激光反导技术的发展动向与分析❋

2014-01-11

舰船电子工程 2014年8期

（海军驻锦州地区某军事代表室锦州 121000）

1 引言

在未来战场上所面临的最大危险是各种精确制导武器的攻击，而精确制导武器50%以上采用光电制导装置。激光武器对精确制导武器的拦截是一个连续多阶段过程，包括在远距离上致盲导引头的光电部分，中距离上使导引头整流罩炸裂，近距离上烧毁其壳体等。本文就激光反导、发展动向、发展分析等，作进一步的研究和探讨［1］。

2 激光反导

激光反导主要包括激光致盲、激光致伤和激光干扰［2］。

2．1 激光致盲

激光致盲是利用激光能量使光敏元件失灵，所需能量较低，烧毁硫化铅的能量密度为5．4×10-3J／cm2；

2．2 激光致伤

激光致伤是利用很高的激光能量烧毁目标，烧穿弹道导弹壳体至少需要10000J／cm2～20000J／cm2。

3 发展动向

1）洛克希德·马丁公司开发激光尾炮抵御飞机后方威胁。美国《军事与航空航天电子学》2013年1月22日报道：美国国防高级研究计划局（DARPA）1月授予洛克希德·马丁公司一份价值950万美元的修订合同，进一步测试一种未来激光武器系统，以帮助作战飞机抵御后方攻击。该合同是DARPA 航天自适应光束控制（ABC）计划的第三阶段工作，旨在改善战术飞机高能激光器的性能，以应对敌机或导弹对机尾的威胁［3］。

洛克希德·马丁公司空间系统分部将一个主动流动控制炮塔安装在一架商务机上进行飞行测试，以验证炮塔的需求、设计以及该公司第二阶段开发的ABC 技术。ABC 项目将改善战术飞机的后方指向角度，优化流动控制，并探讨如何使ABC的流动控制技术与自适应光学系统同步。

根据修订合同，洛克希德·马丁公司将设计典型光路、等比例炮塔、流动控制致动系统，并进行风洞试验，将一个原型激光防御武器安装到试验飞机。自适应光学技术主要涉及通过操纵透镜和反射镜的形状，使高能激光武器可以抵消大气湍流的影响。

合同工作将在加利福尼亚州森尼韦尔、得克萨斯州沃斯堡和佛罗里达州奥兰多进行，预计2015年秋季完成。

2）美陆军为高能激光移动演示项目寻求光束控制器。美国《军事与航空航天电子学》网站2013年8月12日报道：美国陆军激光武器专家正在进行商业调研，寻求能够设计制造在未来能击落无人机（UAV）、火箭弹、榴弹和迫击炮弹的车载50kW～100kW 高能激光器的光束控制器的公司［4］。

位于阿拉巴马州亨茨维尔的美国陆军空间与导弹防御司令部8月9日发布了一项用于高能激光移动演示（HEL MD）项目的光束控制子系统（BCS）的需求信息（编号为W9113M-07-C-0177）。

波音公司在圣路易斯的定向能系统分部一直与美国陆军合作，致力于HEL MD 项目的研究，即在八轮重型军用卡车上安装能够击落无人机，火箭弹、榴弹和迫击炮弹的激光武器。

早在2011年6月波音公司已完成了HEL MD的低功率测试。去年10月波音公司取得了一项为期三年的双相HEL MD 项目的研发合同，开发、测试能击落无人机的10kW 激光器。其中一些测试定于今年进行，这些测试将展示波音公司的激光器在捕获、跟踪和摧毁目标方面的能力。

目前陆军新设了一个研究项目，计划研制5～10倍现有功率的激光武器，并能按照HEL MD 的指挥与控制系统工作。为此，他们正在寻找能设计可靠光束控制系统的企业参与到该项目中来。

由于该光束控制系统将被安装在军用越野车上，因此要求该系统不仅具有能够击落火箭弹、榴弹、迫击炮弹、无人机和其他外露的引爆装置的定位精度，而且还能经受住车辆自身的震荡和振动。

陆军研究人员解释说，目前的光束控制系统是由若干程序集组成的，因此软件是系统集成最基本的组成部分。

目标攻击始于光束控制系统，目标感知传感器会显示目标位置，然后光束控制系统从待机模式切换到作战模式，激光器转动、瞄准、照亮目标，最终锁定一个精确的攻击点发射激光。

HEL MD 系统采用开放式系统架构，模块化的设计方法。HEL MD 系统可接收多个传感器的轨道数据，从中获取目标信息，进行跟踪、识别，并按目标的重要性进行分级排序，通过排除障碍信息锁定目标的轨道信息，避免轨道丢失，进一步瞄准攻击点，确定攻击时间，确保激光束击中目标，并核实目标是否已摧毁。

HEL MD 系统包括激光子系统（LSS），热管理子系统（TMS），光束控制子系统（BCS），指挥、控制和通信（C3）子系统，车载平台子系统（VPS）和电源子系统（EPS）。

陆军官员称，射频干扰（RFI）技术只是规划建设，不作为此次询价的要求。感兴趣的公司请于9月3日前邮件至neisha．m．mendiola．civ＠mail．mil，并注明公司名称、合作意向和相关专家意见。

3）美国陆军开发直升机激光威胁告警系统。美国《军事与航空航天电子学》2013年8月23日报道：美国陆军航空专家需要激光检测系统以保护直升机免受使用激光测距仪、激光指示器和激光致盲武器的防空武器的威胁。专家们在美国UTC航空系统公司ISR 系统分部找到解决方案。陆军合同司令部宣布向UTC航空公司授予2．085亿美元多年合同，用于开发陆军／海军有人驾驶飞机／可视化和可见光／接收、无源检测（AN／AVR-2B）激光检测系统（LDS）［5］。

AN／AVR-2激光检测直升机航电系统是一个接收、处理和显示威胁信息的被动激光告警系统，当直升机被激光照射到时以提醒机组人员采取回避行动。短程防空导弹和防空火炮通常使用激光制导。激光检测系统（LDS）显示座舱内AN／APR-39A（V）1雷达检测装置指示器的威胁信息。系统有一个接口单元比较仪和四个相同的传感器单元。

能够装载AN／AVR-2激光检测装置的直升机包括美国海军陆战队的AH-1F 眼镜蛇武装直升机、陆军AH-64阿帕奇攻击型直升机、陆军MH-60K 和EH-60A 黑鹰直升机、MH-47E重型运输直升机和OH-58D 基奥瓦武装侦察直升机。

AN／AVS-2B（V）型激光检测系统采用的技术源于被取消的RAH-66 科曼奇项目的开发技术。该系统与先前的AN／AVR-2A（V）型相比体积减小40%，重量减轻45%，功耗减少45%。系统提供增强的威胁检测和数据接口能力，并且验证可靠性增强500%。其模型已在2004年服役。

4）美国研发60kW 激光用以摧毁空中威胁。美国军事与航空航天电子学网站9月4日报道：洛克希德·马丁公司下属Aculight分公司的（位于美国华盛顿州巴索）激光武器专家，将帮助美国陆军为车载激光武器系统研发一个60kW 光纤激光器模块，用以击落敌人无人机、火箭、炮弹和迫击炮［6］。

· 稳健电子激光器倡议（RELI）基础项目介绍

RELI项目是在早期联合高能固体激光器（JHPSSL）和高能液体激光区域防御系统（HELLADS）项目中研发的激光武器技术基础上进行的研究。RELI项目是利用这两个项目研发的技术进行的一个后续项目。联合高能固体激光器和高能液体激光区域防御系统项目为未来激光武器研发了包装、冷却和火控能力技术。RELI项目研究重点在于激光效率的大幅改善，以及包装足够小的可在战术飞机和车辆上部署的激光武器。RELI项目的研究成员包括位于埃尔塞贡多的雷声空军系统公司，位于新墨西哥州阿尔伯克基的波音定向能项目部门，以及洛克希德·马丁Aculight公司。其合作伙伴是美国陆军和空军，美国海军也将参与其中。

· 高能激光移动演示（HEL MD）项目介绍

美国陆军空间与导弹防御司令部官员，上周宣布他们计划授予Aculight公司一个独家合同，为美国陆军和波音公司定向能系统分部的联合项目HEL MD 研发60kW 激光器模块。即将签署的合同将让Aculight公司专家利用美军稳健电子激光器倡议项目研发的技术，将激光武器能量从在稳健电子激光器倡议项目中演示的25kW 到60kW。根据即将签署的合同条款，Aculight公司将制造和集成额外的稳健电子激光器倡议2kW 的光纤激光器模块（该模块与那些稳健电子激光器倡议下25kW 实验室激光器所要求模块的相同），最终达到60kW 输出功率。Aculight公司专家还将描述RELI叠加光纤阵列和光谱波束聚合器在施加更强的功率下更高的热负荷情况。

· 高能激光移动演示（HEL MD）项目目的

HEL MD 项目是通过增加激光束能量，使它们在未来激光武器中足够强大的一个连续系列的激光武器研究项目。60kW 激光将被集成到HEL MD 项目中，用以支持即将进行的演示。项目最终目的是研发一种利用50kW～100kW 激光，用以对抗空中威胁的激光武器。目前，合同的价格还没有最终确定，但陆军官员表示他们估计合同将为期3年以上，价值2380万美元。

5）波音计划2013年底进行高能激光移动演示项目实弹射击试验。《简氏防务周刊》2013年10月22日报道：波音公司计划2013年底，在新墨西哥州的白沙导弹靶场进行高能激光移动演示（HEL MD）系统的实弹射击试验。届时，这一全新的战术激光武器系统将有望击落迫击炮弹和小型无人机［7］。

HEL MD 是少数几个设计用于击落火箭弹、迫击炮弹和小型无人机的战术激光武器计划之一。鉴于美军在阿富汗战场受到日益增长的迫击炮、火箭弹等常规武器攻击的威胁，美军近年来加强了战术激光武器的研究。2011年底美国防部终止了空基反导激光器（ABL）项目，但美国通过该项目在激光器技术、能源制备和光束控制等领域均取得了很大进展，为其新型机载激光器的发展打下了坚实基础。HEL MD 系统是一种低功率电子激光器，可以安装在A4 型奥什科什重型扩展机动性战术卡车（HEMTT）上，用于击落火箭弹、迫击炮和小型无人机。

早在2011年6月，波音公司已完成HEL MD的低功率测试。2012年10月波音公司取得了一项为期三年的HEL MD10千瓦功率激光器的研发合同。波音公司定向能系统分部副总裁迈克尔·林恩在10月21日举行的美国陆军协会（AUSA）2013年年会上表示，波音公司已完成HEL MD 系统初步测试，证明其具备使用低功率激光器跟踪火箭弹、迫击炮和小型无人机的能力。波音公司计划2013年底进行实弹射击试验，验证该系统跟踪、识别和击落迫击炮弹的能力。计划2014年初进行HEL MD 系统附加的自适应光学测试，测试激光在灰尘或其他光学失真环境下的跟踪能力。林恩期待美国陆军空间与导弹防御司令部（SMDC）批准波音公司在2016年或2017年开始HEL MD 的低速初期生产。

6）美国洛马公司验证30kW 的武器级高功率纤维激光。美国洛克希德·马丁公司网站2014年1月28日报道：美国洛克希德·马丁公司最近测试了功率为30千瓦的电力驱动的纤维激光［8］。

· 试验简介

此次试验验证了有记录以来功率最高的激光，同时保持光束质量和电效率。该试验将许多纤维激光器组合成一个质量几近完美的光束，比起替代方案的固态激光技术，用电量约减少了50%。此过程称为“光束组合”，由多个纤维激光器模块发出光束，送入一台组合器，进而合成一个高功率、高质量的光束。每个模块所发送光束具有独特的波长。

· 试验意义

对于在广泛的空中、陆上和海上军事平台部署作战任务相关的激光武器系统来说，此次成功试验标志着重要里程碑。先前行业中进行的激光武器试验演示了目标捕获、跟踪和摧毁。然而，这些解决方案对于战术军事应用来说效能有限，所生成的激光效能低下，从而对大尺寸、高功率和冷却能力有所需求，但关键军事地面和空中平台无法很好地支持这些需求。

洛克希德·马丁公司高级副总裁兼首席技术官雷·乔纳森博士称，公司为军事应用提供了合适的高功率、电力驱动的激光系统。激光部件的发展、光束组合技术的成熟和提高，都将支持军事目标，为飞机、直升机、舰艇和装甲车等军事平台提供重量轻、坚固的激光武器系统。该高能激光可用作激光武器系统的核心。

7）以色列公布新型激光防御系统。美国华盛顿自由灯塔网站2014年2月13日报道：以色列近期在新加坡航空展上公布了一种由拉斐尔公司开发的激光防御系统——铁束系统，该系统将能够使用高能激光束击落火箭弹和炮弹。据拉斐尔公司称，铁束系统明年将可投入作战，如此以来，该系统将成为世界上第一个作战激光武器［9］。

铁束系统为固体激光拦截器设计，通过发射定向高能激光束来摧毁目标，是一种模块化的、可移动的系统。“铁束”可以安装在独立的卡车上，与另一辆载有雷达设备的卡车协同作战，可有效对抗近程战术威胁，包括火箭炮、火炮和迫击炮等空中目标，以及无人机或地面目标。

铁束固态激光器由发电机驱动，可进行多发、多目标交战，能够通过摧毁所有目标挫败大型齐射火炮攻击。其最大拦截距离为4．5mile（约7．24km），在保证以色列边境安全上可发挥重要作用。此外，该系统可作为防空系统的一部分或作为一个独立的系统，全天候作战。

铁束”系统的优点是附带损害较小，对环境影响较小。同时，一般的制导拦截器每次打击成本为千万美元，相比而言，“铁束”高能激光武器系统成本很低，只需计算用于发电的燃料成本，甚至可以忽略不计。

拉斐尔公司还开发了可拦截50mile外火箭炮的铁屋顶系统，其射程可能还要延长。该系统三年前已具有作战能力，在阻止从加沙地区发射的火箭炮上已被证明高度有效，但不能拦截从以色列边界的集体农场发射的近程火箭炮。

4 发展分析

激光反导技术的发展趋势：一是发展固体激光器技术；二是继续研发自由电子激光器；三是加快研究成果转化为武器的速度［10］。

1）发展固体激光器技术。激光器作为激光武器系统中的重要组成部分，其功率水平、体积、重量、光束质量等特性严重制约着激光武器的发展。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。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。

2）继续研发自由电子激光器。自由电子激光器从原理上与传统激光器有很大不同，它是利用电子束与电磁波通过抽运电磁场的相互作用，经受激发射放大短波长辐射。自由电子激光器的宽范围选择波长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。

3）研究成果转化。现在不断有各种激光武器概念和系统雏形出现，它们从构思到雏形出现所耗费的时间越来越短。例如，“复仇者”激光器系统的研发就只用了8个月。这说明美国多年的投入和成果积累已相当丰富，将这些成果转化为实用武器技术的速度明显加快。前期的研究成果虽然不一定转化为实战武器，但相关技术成果却成为后续系统发展的助推器。