舰载激光武器作战运用研究

罗 磊,谭碧涛

(航天工程大学,北京 101400)

1 引 言

未来海上防空反导作战,潜在对手将采取多种手段对水面舰艇实施毁灭性打击。面对速度更快、射程更远、威力更大、制导方式更加灵活的新一代反舰导弹以及拥有群体化智能,能够随机组网、隐蔽接敌、立体突防的无人机蜂群等对抗博弈,以舰空导弹和舰炮为主的常规防空反导武器系统将显得越来越捉襟见肘。而相比于传统武器,舰载激光武器具有杀伤可控、作战成本低、转火速度快、精度高、光束打击、无限载弹量、抗电磁干扰等显著优势[1],在一定程度上可以弥补现有武器系统的不足,拥有巨大的军事运用前景。当前各军事强国正加快研发舰载激光武器,并陆续开展作战试验,力求最快部署以谋求未来军事上的主动。随着激光武器技术的不断发展和推动,以及海上防空反导作战的现实需求牵引,舰载激光武器的作战运用研究已经迫在眉睫。

2 舰载激光武器杀伤机理

舰载激光武器通过发射高能强激光辐照目标,短时间内在目标表面形成能量的快速叠加和累积,从而实现毁伤[2]。其作战过程主要分为三个时间极短的阶段。首先是发现和捕获作战目标,获取目标的特征信息和飞航信息；其次是跟踪和锁定作战目标,使目标始终处于武器系统的视轴范围内,并计算打击窗口,选择最佳打击部位做好打击准备；最后是对作战目标进行打击,当目标进入待击区域后,武器系统发射强激光,经过传输耦合,完成对目标的精确打击。

舰载激光武器对目标的毁伤主要分为软杀伤和硬摧毁[3],其毁伤能力与武器系统的功率和跟瞄能力直接相关。软杀伤主要是利用激光攻击的隐蔽性对作战目标进行干扰致盲,使其丧失作战能力的一种作战方式。软杀伤对激光武器的作战功率要求不高,通常激光的到靶能量阈值达到几十到数百J/cm2即可实现[4]。通过舰载激光武器实施软杀伤,可以对敌侦察预警卫星的光电元器件进行干扰破坏,在敌对海攻击时对敌作战飞机的飞行员进行眩目致盲。针对海上反无人机作战,软杀伤主要是通过激光照射使无人机携带的各类载荷,例如激光测距机、激光雷达、CCD相机以及各类光电探测单元暂时性饱和或者永久性损伤,导致目标陷入迷茫或失能。而针对海上反导作战,软杀伤则主要是在来袭导弹进入舰载激光武器的打击区域后,武器系统发射激光与导弹导引头耦合,以破坏目标整流罩、制导系统使其丧失对打击对象的跟踪能力[5]。

硬杀伤则主要是指在舰载激光武器锁定目标后直接发射高能强激光,对目标实施毁灭性打击,其毁伤原理主要依靠高能强激光的热烧蚀效应、激波效应和辐射效应[6]。硬杀伤通过强激光传输耦合,在作战目标表面产生热熔融、气体穿孔或者应力波下造成物体表面的变形、断裂等来实现摧毁,对舰载激光武器的发射功率要求较高[7]。根据不同目标壳体的表面材料不同以及同一目标的打击部位不同所需要的激光功率也不同,通常实现对目标的硬杀伤需要激光到靶能量阈值达到数千到数万J/cm2[8]。针对海上反无人机作战,硬杀伤主要在舰载激光武器锁定目标后直接发射高能强激光照射目标壳体实现摧毁,而无须选择特定的打击部位,从而减少系统的响应时间。针对海上反导作战,硬杀伤则主要是在目标近距离进入武器最佳打击窗口时,通过发射高能强激光照射导弹的燃料仓、推进系统、目标壳体等,使导弹飞行过载、爆裂和解体,以达到摧毁目的。

3 舰载激光武器作战任务

舰载激光武器作为一种新概念武器,将凭借其巨大的作战优势在未来海上作战中担负对岸攻击、反水面小艇以及防空反导等多种类型作战任务,而海上防空反导领域对舰载激光武器的作战需求更加突出,将成为其作战运用的主战场。反舰导弹和无人机则是其最为典型的作战对象[9]。应对敌人立体全方位、多层次多手段的对海攻击时,舰载激光武器既可采取积极进攻的方式对可能造成威胁的敌军事目标实施主动而隐蔽的打击,以掩护己方军事行动；同时针对来袭的无人机、反舰导弹又可进行积极的防御和拦截,用于确保己舰安全。从而在水面舰艇编队软硬抗击、分层抗击和协同抗击中担负重要角色。图1为舰载激光武器担负的主要作战任务。

在反导作战中,当前兆瓦级舰载激光武器的技术已经逐步成熟,武器系统的跟瞄能力也已达到微弧度级,理论上舰载激光武器已经具备一定的中段反导能力,并且能够抗击超声速反舰导弹。未来防空导弹射程有限的情况下,舰载激光武器将作为一种重要手段遂行中段反导任务,主要对导弹制导系统实施干扰、致盲。同时对于超声速反舰导弹,由于武器系统跟瞄能力的限制,应对这类目标舰载激光武器则主要担负远距离、中高空的反导任务。针对突防进入近末端飞行的反舰导弹,由于目标距离较近,舰载激光武器系统反应灵敏、相比于弹炮抗击速度更快,激光对导弹毁伤效果更加明显,因此,使用舰载激光武器将更有利于把握战机。此时,作战舰艇可以舰载激光武器为主遂行近末端反导任务。如果面临多批反舰导弹饱和攻击,舰载激光武器还可凭借其转火迅速、可持续作战和无限载弹量的优势在作战中发挥出更加突出的作用。

在反无人机作战中,舰载激光武器由于其突出的作战效费比将成为舰艇的主要抗击手段之一。肩负拦截中高空飞行的大型无人机、战略无人机以及低空飞行的战术无人机和无人机蜂群的重任。当来袭目标数量少、距离较远、飞行高度较高时,此时舰炮和防空导弹拦截效能低或无法实施拦截,则率先由舰载激光武器对目标进行点对点快速打击。当目标数量多,或者多批目标远距离立体突防时,则由舰载激光武器和电子战系统担负主要的抗击任务,在电子战系统实施远距离电子干扰后,舰载激光武器负责对漏网的无人机实施精确拦截。而对于多批目标组成的无人机蜂群低空突防进入舰艇近末端时,由于舰炮的载弹量有限,一次拦截只能针对数批目标,同时系统反应时间慢、应对困难,舰载激光武器将成为担负舰艇末端防空任务最为有效的保底手段。

对于编队而言,不同作战舰艇的舰载激光武器进行合理编组,分布作战,将担负主要作战方向和作战区域的防空反导作战任务,进行海上自卫和他卫式协防作战、支援作战等。在航母编队的三层防区中[10],结合海面战场环境特点和激光武器的实际作战能力,舰载激光武器将在编队外防区对该区域内的远程反舰导弹导引头实施激光致盲；协助中远程防空导弹和电子战系统对处于中防区内的反舰导弹、作战飞机进行干扰、破坏；同时在内防区内对抵近该区域的反舰导弹、无人机以及无人机蜂群实施毁灭性打击,并协同近程防空导弹和舰炮对突防的目标进行快速拦截。

4 舰载激光武器作战模式

海上作战面临的对手是复杂多样的,实战中舰载激光武器通过多元信息融合共享、综合态势感知、一体化指挥控制、联合火力打击等,将在未来海上防空反导作战体系中扮演出更加重要的角色[11]。作战中针对不同作战对手,根据作战目的和要求的不同舰载激光武器将选择不同的作战模式,从而提高任务弹性、增强作战效能。在海上防空反导作战中,其主要作战模式分为单舰自防御、协同防空以及协同反导。

4.1 单舰自防御

在单舰自防御模式下,舰载激光武器依托于不同平台、不同类型的传感器进行数据融合处理,获取战场综合态势,在舰载指控中心的直接指挥下组织武器通道实施作战,主要采取积极自卫的方式进行单舰防空和近末端反导,确保自身安全。舰载激光武器单舰自防御模式通常在舰艇远海作战、缺乏岸基火力支持或者单独执行任务的情况下使用。这种作战模式下舰载激光武器既可以充分发挥自身特长,又能够与舰载常规武器系统协同作战,形成优势互补,组成高低衔接、远近结合的立体多层火力打击网,从而增加舰艇的防御层级、增大防御纵深。但该种模式下舰载激光武器主要依托于自身承载平台,对目标的跟瞄能力受限,不能够进行超视距作战。舰载激光武器单舰自防御作战模式如图2所示。

图2 舰载激光武器单舰自防御作战模式Fig.2 Shipborne laser weapon single-ship self-defense combat mode

此时,受限于单一作战平台,舰载激光武器对目标的杀伤区域近似于半球体,其作用距离为目标相对于武器系统的发射斜距。最大杀伤半径取决于目标特性以及武器系统的作战功率、跟瞄能力。

4.2 协同防空

在协同防空模式下舰载激光武器主要依托于舰艇编队实施协同作战。由编队内舰载、机载预警探测系统获取战场实施态势,在编队指挥所统筹指挥下各作战舰艇参与火力分配、具体组织武器通道实施防空作战,用于保护重要军事目标和编队自身安全,在近海要地防空和远海编队作战中广泛运用。协同防空模式下作战对手主要针对大气层内各类型作战飞机、预警侦察机、无人机、无人机蜂群以及末段飞行的反舰导弹。各作战舰艇相互之间可进行实时的信息交互、数据共享。通过多舰协同,各承载平台的舰载激光武器能够根据目标威胁度和打击有利度选择最佳的作战对象,实现对多批目标的动态跟踪和打击。同时,编队内舰载激光武器与舰载常规武器协同运用,可充分发挥不同武器系统作战优势,组建层层防御的严密火力网,打击不同作战对手的关键环节,提升舰艇编队的体系防空能力。该作战模式对编队一体化指控平台的数据融合处理要求较高,对编队协同指挥要求较高。舰载激光武器协同防空作战模式如图3所示。

图3 舰载激光武器协同防空作战模式Fig.3 Shipborne laser weapon coordinated air defense combat mode

4.3 协同反导

在协同反导作战模式下,舰载激光武器综合利用陆海空天不同平台、多种手段的各类型传感器进行战场态势感知,获取目标引导信息,在编队指挥所集中指挥下组织武器通道实施反导作战。其作战对手主要为弹道导弹、中远程反舰巡航导弹等。该作战模式下预警探测卫星、预警机、编队指挥舰、各作战舰艇相互之间组成完整的数据交互链路,舰载激光武器能够通过编队调整部署,依靠信息中继、舰舰协同拓展打击纵深,形成超视距作战能力。针对弹道导弹的飞行弹道,多座舰载激光武器可根据目标航路捷径选择最佳的打击窗口进行分层抗击,实施分段、多点拦截。针对反舰导弹饱和攻击,基于多舰协同,舰载激光武器可根据目标位置、特征信息选择最佳的抗击目标,增强打击实效。此外,通过与舰空导弹、舰炮、电子战系统的有效协同,实现软硬一体、综合抗击,提升编队的体系反导能力。相比于协同防空作战模式,协同反导对舰载激光武器的作战功率、跟瞄能力以及舰艇编队的信息获取能力要求更高。舰载激光武器协同反导作战模式如图4所示。

图4 舰载激光武器协同反导作战模式Fig.4 Shipborne laser weapon coordinated anti-missile combat mode

5 舰载激光武器运用策略

不同的作战对象具有不同的目标特性,威胁程度和攻击方式不同；而不同武器系统的作战条件、作战能力和系统反应时间也不同。因此,在舰艇编队防空反导作战中要根据不同的作战对手灵活选择作战方式,合理进行火力分配,选择最佳的作战运用策略,以获得最大的作战效益。舰载激光武器在编队防空反导作战中主要运用方法分为单独作战和协同作战。单独作战,指单独使用某一作战舰艇上的舰载激光武器进行单一作战。单独作战通常在面对敌单个作战目标或者目标威胁程度较小,采用舰载激光武器作战性价比更高时使用。或者在其他作战手段无法使用时单独进行使用。例如在强电磁干扰条件下通过舰载激光武器对敌作战飞机、光电探测器等进行干扰致盲,而不产生直接附带性影响；在反无人机作战中使用舰载激光武器对多个无人机实施快速摧毁；在反导作战中对中段飞行的单个目标导引头进行远距离干扰、破坏。

舰载激光武器协同作战既包括舰载激光武器之间的相互协同也包括舰载激光武器与舰载其他武器系统之间的综合使用。协同运用是为了获取更好的打击效果,通常在应对敌多个来袭目标饱和攻击,或者在敌目标威胁较大使用单个武器或者单一手段难以进行有效抗击时使用。例如敌反舰导弹在我舰艇编队防御外围进行超远程突防,以及敌无人机蜂群对我舰艇编队进行饱和攻击时,通常可采用舰载激光武器协同作战的手段进行重重防御、分层抗击。其中舰载激光武器相互之间的协同作战运用方式主要有多台武器单目标作战和多台武器多目标作战。在多台武器单目标作战中,通过多台武器同时抗击同一目标,可有效增加对目标的打击强度；或者根据目标的飞行路径采取分段接力式攻击,增加单位时间内对目标的抗击次数。在进行多台武器多目标作战中,则可同时组织多个舰载激光武器火力通道抗击多个目标,武器之间的作战协同、火力分配显得更加关键。

在海上防空反导作战中,舰载激光武器典型的战术战法和运用策略主要表现为以下三种:一是对点防御,保卫重要军事目标安全；二是区域防御,保护主要作战方向空域安全；三是伴随防御,保护己方机动力量安全。

5.1 对点防御

对点防御主要是为了保护己方重要军事目标免遭袭击而采取的作战运用策略。通常在敌来袭目标相对固定、便于预测或者主要作战方向、主要威胁方向唯一的情况下使用。单座舰载激光武器对点防御主要是为了抗击拦截困难、威胁度高的作战目标,需要同其他舰载防御手段结合运用提升综合抗击能力。多座舰载激光武器对点防御则主要是为了应对多个作战目标,增加主要主战方向的火力拦截强度。对点防御既可以采取集中部署也可采取分散部署。多座舰载激光武器集中部署可进行火力叠加,增加抗击强度；多座舰载激光武器进行分散部署则可增加抗击纵深,同时利于己方保全。例如近海防卫作战中,舰载激光武器可采取分散部署、对点防御的策略保护重要军事港口安全。舰载激光武器的对点防御如图5所示。

图5 舰载激光武器对点防御作战Fig.5 Point-to-point defense operations of shipborne laser weapons

5.2 区域防御

区域防御主要是应对特定作战区域的空袭目标和反舰导弹,保护主要作战空域安全。区域防御通常在应对敌多批来袭目标、多个来袭方向,而舰载激光武器数量和火力通道较多的情况下使用。区域防御需要根据目标位置和作战特性进行分片划区,舰载激光武器采取分散部署,负责各自空域的防空反导作战。区域防御在编队指挥所的统筹指挥下,不同作战舰艇、不同舰载武器平台进行火力衔接,对舰载激光武器的打击能力和作战协同要求更高。当多批目标来袭时,舰载激光武器按照预先确定的作战方案、协同计划实施作战,并根据实时态势做出适当调整。作战过程中,通过改变战斗队形可拓展防御纵深。例如航母编队远海作战时舰载激光武器采取分散部署、区域防御的作战运用策略应对敌空袭力量的饱和攻击。舰载激光武器的区域防御如图6所示。

图6 舰载激光武器区域防御作战Fig.6 Shipborne laser weapon area defense operations

5.3 伴随防御

伴随防御主要是在编队行进过程中通过调整作战舰艇部署,为编队机动提供全程掩护。伴随防御采取机动编组,舰载激光武器通常进行机动部署,要求既利于编队行进、通信联络,又要利于武器系统发扬火力。伴随防御针对不特定的作战目标和不特定的作战方向,目标具体威胁未知,作战行动中需根据战场实时态势进行临机作战。例如航母编队执行远海作战任务时,作战舰艇在行进方向翼侧伴随护航,舰载激光武器可担任对空警戒任务,确保行进方向安全。在联合登陆作战中舰载激光武器伴随作战,击毁作战飞机、拦截来袭导弹,掩护登陆部队安全。舰载激光武器的伴随防御如图7所示。

图7 舰载激光武器伴随防御作战Fig.7 Shipborne laser weapons accompany defense operations

6 结 语

在日趋激烈的海上作战环境中,舰载激光武器以其独特的作战优势不仅带来锦上添花的作战效果,有时更可能发挥出雪中送炭的关键作用。本文根据舰载激光武器的杀伤机理和作战任务,研究总结了武器系统三种基本的作战模式和三种典型的运用策略。随着武器作战功率的不断提高以及与舰艇综合集成技术的进一步发展,舰载激光武器的实战化运用必将逐步成熟。涉及舰载激光武器与舰空导弹、舰炮的火力叠加和冲突消解策略将是下一步研究的方向和重点。