光阵重生

李谦

传说中，古代世界最伟大的数学家和工程师阿基米德曾在其定居的叙拉古城遭到罗马舰队围攻时，利用凹面镜聚光的原理，命令许多士兵手持巨大的青铜镜，将阳光反射、聚焦在敌人的舰只上，点燃了罗马人的舰队，虽然经过后人研究考证，镜子聚焦阳光将木船点燃的实用性堪忧，但阿基米德的光阵故事仍然穿越历史的沧桑，流传了下来。两千多年后，随着激光的发明，用强光来摧毁敌人武器装备、有生力量的设想又被重新提起，并得到了验证。然而， 虽然“死光”颇受科幻作品的青睐，在影视画面中所向披靡，但由于长期以来未能解决激光武器小型化的问题，一直未能实用化。

直到近年，随着固体激光器和光纤激光器的发展，激光武器的实用化才初见曙光。最近，根据美国国防部国防高级研究计划局（DARPA）和美国空军研究实验室（AFRL）于2013年1月授予的一份价值950万美元的合同，洛克希德·马丁公司正在发展的“航空自适应光学波束控制”（ABC）转塔，已经在圣母大学和美国空军研究实验室的协作之下，完成了转塔样机的初始飞行测试。该合同是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，其设计的ABC转塔的使命是为军用飞机提供机载高能激光武器的全向覆盖，具备跟踪和摧毁机载高能激光武器视场内所有空中目标的能力，以应对敌机或导弹对机尾的威胁。这意味着经过多年的波折之后，美国空军的机载激光武器又向成功装备使用迈进了一大步。

曾经的美国机载激光武器

事实上，美国空军进行机载激光武器试验已经有了三十多年的历史，早在1981年初，就开展了“机载激光实验室（ALL）”计划，在一架KC-135运输机上改装、集成了100千瓦级的二氧化碳激光器，并在1983年5月在中国湖海军武器试验场进行的试验中，成功进行了连续摧毁5枚AIM-9“响尾蛇”空空导弹靶标的演示。但是，由于二氧化碳激光器的功率密度低，需要庞大的运输机作为载体，而有效拦截距离较近，难以实战使用，最终该计划被取消了。

冷战结束之后，随着美国国防战略的转型，为了取得对其他核大国的绝对优势地位，开始致力于发展新型的弹道导弹防御系统，并分成不同的具体目标开始进行攻关，其中，机载激光武器由于反应迅速，拦截可靠，再次被提上了研究日程。1996年11月，开始研制用于助推段导弹拦截的机载激光武器（ABL）系统，其转塔装载于波音747载机的头部，用于对战区弹道导弹进行探测、跟踪，并在其助推段飞行时将其击毁。2002年，又开始研制先进战术机载激光武器（ATL）系统，装载于C-130运输机上，利用下方转塔对作战区域的战术目标（例如车辆及其他地面装备）进行打击，在保证具有较小或者无附带伤害的前提下，损伤、摧毁、破坏目标，可以用于支援战场作战和城市军事行动。

ABL系统和ATL系统虽然用途迥异，但却有一个共同点，即都采用了功率密度较高，且有利于达成大功率输出的氧碘化学激光器，其中ABL系统的操作功率达到了惊人的3 000千瓦（演示中达到了1 000千瓦），设计射程达到了更加 惊人的400千米，2010年2月成功进行了拦截战术弹道导弹的试验。而ATL系统的操作功率为75千瓦（演示中达到了30千瓦，计划提高至300千瓦），设计射程15千米，2009年9月成功进行了对地面机动车辆的打击试验。

然而，成也萧何，败也萧何，氧碘化学激光器虽然具有高能的优势，但其重量还是太大，ABL系统的激光设备重达80吨，ATL系统的激光设备重达20吨，仍需使用运输机搭载。另外，每次发射之后，都需要一定时间向激光器反应腔内补充燃料，而反应腔的有限容积，使得氧碘化学激光器的每次发射时间也受到极大限制，通常只有几秒钟，这使得其实战应用的效能大打折扣，在新一代激光器的强力竞争下，终于被先后放弃了。

新一代激光武器

新一代的激光器以大功率光纤激光器为主要代表。它以光纤作为波导介质，耦合效率高，易形成高功率密度，具有高转换效率、低阈值、光束质量好和窄线宽等优点，是美国新一代激光器的主要类型。

与传统的固体激光器相比，光纤激光器体积小，寿命长，易于系统集成，在高温高压，高震动，高冲击的恶劣环境中皆可正常运转。光纤激光器还有一个显著的优点，就是出光时间长，可以对目标进行长时间照射而不至于损伤激光器，洛克希德·马丁公司的光纤激光器曾在试验中取得了大于6小时的持续出光时间，如果进行短脉冲照射，则光纤激光器的重复射击能力仅受电源供给的限制，可认为具有无限次的持续射击能力。

另外，由于光纤激光器体积紧凑，散热效果好，无需庞大的制冷系统。为了提高激光武器系统的总功率，包括洛克希德·马丁公司ABC转塔在内的数种美军研制、试验中的激光武器系统，都采用了阵列式结构，即通过并联多个相同规格的光纤激光器来获得更大的输出功率。只要系统体积、重量允许，就可以像搭积木一样，通过简单的增加光纤激光器，提高输出能力。另外，阵列式的结构还使得激光武器系统具有良好的冗余度，即使有少数几个光纤激光器模块损坏，仍然可以维持系统的作战能力，这是传统的单一式结构激光器所望尘莫及的。

目标，真正的光阵

然而，ABC转塔并不代表美国机载激光武器研制的最先进水平，由于转塔需要复杂的光学转换通道，不仅会影响到光束质量，而且转塔本身为了俯仰转动而设置的相关机构就是故障的重要来源，这使得瞬息可达的激光实战效果大打折扣。为了解决这个问题，美国空军研究实验室正计划开发新一代高能激光技术，采用相对成熟技术的光纤激光器阵列，发展全保形机载激光武器，在保证威力的同时，可以减少高速战术飞机的阻力，并保持其有效的隐身能力。

这种新时代的光阵已经不再是幻想，而是实实在在的可行计划。洛克希德·马丁公司和诺斯罗普·格鲁曼公司组成的项目组已于2013年10月获得了国防高级研究计划局的合同，设计用于作战飞机的保形激光武器系统，以使有人飞机和无人机免受红外导弹攻击。而国防高级研究计划局已经宣布，他们已成功验证了21束激光器组合而成的光学相控阵，每一束均由光纤激光放大器驱动。该试验光学相控阵由三组组成，每组为7个光纤激光器，每组的面积仅为10平方厘米。在接下来的三年里，国防高级研究计划局希望新型激光器功率达到100千瓦。

责任编辑：王鑫邦