俄“佩列斯韦特”地基激光武器系统

程建良 李梅

2018年3月1日，俄罗斯总统普京发表2018年年度国情咨文，在谈及国家安全问题时，介绍了包括“萨尔玛特”洲际弹道导弹、覆盖全球的核动力巡航导弹、“匕首”高超音速导弹等一系列先进武器，其中最先进的当属最后出场的新型激光器。但外界对最神秘的激光武器知之甚少，直到今年7月为回应西方质疑，俄公布了被称为“佩列斯韦特”（Peresvet）的地基激光反导武器系统部队训练的影像，这才为外界分析俄激光反导武器性能提供了依据。那么，俄新型地基反导武器究竟性能如何？是否具备反导能力呢？

俄“佩列斯韦特”地基激光武器技术发展

作为世界上最早在激光武器领域取得重大成果的国家，苏联曾长期保持激光军用领域的技术领先地位。

冷战发展的“死光”

早在1965年，苏联就开始了激光武器的研制工作，并于1972年进行了威力巨大的激光武器试验，成功使用移动式“激光炮”摧毁了空中机动目标。还在1973年组建了专门研究从事这方面研究的设计局，出发点是应对西方太空威胁和进行导弹防御等。依托在航空航天领域雄厚的技术基础，1981年，苏联激光武器空中试验平台A-60首飞成功。

1983年美国提出“星球大战”计划，掀起了两个超级大国规模空前的军备竞赛，苏联激光武器研制进度明显加快。1984年，A-60首次使用激光武器成功摧毁空中靶标，苏联成为世界上最早拥有实战型反卫星武器的国家。另外，苏联还研发出应对美国弹道导弹的“撒手锏”——装载有二氧化碳激光器的“极地”号飞船，前者输出功率达1兆瓦，具有强大穿透力。但因发射时火箭控制系统故障导致飞船爆炸解体，苏联空天基激光武器的梦想就此破灭。

在陆基和海基激光武器领域，苏联却收获颇丰，先后有多种装备出现在武器库内。1982年，苏联成功研制出“三棱匕首”自行激光武器，其使用高功率激光脉冲攻击光电导引系统，可使敌方坦克、自行火炮和直升機瘫痪。苏联海军还在万吨巡洋舰“基洛夫”号上装备氟化氘化学激光器，用于10千米范围内的近程防御。之后，苏联又先后生产了“红粉笔”激光防空系统、“压缩”激光战车和“远方”激光化学车。“压缩”激光战车与采用“悍马”越野车底盘的美国“宙斯”激光系统极为相似，都可产生高功率激光脉冲，摧毁一定距离内敌方雷达的光电设备。到冷战结束前，苏联的激光技术发展达到顶峰，不过也遭遇到了技术瓶颈，这也是其在冷战后时代长期沉寂的原因之一。

后冷战中的“坚持”

上个世纪90年代，由于苏联/俄罗斯国力衰弱及持续动荡，本应在上世纪末完成的激光武器研制工作一再推迟，最终因为财政拨款大幅度减少而被冻结。不过俄罗斯并未放弃激光武器技术发展，其几大高能物理实验室都承担了激光技术的预研工作，在长达10余年的坚持中，俄科研人员逐步克服了高能激光的激发机理和瞬时高压电源等技术难题，使用于反导的高能激光技术变得可行，并最终在普京成为国家领导人之后获得了足够资金。2009年9月，俄工程科学院院士扎伊采夫透露，由俄军事工业委员会科技委员会批准的武器装备计划，制订了新的激光反导武器研制方案。通过俄科研人员的努力，俄罗斯在固体战术激光武器领域取得多项突破，研制出脉冲激光能量达到2 000焦耳的钕玻璃激光器，瞄准精度也提高到秒级，并先后有多代激光武器装备部队。用伊尔-76运输机作为平台的“A-60”空基激光武器，先后多次试验，课目包括空基高能对抗、摧毁敌空中作战力量等。俄罗斯还计划在改装的米格-31歼击机上进行激光武器发射试验，主要用于对敌方卫星等太空战略资产实施攻击，以便在战时迅速夺取制太空权。尽管俄军激光武器研制情况高度保密，但早在2014年12月，俄军前总参谋长尤里·巴卢耶夫斯基就对外宣布，俄激光武器研制水平与美相当，可摧毁“所有武器系统”。在基础技术逐步成熟的背景下，俄最终开发了技术难度较高的地基反导激光武器系统，并作为应对美国的“杀手锏”很快进入现役。

受质疑的“佩列斯韦特”

2018年3月1日，俄罗斯总统普京在2018年年度国情咨文中，首次提及地基反导激光武器，透露了部分视频，但该武器与核动力巡航导弹等其它武器一样遭到西方普遍质疑。似乎为证实这些武器的真实性，俄国防部7月公开介绍了这些最新武器的情况，其中包括这种被称为“佩列斯韦特”激光武器系统。俄国防部表示，俄军已经接装并部署了“佩列斯韦特”战斗激光系统，掌握新武器的工作正在积极开展。在部署地执行战斗值班所需的基础设施已经准备完毕，放置设备和值班的楼房已经建成。装备“佩列斯韦特”系统的部队人员在莫扎伊斯基军事航天学院接受了进修，目前还在通过专业技战术培训来完善相关知识技能。空天军第15特种集团军参谋长阿纳托利·涅斯捷丘克说：“相关人员在部署地的战斗装备上进行了实际操练，练习了激光系统的部署和使用前准备。”配合介绍，电视台还播放了“佩列斯韦特”部署和操作的影像。而此后，俄卫星影像爱好者和西方情报人员根据这些影像找到了“佩列斯韦特”的部署和训练阵地，这似乎证实了俄这种神秘激光武器的真实性。

关键技术分析

虽然外界间接证实了“佩列斯韦特”存在的真实性，但对于这种武器的技术体制与细节仍不明就里，我们从俄激光武器研制的技术路线和水平，结合俄此次公布的系统影像可对其做出大致判断。

激发技术体制

激光器是激光反导研究的基础，衡量激光器性能的主要参数是激光输出功率和光束质量。目前，按照激光激发机理大致可以将激光器分为固体激光器和化学激光器、二氧化碳激光器和自由电子激光器等四类。其中，固体激光器是最早诞生的激光器，选用固体为工作介质。其优点是产生激光的脉冲和波长能够因需求而变化，缺点是能量转化效率比较低，热损耗非常严重。例如，目前大多数固体激光器的效率为10%～20%，如果产生100千瓦的激光束就必须生成500千瓦到兆瓦之间的电力，而如果100千瓦激光器效率只有10%，那么就有900千瓦的电力被浪费掉了。如果热量无法散发，激光器的介质就会吸收热量，并引起光束的畸变，这给进一步提高固体激光器输出功率带来了困难，目前只有少数实验室在研究此类激光器，但距离使用仍有一定距离。二氧化碳激光器是用CO2为工作气体来输出激光光束的气体分子激光器。其突出特点是转换效率高，输出功率达到兆瓦级别，曾经成为激光武器的首选。但其波长处于大气中水组分的强吸收谱内，不利于通过大气传输。因此C02激光器淡出了激光武器的视野。自由电子激光器是用相对论电子束经受激光辐射放大短波长辐射的器件。其最大的特点是可以根据实际需求自由地改变波长，目前自由电子激光器的输出功率达到兆瓦级别，但大多都处于试验阶段，难以工程化。而从俄罗斯以往大功率激光器发展的技术路线和此次展示的看，俄罗斯“佩列斯韦特”激光器最可能采用的是化学激光器，即在放热的化学反应过程中，直接或间接地形成粒子数反转而运转的激光器，输出功率可以达到兆瓦级别。主要的化学激光器有氧碘化学激光器和全气相碘化学激光器等等。目前，这种机理的大功率激光器已经开始进入实用阶段。例如，美国的地基化学激光武器试验装置功率高达2.2兆瓦，天基激光武器试验装置也可达到5兆瓦。

光束控制与传输

强激光的传输、变换和控制是强激光技术领域的主要研究内容，也是利用强激光拦截导弹的关键技术。光束在空气中传播会由于大气温度、密度等原因遭遇折射和衍射等复杂的光学现象，而利用高能激光进行反导，就必须把激光照射到目标上，并在目标被照射部位维持一定的时间，以沉淀足够的能量。这对激光武器的跟踪瞄准以及激光的能量值提出了很高的要求，需要对激光光束进行控制，主要包括：克服大气折射、吸收和散射的影响；稳定地瞄准目标，并有足够长的驻留时间；特殊条件下，还需对光束进行时间整形和空间整形；合成和净化激光以提高能量或者光束质量。因此激光的光束控制技术主要包括：光束的发射、捕获、跟踪和瞄准技术，激光大气传输变换技术，光束的时间整形和空间整形技术，光束的合成和净化技术等。每一种技术几乎都是为克服大气中特有的光学现象。例如，光束整合技术就是反射已经由于大气内反射造成畸变的光束，最大可达到180度相差，并在大气内正确聚焦。

作为大气层内反导武器，激光武器系统的光束控制功能主要包括：目标捕获和跟踪；火力控制和时序，目标瞄准和杀伤评估；高能激光器光束波前控制和大气补偿；为高能激光器和照明激光器提供振动控制，修正光束方向，控制光路密封程度；为自动实时操作提供校准和诊断功能并进行攻击效果的后处理和分析。例如，美国雷声公司开发了非机械式激光光束控制技术，利用“光相控阵”技术将激光光束分解为多个激光束，以减少大气的衰减效应；雷声公司还开发了一种“光学孔径相干相控阵”，可以将低功率模块综合成高功率武器激光器。美国机载反导激光器（ABL）则使用了一种由跟踪激光器和计算机控制的柔性反射镜组成的大气补偿系统。跟踪激光器测量大气条件，然后反射镜在激光从飞机上发射前对其进行补偿，激光在每秒内可被调节数千次，根据大气情况调整将激光聚焦于目标。从俄公布的“佩列斯韦特”影像看，该激光器透镜直径并不庞大，且后部的伺服机构复杂灵活，但体积已经缩小到车载方式。因此可以看出，俄激光器的光束控制与传输系统相应已经成熟。

高功率电源

俄“佩列斯韦特”激光器采用的化学激发体制能达到比固体激光器更大的能量，但是由于其动力源于大量的有毒化学品，因此存在明显的后续问题。例如，美国用于助推段反导的空基激光器（ABL）由必须安装在747机上的6个SUV车辆大小的化学“电池”驱动，不过这使其电源无法持久工作，这与固体激光器不同。固体激光器靠电力驱动，其主要通过不同的固体介质产生能量——常为晶体或玻璃混合物——以生成激光，而在飞机或车辆上，可以通过燃烧燃油产生电力驱动固体激光器，只需飞机重新加油就可使飞机不断获得激光器所需电力，而重新装载“弹药”。从俄“佩列斯韦特”激光器影像看，激光武器系统体积比较大，并有多辆大型支持车辆，但是并未发现有燃气轮机发电机等設备，而柴油发电机则无法提供短时间大功率供电满足激光器使用，因此其使用化学电池的可能性较大。

反导毁伤原理

通常，激光对目标的毁伤有3种类型，即热损伤、离子化损伤和光化损伤。激光武器对目标的杀伤效果，取决于激光波长、光束强度、照射时间和目标的通频带以及激光在大气中传播损耗量等。反导型高功率激光武器在使用时又分为硬杀伤（高能型）和软杀伤（低能型）。软杀伤能破坏导弹的光电敏感系统，而硬杀伤通常破坏导弹导引头、整流罩或壳体、结构等。考虑到俄“佩列斯韦特”激光器主要部署在导弹阵地用于阵地反导防御，打击导弹弹头型目标，通过导弹弹头吸收激光的能量转换成热能，在一定的能量沉积之后会产生相应的热学效应、力学效应、等离子体效应等，对导弹弹头形成相应的毁伤。总的来说，像俄“佩列斯韦特”这样的激光器对高速弹头的毁伤方式主要有热烧蚀破坏、软化破坏、辐射破坏和激波破坏等方式。

热烧蚀破坏

热烧蚀破坏是“佩列斯韦特”这类高能激光器最主要的毁伤方式，其毁伤机理是激光与弹头材料相互作用产生的热学效应。导弹弹头相应部位吸收激光束的能量转化成热能，热能在弹头材料内的扩散形成高温区域。高温区的形成导致弹头结构相应部位的性能发生改变：半导体材料随着温度的升高，性能会逐渐下降；导弹弹头内的炸药温度值达到爆发点时，产生爆炸；材料的温度值到达熔点时，发生熔融现象；材料的温度值到达气化点时，发生气化现象，带走熔融的材料使其表面形成凹坑甚至穿孔。虽然激光器用于末段反导时，目标主要是具有良好抗热烧蚀性的导弹弹头，但是弹头设计的抗烧蚀基本局限于大气再入摩擦产生的热和大气粒子侵蚀，在经过大气层摩擦烧蚀累计最高点后的飞行末段，激光热烧蚀陡然增加的弹头热载荷对弹头实际结构破坏性极大，其不仅是压死骆驼的最后一根稻草，而且可能就是命中弹头的“炮弹”，可直接摧毁弹头结构。

软化破坏

软化破坏的毁伤机理是激光与物质相互作用产生的热学与力学的联合效应。当导弹的相应部位的温度由于激光辐照效应升高，引起材料的弹性屈服度下降，结构强度也随之降低，使得在气流压力或者自身应力的作用下产生弯曲或者扭曲，甚至撕裂。其中，导弹弹头各部分间的结构链接由于受到轴向力的作用，很容易因软化作用而断裂；特别是在弹头再入过程中，弹头正常应处于轴旋转状态，加之大气密度差异，导致弹头再入过程中可能遭受多次高载荷震动，最终可能局部破裂，而这时热载荷很快会加速这种破裂过程，结构很快被破坏解体。

辐射破坏

辐射破坏的毁伤机理是激光与物质相互作用产生的等离子体效应。弹头材料表面由于激光照射气化而生成等离子体，等离子体一方面对激光起屏蔽作用，另一方面又能够辐射紫外线和X射线，从而使目标内部的电子元器件毁伤。导弹弹头内导引头或引爆控制系统是最容易受到辐射破坏的部位，辐射破坏效应能够使惯导部件偏离，内部程序紊乱。甚至X射线可能加热核弹头内的核材料，使这些高精度加工的核部件软化膨胀，而在高速旋转的离心力作用下，最终偏离设计，导致核爆失效或降低释放效率。

激波破坏

激波破坏的毁伤机理是激光与物质相互作用产生的等离子体与力学的联合作用。脉冲激光辐照导弹弹体产生等离子体时，形成等离子层后，向外喷射形成的脉冲压力向材料内部传播产生两种不同的冲击波，两种冲击波叠加形成激波。激波经过材料自由面的发射转化为拉伸应力，该力达到一定值，引起材料的拉伸毁伤。这对于在高热环境中再入的弹头来说非常致命。由于拉伸而造成的弹头变形可能造成表面烧蚀不均匀，而使局部温度瞬间增高，进而由于膨胀变形程度不同，加剧这种烧蚀不均匀现象，形成恶性循环，最终导致弹头结构崩溃。

反导可行性

由于激光具有独特的特性，使激光武器具有常规反导武器无法比拟的优点。一是激光武器是一种无惯性、定向能武器，与传统武器相比，具有反应速度快、射击精度高和拦截距离远等优点；二是激光在大气中以光速沿直线传播，不需要打提前量；三是作战使用效费比高。但是俄“佩列斯韦特”激光器作为高能末段反导武器，其对以美国为主的“民兵”3或“三叉戟”2等弹道导弹是否具备反导拦截能力呢？这要从“佩列斯韦特”激光器对此类导弹弹体、弹头的破坏可能性及弹头破坏后对自身危害可能性等三个方面谈起。

对弹体破坏性

激光武器摧毁弹道导弹通常有3种方式。一是燃料箱被击穿泄漏。由于导弹燃料箱体积较大，箱壁较薄，激光照射较易瞄准也容易被破坏，但导弹燃料中燃烧剂与氧化剂分别装在不同的储舱内，因此熔穿燃料箱壁并不会引起巨大的化学爆炸，但可能泄漏大量燃料，并使储仓压力巨变，这也不足以引起化学爆炸。例如，“挑战者”航天飞机事故在内的诸多事故都是由于外表出现漏洞而发生的，但即使温度很高，火箭燃料在大气层高空也没有直接爆炸，对固体和液体燃料的导弹都是如此，而液体燃料泄漏会造成箱内压力下降，使导弹丧失推力，射程缩短。二是输入发动机中燃烧剂和氧化剂在燃料中比例失调，造成燃烧室温度过高，而使导弹整体被烧掉。三是激光熔穿的大洞对导弹造成结构性破坏，对使用玻璃纤维类材料外壳的固体燃料导弹是最可能的破坏形式，因为这种导弹的外壳承担了部分结构应力，导弹纵向的加速力将使火箭解体。

对弹头破坏性

通常认为，远程导弹弹头都有抗再入烧蚀设计，无论结构还是抗热性都经过加固，因此激光对其破坏可能较小，但事实并不是这样。因为通常情况下，导弹再入弹头防热层主要由三向碳/碳或碳/硅基碳等烧蚀型复合材料制成，能承受高空核爆炸软X射线引起的热击波和再入气动加热的烧蚀，因此有足够的抗激光辐射能力，但是弹头设计通常只考虑将大气层再入过程的环境条件作为极限情况，因此在再入破坏效应与上述4种激光破坏效应叠加作用下，激光武器对弹头的破坏效果是非常好的。而在导弹起飞头体未分离阶段，激光武器对导弹弹体造成的结构性破坏，飞出碎片也会碰撞破坏弹头。

对自身危害性

对于弹头再入的飞行末段防御是否适合拦截方式存在很多争议，因为有人认为这时弹头已经在目标区上空，对其拦截可能造成弹头在己方上空爆炸或解体，或对己方造成伤害，特别是从俄“佩列斯韦特”激光武器部队的部署看，其选择了“捷伊科沃”白杨M导弹阵地内进行阵地部署，这表明其是典型的末段防御系统，对美国等潜在国家导弹的拦截是否会造成打击弹头在己方上空爆炸解体而造成放射性污染呢？首先，像美俄這样较高技术水平的核弹头再入大气层而坠落到地面不爆炸是可能的，虽然坠落会在一定范围内散布放射性，可能只有几百平方米，这样的事故肯定不会造成大量死亡和破坏，因为美国和俄罗斯都在核弹头上应用了“状态感应器”——程序保险，在一系列测量程序完成之前，弹头不能爆炸；弹头必须经过一个与导弹飞行推力相应可靠的最大加速度或重力G，然后再从太空下落过程经历一段失重期，最后当其再入大气层时还要有一个高加速时间段，而在再入过程中的速度又会大幅度下降，而激光武器对弹头的打击，造成弹头在空中有个高加速过载过程，最后才有类似坠落的碰撞地面的高减速过载。这意味着弹头飞行可能无法满足最后的程序保险状态要求。所有这些综合效果使美俄这样弹头安全控制技术较为先进的核弹头爆炸的可能性变得非常小。

总的来看，作为末段防御武器，俄“佩列斯韦特”激光武器对潜在对手的弹道导弹弹头具有一定的防御拦截能力，而从该部队的部署和训练情况看，该激光武器已经作为战略防御力量在俄战略部队中服役，并将在保卫俄战略导弹部队安全和维护美俄间战略攻防平衡方面发挥较大作用。