美国典型高能固体战术激光武器发展概况

叶肖甫

摘要：由于激光武器具有攻击速度快、成本低、静默抗干扰等优点，使得固体战术激光武器得到了飞速发展。本文介绍了美国典型固体战术激光武器系统的研究进展和试验情况，并对固体战术激光武器的发展方向进行了分析，以期对激光武器系统的研发提供一定的参考价值。

关键词：固体战术激光武器 自适应光学 光学相控阵

高能激光器通常是指单脉冲能量大于1000焦耳、持续时间内输出激光功率不小于10000瓦特的脉冲激光器，或输出激光平均功率达10000瓦特的连续激光器。按照激光武器的毁伤效果，激光武器分为功能性毁伤激光武器和摧毁性激光武器。对目标的部分功能进行毁伤，使其作战效能降低的激光武器称为功能性毁伤激光武器，即软杀伤激光武器；对目标或其关键部位直接毁伤，使其丧失全部作战效能的激光武器称为摧毁性激光武器，即硬杀伤激光武器。按照装载平台，激光武器可以分为车载、舰载、机载或星载激光武器，适用于不同的作战环境。

高能激光武器可以利用高功率激光束直接杀伤目标，具有速度快、命中精度高、抗干扰能力强等优点。高能固体激光武器依靠电激励，可以重复使用，弹仓容量大，不用像常规炮弹那样需要制造、运输、储存和维护。高能固体激光武器单次作战费用低，是一种绿色武器系统。固体战术激光武器可以攻击多种目标，包括无人机、战车、橡皮艇、火箭弹、炮弹、迫击炮弹等。另外，激光武器不使用炮弹之类的固体物质，可以更好地被利用于在人群密集区域的防御，不会像传统防空炮的子弹，在掉落地面时引起人群恐慌。此外，激光武器还可以对付小型地面目标，以及用于维和或防止骚乱，而不像枪炮那样容易引起人们的注意，在短距离内达到有效的威慑，且不会有火炮的巨响声[1]。

激光武器先期是以攻击和防御中远程火箭弹、导弹为主，后来随着军事需求的变化和激光武器技术发展的限制，现主要攻击目标为低空飞行的无人机等低、小、慢目标。比如，目前美国海军激光武器系统以无人机为主要目标，以巡逻艇发射的火箭弹、导弹以及小船为次要目标[2]。

根据无人机的分类[3]，目前激光武器反无人机的有效作用距离选定为10千米左右是合理的。鉴于目前激光武器发展的技术水平，以及目前对低、小、慢反无人机的迫切需要，激光武器反无人机可以适当缩短有效作用距离至2千米～3千米，适用于对付小型无人机和近短程无人机。

近年来，美国对激光与典型目标的相互作用的物理和热动力机理进行了大量的理论和试验研究，研制了多种高能激光武器演示系统，在外场试验中多次成功击落迫击炮弹、无人机、车辆和船只等战术目标，为高能激光武器的进一步开发奠定了基础。

一、美国高能固体战术激光武器发展现状

1.舰载激光武器系统

美国雷声公司研制的海军舰载激光武器系统采用了非相干合成的方法，将六个5.5千瓦特的IPG商用光纤激光器合成，激光功率为33千瓦特。

舰载激光武器系统最初的作战目标是火箭弹、炮弹、迫击炮弹及无人机。但随着无人机威胁的日益加大，该系统的主要作战任务转变为反无人机和快艇。舰载激光武器系统还可用来防御如小船、便携式防空系统和浮动水雷等其他威胁。另外，在交战前，也可利用其光学传感器提高对潜在威胁目标的识别能力和监控距离，以确定目标意图，从而为作战决策提供重要依据。

舰载激光武器系统于2007年开始研制，2008年完成舰载激光武器系统集成，2009年在加利福尼亚州中国湖海军空战中心飞机分部开展了陆基试验，成功地实现了5次反无人机试验。

2010年5月24日，在加利福尼亚州圣尼古拉斯岛的一处海岸陆地上进行的舰载激光武器系统演示试验中，在距离3.2千米处，摧毁了2架时速482千米的无人机。这是在海洋环境下舰载激光武器系统首次对无人机的摧毁演示，如图1所示。

本次试验的亮点是击落四架无人机、击毁一条目标小船。这次试验舰载激光武器系统克服了试验环境中大风、吸收、散射、湍流等困难，是激光武器发展的一座非常重要的里程碑，试验表明以光纤激光器為作战光源的舰载激光武器关键技术取得了重要突破。

2012年起，舰载激光武器系统被安装在“杜威号”驱逐舰前方甲板上，在2012年7月至9月的试验中，它成功击落了三架典型威胁的无人机目标。

2013年4月，舰载激光武器系统集成在“庞塞号”两栖战舰上，编号为AN/SEQ-3，如图2所示[4]。

2014年8月底，安装在位于波斯湾的美国第5舰队的“庞塞号”上的舰载激光武器系统，试验其在湿热、灰层和盐雾等海洋条件下的适应性。2014年11月，美国海军公布的视频显示击毁了一架扫描鹰无人机，引爆了一枚火箭弹，烧毁了一艘坚固的气垫船。在恶劣天气、高湿度和沙尘暴的条件下，舰载激光武器系统仍工作正常[5]。

2017年7月，美国海军利用安装在浮动前进平台USS Ponce（AFSB I 15）的舰载激光武器系统进行演示试验，在波斯湾成功击落一架无人机[6]。

美国海军下一步的计划是将武器系统的输出功率提升到50千瓦特～100千瓦特。

2.移动式高能激光演示系统

美国陆军将耐用的光束控制系统集成到重型扩展型机动战车上，在高能激光技术演示项目中进行反迫击炮弹目标的低功率试验。2012年，美国陆军利用高能激光推进计划的成果将高能激光技术演示转变为移动式高能激光演示。移动式高能激光演示的性能将支持固体激光技术过渡到导弹与空间计划执行局的探索项目，该局有相关反迫击炮弹和无人机的任务。

2012年，在美国陆军空间与导弹防御司令部后续合同支持下，波音公司将继续开发车载定向能系统，以提高反迫击炮弹和无人机的作战能力。

在移动式高能激光演示系统第二阶段高功率测试合同支持下，波音公司在移动式高能激光演示系统上安装了10千瓦特商用光纤激光器，并留有后继安装更强激光的选择，减小了将来安装更强激光的风险。endprint

波音公司定向能系统副总裁兼项目主管迈克·里恩说：“波音公司移动式高能激光演示项目采用最先进的固体激光技术，确保陆军现在和将来拥有以光速防御反火箭弹、炮弹、迫击炮弹和无人机的能力，高功率测试代表该革命性的定向能系统迈出了非常重要的一步。”

移动式高能激光演示系统由波音公司和陆军共同开发，该后继合同将支持后面三年的开发和测试。在2013年采用高功率固体激光进行野外测试[7]。

2014年10月，波音公司和美国陆军在佛罗里达恩格林空军基地已经验证了移动式高能激光演示系统在海洋环境条件下的能力，成功对付了一系列飞行目标，如图3所示。

波音公司定向能系统主管戴夫·德扬说：“在佛罗里达强风夹杂雨雾的天气条件下，用10千瓦特移动式高能激光演示系统作战，是迄今为止最有挑战性的。正如2013年在新墨西哥白沙靶场和2014年春天在恩格林空军基地验证的一样，移动式高能激光演示系统是可靠的，在不同环境条件下能够连续捕获、跟踪和摧毁一系列目标，验证了定向能系统潜在的军事应用价值。”

在最近的演示中，移动式高能激光演示系统采用10千瓦特高能激光器，安装在Oshkosh军用战车上，该演示系统是首个移动式高能激光系统，运用于反火箭弹、炮弹、迫击炮弹。

波音公司定向能系统主管戴夫·德扬说：“利用移动式高能激光演示系统类似的能力，波音公司正在演示定向能技术增强现有动能攻击武器，并且显著降低每次攻击的成本。仅仅花费柴油机的成本，激光系统就可以不断发射，而不用花费昂贵的弹药和额外的人力。”

经过两轮演示验证，波音公司取得了所有既定的目标，成功击落了150个飞行目标，包括60毫米迫击炮弹和无人机。下一步移动式高能激光演示系统将安装50千瓦特或60千瓦特激光器，演示反迫击炮弹和无人机的能力[8]。美国陆军打算采用洛·马公司60千瓦特光纤激光器，通用原子公司希望采用其研制的高能液体激光区域防御系统激光器，波音公司希望采用自己研制的50千瓦特和100千瓦特激光器，并且改进热管理和电源子系统。

3.先进试验高能激光系统

洛·马公司采用光谱合成方式研制的先进试验高能激光系统。2015年3月，洛·马公司演示了最新的先进试验高能激光系统。在几秒钟内，烧穿了1.6千米外的一辆小型Ford F-150皮卡车的引擎盖，并损坏了发动机[9]，如图4所示。

2017年9月，先进试验高能激光系统在白沙靶场试验，成功击落了5架无人机，显示了在无声无息中击落敌方无人机的能力，如图5所示[10]。

先进试验高能激光系统内部为30千瓦特的快速激光演示倡议激光器。2013年，快速激光演示倡议实现了30千瓦特激光器出光演示。

先进试验高能激光系统是在区域反弹药激光武器系统的基础上开发的。区域反弹药激光系统成功进行了外场试验，精确击中了海上目标和小型空中目标[11]。

区域反弹药装备的是10千瓦特光纤激光器，是机动的陆基激光系统，用来保护高价值的军用设施，包括對付前沿阵地逼近的火箭弹和无人机[12]。

2017年3月，洛克马丁开发的光纤激光系统的激光功率达到了58千瓦特，电光效率达到43%，光束质量接近衍射极限，创造了同类激光世界纪录，该系统计划在享茨维尔进行60千瓦特功率的试验[13]。

激光与传感器系统高级研究员罗伯特·阿夫扎尔博士说：“我们已经开发了激光功率足够强、重量足够轻、体积足够小、性能足够可靠的激光系统，可以部署在任何陆海空防御战术平台上。”

激光武器是对传统动能武器的一个补充，在将来，可以有效防御无人机群和大批次的火箭弹和炮弹。美国陆军计划于2023年部署其先进激光武器[13]。

2017年洛·马公司从空军研究实验室获得2639万美元的合同，正在研制适合机载的激光武器，计划2018试验该技术[10]。

4.海上激光演示系统

海上激光演示系统采用美国联合高功率固体激光项目支持的由诺·格公司研制的15千瓦特板条激光器模块。

2011年，海上激光演示系统安装在美国海军自卫试验舰上，验证了防止水面舰艇和船员受到小船攻击的能力。

2011年4月，海上激光演示系统在加利福尼亚州外海的圣尼古拉斯岛附近海域试验，在几秒钟内使一艘1.6千米外遥控移动的无人驾驶小船引擎着火，成功击毁小船[14]（如图6所示）。

2011年，这次为期3天的试验，共发射激光35次。海上激光演示系统承受住了2.44米浪高、25节（12.8米/秒）风速及雨雾等，创造了定向能武器的多个第一。海军激光系统第一次安装在退役的“斯普鲁恩斯”级驱逐舰上进行海上试验，并第一次与舰上雷达导航系统连接，电激励激光系统第一次在海上运动平台上发射激光[15]。

2009年3月，诺·格公司用其研制的7台15千瓦特板条固体激光器，通过相干合成，获得了光束质量小于3的105千瓦特激光束。2015年年底，诺·格公司签订研制激光武器演示系统项目合同[16]。

2015年12月报道，诺·格公司将研制150千瓦特激光武器演示系统，装在美国海军自卫试验舰上。研制经费从5.3千万美元增加到9.1千万美元，研制周期为34个月，分为三个阶段：第一阶段系统详细设计，第二阶段组装和地面试验，第三阶段安装在自卫舰上进行海上试验[17]。

5.自我防护高能激光演示系统

美国空军研究实验室自我防护高能激光演示系统包括三个部分：第一，诺·格公司承研自我防护高能激光演示系统激光炮在航空中的效果研究，研制光束控制系统将激光导向目标；第二，波音公司承研激光吊舱研究与开发项目，研制安装在战术战斗机上的吊舱，用于驱动和冷却激光器；第三，洛·马公司承研适用于下一代紧凑型环境的改进激光系统，使敌方目标失效。洛·马公司正在集中开发紧凑高效的激光器，以满足尺寸、重量和功耗的限制。endprint

美国空军研究实验室计划在2021年前在战斗机上进行激光系统试验。

洛·马公司激光武器系统高级研究员罗伯·阿夫扎尔博士表示：“我们已经证明了我们有能力使用定向能量抵御来自地面的威胁，而作为自我防护高能激光演示系统的一部分，我们期待将来的空中测试。”[18]

诺·格公司开发自我防护高能激光演示系统的STRAFE光束控制系统，安装在空军战斗机的战术吊舱中。STRAFE通过收集作战环境下的数据，加强了解在超音速条件下的航空-光学干扰。这些工作将在加州洛村雷东多海滩和新墨西哥州科特兰空军基地完成，预计2021年8月31日前完成[19]。

6.高能液体激光区域防御系统

美国国防先进研究计划局的高能液体激光区域防御系统的目的是开发150千瓦特的高能激光系统，体积重量比现有相同功率激光系统降低一个数量级。具体目标是体积3立方米，重量功率比小于5千克/千瓦特，重量大约为750千克。降低体积重量可以使战斗机、轰炸机、加油机和无人机等战术飞机搭载高能液体激光区域防御系统，防御或者攻击地面威胁。与陆基系统相比，高能液体激光区域防御系统将显著增大作战距离。

将固体激光的高能量传输技术与液体激光高效的热管理技术相结合，高能液体激光区域防御系统较之前的高能激光系统具有两大优点：首先，结构紧凑且重量轻，可以搭载在战斗机等战术飞机上；其次，热管理通过增加驻留时间极大提高了高能激光发射的功率[20]。

按照美国国防先进研究计划局预計，高能液体激光区域防御系统的研制将分为五个阶段完成：第一，对谐振腔、激光增益和系统热特性进行技术论证和关键技术演示；第二，研制和试验15千瓦特、17千瓦特集成了供电单元和热管理单元的激光模块；第三，完成150千瓦特激光器的详细设计，启动建造工作；第四，在地面试验中演示验证150千瓦特高能激光系统的性能；第五，把高能激光器集成到试验飞机，在飞行试验中，演示验证150千瓦特高能激光系统的机载自防御性能[22]。

15千瓦特样机试验成功后，进行全尺寸150千瓦特高能激光武器系统制造和演示，最终150千瓦特高能激光将集成在指定飞机上，演示主要的性能参数。

2015年5月，高能液体激光区域防御系统进行了一系列外场试验，演示了足够的激光功率和光束质量。政府验收的接受标志着该项目实验室开发阶段已经结束，开始了更有挑战性的在白沙靶场进行的反火箭弹、炮弹、车辆和有代表性的地空导弹试验。2015年7月，由美国国防先进研究计划局和美国空军研究实验室共同出资，将高能液体激光区域防御系统集成到陆基激光武器系统演示项目已经开始。后继的外场试验目的是使系统能够满足军方将来改进、试验或转化为实际使用。2016年1月，通用原子公司开始150千瓦特级激光实验，并且希望美国空军特战司令部将来在武装直升机上也安装该激光武器系统。美国空军特战司令部司令布拉德利·海托尔德中将说：“激光技术已经成熟，可以用于AC-130空中炮艇上了。我想在AC-130空中炮艇上装备高能液体激光区域防御系统的原因是AC-130空中炮艇发射动能武器时，所有人都知道你在那里。”

负责通用原子公司激光项目的副总裁迈克尔·佩里认为，提供机载激光的电源和冷却激光系统是集成面临的主要挑战。通用原子公司希望在其研发的喷气式“捕食C”复仇者无人机上装备高能液体激光区域防御系统。实战试验将在白沙靶场进行，并对一系列空中目标开火[20]。

除了海军的项目之外，通用原子公司还瞄准了波音公司研制的陆军移动式高能激光演示系统项目，但是陆军倾向于采用洛·马公司的60千瓦特光纤激光器来改进移动式高能激光演示系统。另外，空军研究实验室对吊舱激光武器也很感兴趣[21]。

二、美国高能固体战术激光武器发展趋势

从美国高能固体激光武器发展的现状分析，高能固体激光武器出现了以下发展趋势：

1.不同技术体制多途径发展高能固体激光器

美国陆军高能激光技术项目包括三个推进领域：固体激光器开发、光束控制系统开发、实验室和外场试验。第一个推进领域实现了联合高功率固体激光项目，由高能激光联合技术局和各军种共同资助，其目标是要开发性能、体积和重量适合于未来战术高能激光武器系统的固态激光技术，最重要的性能参数是平均输出功率、光束质量、电光效率和运行时间[24]。这个项目成功将固体激光功率从约1千瓦特提高到100千瓦特级，其中包括诺·格公司的相干合成激光器和达信公司采用等比放大的薄锯齿形陶瓷Nd：YAG板条激光器。

后继的耐用电子激光倡议项目专注于开发新一代固体激光器，使其更适合外场使用的军用陆基、机载和舰载战术平台[23-24]。

耐用电子激光倡议由陆军、空军及高能激光联合技术办公室共同给予经费支持，中标的合同商都有满足耐用电子激光倡议要求的不同途径，包括洛·马公司的光谱合成光纤激光器、雷声公司的平面波导MOPA激光器、诺·格公司的主动锁相的高功率掺镱光纤放大器阵列、通用原子公司的分布增益激光器、波音公司的薄片激光器。

美国通用原子公司利用固体激光的高能量传输技术与液体激光高效的热管理技术研制高能液体激光区域防御系统150千瓦特的高能激光系统。

从以上分析可以看出，美国采用板条激光器、光纤激光器、平面波导激光器、高能液体激光器等技术体制，采用等比放大、非相干合成、相干合成、光谱合成等技术途径开发高能固体激光系统。

2.武器系统平台多样化以及与战术平台的适应性研究

针对高能激光武器与战术平台的适应性研究是未来激光武器的发展趋势，关系到激光武器系统究竟能否走出实验室，达到实战化应用。移动式高能激光演示系统和先进试验高能激光系统是陆基车载激光武器，舰载激光武器系统和海上激光演示系统是舰载激光武器。2017年，美国洛·马公司与空军签订了研制适合机载的激光武器合同，意欲安装在F-35战斗机上。美国空军正追求在喷气式战斗机和美国特种部队的AC-130J幽灵武装直升机上。通用原子公司希望将高能液体激光区域防御系统装备在其研发的喷气式“捕食C”复仇者无人机上[25]。陆基和舰载激光武器已经进行了一些理论和实践研究，如进行了海洋和沙漠环境条件下的性能测试和打靶试验。如何克服大气湍流，尤其是如何克服机载平台的边界层湍流的影响将是未来研究的重点。2015年10月，洛·马公司在商用飞机平台上进行航空自适应航空-光学光束控制的试验[26]。神剑的光学相控阵样机采用超快优化算法，有效“冻结”了大气湍流，完美修正了在亚毫秒内的静态光学像差，而且光学相控阵可以有效克服机载激光系统飞机平台周围边界层湍流的影响[27]。endprint

3.分阶段循序渐进发展激光武器系统

由于高能激光器功率、光束质量、体积以及重量达不到预先计划的要求，尽管开展了光谱测试等试验评价研究，但外场毁伤评估还存在技术难题，激光武器的发展应分阶段实施，逐步走向实战化。

美国陆军首先启动了高功率固体激光项目，以平均功率和光束质量为主要目标，逐步提高激光功率和光束质量，后来启动的耐用电子激光倡议项目更加适合武器平台为主开发激光系统，先从实验室试验再走向外场试验。

美国空军研究实验室的自我防护高能激光演示系统的目标是150千瓦特以上，目前才达到60千瓦特级别。以美国空军吊舱激光武器需求为主要牵引，美国国防先进研究计划局启动了高能液体激光区域防御系统项目，同样采取了分阶段实施的办法[22]。

美国海军将分三个阶段实现舰载激光武器部署：近期重点发展60千瓦特～150千瓦特光纤和板条固体激光器，以执行近距防御性作战（约1.6千米）为主，主要打击目标包括光电传感器、小型舰船、无人机、火箭弹等；中期（2022年前）发展300千瓦特～500千瓦特固體激光武器，增强作战距离，具备16千米级拦截水面及空中目标能力；远期（2025年后）发展兆瓦特级自由电子激光武器，具备摧毁超声速巡航导弹和弹道导弹能力[28]。目前，美国海军激光武器系统以无人机为主要目标，以巡逻艇发射的火箭弹、导弹以及小船为次要目标。

三、结语

美国不同技术途径的固体激光功率从数千瓦特发展到100千瓦特级，固体战术激光武器系统从陆基车载，发展到海军舰载，空军机载固体激光武器系统也已成雏形。尽管100千瓦特级是军方的目标和工业部门追求的里程碑，但是几万瓦特的固体激光武器演示系统已经验证了其对付近程无人机和迫击炮弹的能力，固体战术激光武器逐步走向野外实战化。采用不同技术途径发展高功率激光器，分阶段实施固体激光武器系统的研制很有必要。

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（作者单位：成都外国语学校）endprint