统公司展示战术激光系统。BAE系统公司网站2011年4月8日报道：BAE系统公司已经收到美国海军一份价值280万美元的合同，以演示一种可集成到美国海军现有的枪架上的战术激光系统（TLS）［4］。

该TLS系统将一个固体高能量激光器连接到武器模块，以提供极其精确的定位并可以使被打击目标丧失能力。该系统还可以根据目标和任务对象的不同，改变激光能量水平，提供扩展功能。BAE系统公司打算与位于新墨西哥州阿尔布的波音公司定向能系统部门展开合作，研发战术激光系统。

BAE系统公司将于4月11～13日在马里兰州盖洛德国家会议中心举办的海空天博览会上展示战术激光系统。

4）波音公司开发高亮度激光。澳大利亚《每日航天》2011年5月16日报道：波音公司已经收到价值420万美元、为期16个月的合同，为美国国防部高能激光－联合技术办公室（HEL-JTO）设计和开发一个25kW的高亮度激光。波音公司将基于高效薄片激光器（TDL）技术开发固态电激光。该项目的目标是要演示一个基于TDL的系统与HELJTO高亮度，高发电效率的坚固耐用的电激光倡议项目一致的性能［5］。

波音的做法融合了一系列在许多行业用于切割和焊接金属零件的商业现货激光器。这些久经考验的工业激光器具有高可靠性和相关的支持和维护。该激光的成功完成可能会引导激光系统的作战版本的开发和生产。

高功率的固态定向能武器，能几乎没有附带损害地以光速禁用或销毁目标。激光还可以灵活地支持战场及城市作战任务。

5）美国通用原子公司开始研制150kW级高能激光武器。美国《军用航空电子》网站6月26日报道：通用原子公司近日与美国国防高级研究计划局（DARPA）签订了3980万美元的合同，研制150kW级化学高能激光武器。作为DARPA正在实施的“高能液体激光器区域防御系统”（HELLADS）项目的组成部分，这种激光武器将有可能装备一些小型的军用平台，其中包括巡逻艇、战斗机、装甲车甚至无人机等，可摧毁无人机、地面雷达系统以及通讯设施等。“高能液体激光器区域防御系统”项目主要是为了验证重量为748kg（1650磅）、功率为150kW级的高能激光武器所采用的化学激光武器技术，其功／重比在10以内，远大于目前正在研制的各种其他类型激光武器。通用原子公司从2003年就开始参与“高能液体激光器区域防御系统”项目，其原型机采用的是分布式液体激光器［6］。

6）激光武器进入部署或早于人们预期。美国《军事与航空航天电子学》2011年6月28日报道：近期业内关于激光武器进展的消息较多，有几种即将开始试验，激光武器进入部署或许会早于人们的预期［7］。

两个月前，美国国防高级研究计划局与美国海军的激光武器专家在加利福尼亚海岸线以外对一种名为海上激光演示器（MLD）的高能激光武器进行了演示，摧毁了一艘小型船只的发动机。这种激光武器属于军方联合高功率固体激光武器（JHPSSL）计划的一部分，由诺斯罗普·格鲁曼公司空间系统分部研制。

6月下旬，国防高级研究计划局宣布与通用原子能公司签署一份价值3980万美元的合同，计划开发一种可安装在舰船、战斗机、装甲车甚至无人车上的150kW级高能固体激光武器。该合同是国防高级研究计划局高能液体激光区域防御系统（HELLADS）计划的第4阶段合同。

一周后的6月27日，美国陆军宣布高能激光技术演示器（HELTD）完成了系统集成。该系统由波音公司定向能系统分部研制，是一种高能固体激光武器系统，安装在卡车上，可用于摧毁来袭炮弹、迫击炮弹、火箭弹和无人机。按照计划，该系统将于今年秋天在白沙靶场进行试验。

尽管这几项激光武器研究计划进展顺利，预示着良好的前景，但在其进入部署之前仍有大量工作要做。首先，军方需要确定对激光武器有着切实需求；其次，军方必须拥有充足的预算投入激光武器的开发和生产。

7）波音公司和BAE系统公司为美国海军开发激光系统。波音公司网站2011年7月22日报道：波音公司今天宣布，其定向能源系统（DES）部门与BAE系统公司已经签署了一份合作协议，为美国海军舰艇开发Mk 38MOD 2战术激光系统。美国海军今年3月授予BAE系统公司团队一份初始合同，建造该系统的演示设备。根据该合同，波音公司是BAE系统公司的分包商［8］。

MK 38MOD 2战术激光系统将一个固态高能激光武器模块结合到MK 38机枪系统。附加的激光武器模块可为机枪系统打击水面和空中目标如小型舰船和无人机等提供高精度的准确性。该系统还能够根据目标和任务需求提供不同等级的激光能量。

波音公司和BAE系统公司近两年来一直共同开发这种能力。2010年，波音公司DES部门进行了两次现场试验，验证该系统跟踪地面目标并保持高精度激光瞄准点的能力。

4 发展分析

就目前的发展情况来看，激光武器系统仍需在保持足够功率的前提下尽量减小体积和重量，控制光束抖动，保证精确的打击，提高光束控制系统性能，改变高能激光武器只能由大型平台装载的局面等等［9］。

1）发展自由电子激光器。与其他各类激光器相比，自由电子激光器同时具有输出功率强、波长可调和功率高这三大特点，其中，选择波长范围宽的能力是固体激光器或化学激光器难以达到的。它不仅在军事上成为公认的海上高能激光武器系统的最合理候选激光器，而且在其他方面如工业和科学研究领域也有广泛的应用。早在星球大战时期自由电子激光器就受到重视而迅速发展，但后来由于技术和资金等原因被迫中断，现在海军重新捡起这类激光器并将其作为大型舰船舰载激光武器的唯一候选激光器，表明它具有其他类型激光器不可替代的军事地位。同时也表明SDI之后技术的发展与突破将可能实现自由电子激光器的高功率输出。事实上，美国的托马斯·杰弗逊国家加速器实验室和阿拉莫斯（（Alamos）国家实验室正开展有关研究。目前，自由电子激光器获得了6μm波长、l0kW平均功率的红外激光输出。根据海军的研究表明，要防御反舰巡航导弹的攻击，需要lμm波长、1.5MW功率的自由电子激光器。

2）发展固体激光技术。目前，固体激光技术发展迅速，集成度和功率水平都在不断提高，这给激光武器技术的发展带来机遇。例如，固体热容激光器的功率在2006年就已达67kW，光束质量优于2倍衍射极限。在上述的几种激光武器中应用的IPG光纤激光器功率已达到了20kW以上。2008年11月，诺斯罗普·格鲁曼公司研制成功了加固型固体FIRESTRIKE激光器，采用模块化设计，单块输出功率为15kW，光束质量达1.5倍衍射极限。2009年3月＋诺斯罗普·格鲁曼公司的JHPSSL项目采用该型激光器使组合式固体激光器功率达到105kW。固体激光技术的长足发展，对提高激光武器的杀伤效能，机动性、可靠性等都有非常重要的意义，它将促使未来的激光武器将向小型化、模块化，通用化方向发展。

3）发展节能型高能激光武器。新型的节能型高能激光武器主要有固体（热容）激光器、电化学氧碘激光器以及光纤激光器等。固体热容激光器主要采用具有一定热容量的固体激光介质，使激射时间和冷却时间分开，缓解了热管理问题。闪光灯抽运的固体热容激光器功率已达万瓦以上，二极管抽运固体热容激光器也能够在1s内产生30kW的平均功率。电化学氧碘激光器主要通过电化学过程解决了普通氧碘化学激光器的燃料重复使用问题，使其体积和重量大大降低。美空军正在研制用于战术机载防空的电化学氧碘激光器。高功率光纤激光器是一种以高功率多模二极管为抽运源、以双包层光纤结构为激光增益介质的激光器。英国已研制出高光束质量的千瓦级光纤激光器，美国军方认为这种光纤激光器具备装备战斗机的潜力。此外，随着二极管抽运固体激光器实现高平均功率输出，发展高效率的二极管激光器成为节能的重要手段之一。美国国防高级研究计划局正在开展一项超高效率二极管源（SHEDS）计划，目标是将目前二极管激光器的电光效率由50%提高到80%，这将大大提高整个系统的转化效率，从而节约能源。

5 结语

目前，美国已将高功率固体激光器和半导体激光器作为今后战术高能激光武器发展的重点，并同时向小型运输机和战斗机、舰船以及地面车辆等平台上推广，使其成为三军通用装备。随着自由电子激光器、固体激光技术、节能型高能激光武器的迅速发展，在未来现代化战争和局部战争中，适时运用舰载激光武器，对于防空反导、保护水面舰艇的自身安全，就显得越来越重要了［10］。

［1］任国光.高能激光武器的现状与发展趋势［J］.激光与光电子学进展，2008（9）：62-69.

［2］张江华.激光在现代军事中的应用［J］.中国高新技术企业，2008（20）：86-88.

［3］美国海军自由电子激光器到2020年将取得重大进展［N］.每日防务快讯，2011-04-06.

［4］美国海军海上激光器项目再次取得重大进展［N］.每日防务快讯，2011-04-12.

［5］美国海军选择BAE系统公司展示战术激光系统［N］.每日防务快讯，2011-04-13.

［6］波音公司开发高亮度激光［N］.每日防务快讯，2011-05-18.

［7］美国通用原子公司开始研制150千瓦级高能激光武器［N］.每日防务快讯，2011-07-04.

［7］激光武器进入部署或早于人们预期［N］.每日防务快讯，2011-07-12.

［8］波音公司和BAE系统公司为美国海军开发激光系统［N］.每日防务快讯，2011-08-02.

［9］汪光华.舰载高能自由电子激光武器［J］.现代军事，1999（2）：42-43.

［10］王力民，杨甲胜，耿晓蕾，等.激光武器的发展动向与分析［J］.舰船电子工程，2008，28（6）：41-45