激光武器是直接利用激光束的辐射能量杀伤和摧毁目标的一种定向能武器,亦称射束武器。近年来,美国海军频繁亮相激光武器,其舰载化步伐有明显加快之势。
资料图:美军在”阿利·伯克“级导弹驱逐舰”杜威“号导弹驱逐舰上(USS Dewey DDG-105)安装的激光武器技术演示系统。可以直接从”密集阵“近防武器雷达或其他设备获取目标。
一、美国激光武器发展的背景
激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后,人类的又一重大发明,被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。1960年在加利福尼亚州马里布的休斯研究实验室,美国科学家西奥多·梅曼(Theodore Maiman)设计和建造了一台小型的激光发生器。激光在军事上最成熟的应用是各类激光测距仪,这也是激光应用在军事上的最早的装备。由于激光具有“热效应”,可以用来切割破坏金属等坚固物体,美国等国开始将激光的未来运用方向转向“杀伤性武器”。相比常规武器,激光武器具有很多优点,主要表现在:速度快,机动灵活,精度高,效费比高等。激光束以光速(30万千米/秒)射向目标,它比普通枪弹每秒钟0.7公里的速度快40万倍,比导弹的速度快10万倍,不需要提前量,就能把能量高度集中的光束以光速直接射向目标。由于其高方向性,可将聚焦的狭窄光速精确地对准某一方向,选择攻击目标群中的某一目标,甚至击中目标上的某一脆弱部位。百万瓦级氟化氚激光武器每发射一次费用约1-2千美元。与之相比,“爱国者”防空导弹每发为30-50万美元,“毒刺”短程防空导弹每发为2万美元左右,在面对大量廉价的自杀式无人艇、无人机时,可极大地降低美国海军的作战成本。因此,从作战使用角度看,激光武器具有较高的效费比。
目前新型反舰导弹都已经较多的采用了被动红外/热成像制导,或者是雷达/红外混合制导,已经对舰艇上传统的电子干扰有了“免疫力”。激光武器能较有效地破坏对方红外传感器,使其丧失作战能力。正是因为发现了激光武器在军事领域的高效及低成本运用前景,早在上世纪六十年代美国就已开展激光武器的研制,并一直是世界激光武器研发的“领跑者”。
资料图:美国海军“庞塞”号两栖船坞运输舰(USS Ponce LPD-15)上安装的“激光武器系统”(LaWS)(红圈处)
二、美国海军激光武器发展现状
美国长期保持向激光武器技术领域大量投入,拥有最为雄厚的技术积累,美国海军舰载激光武器大致可分为两个大的阶段。第一阶段是从1960年首台激光武器诞生开始至2000年左右的气动和化学激光武器时代;第二阶段是从上世纪八十年代开始兴起的固态激光武器和自由电子激光武器时代。从上世纪六十年代至今,美国各军种已经研制出多款激光武器系统,并已装备部分作战舰艇,实现了初步舰载化。
考虑到现阶段激光武器威力和作战距离仍处于有限的阶段,美军现阶段对激光武器的发展要求主要侧重于“致盲”敌方水面舰艇系统电子传感器,及有效摧毁敌方小型舰船和小型无人机,以及拦截一些火箭弹之类的低危险目标。
资料图:美国海军“庞塞”号两栖船坞运输舰(USS Ponce LPD-15)上安装的“激光武器系统”(LaWS)
较早,美国海军曾推出2款激光武器系统:Mk 38 Mod 2 TLS战术激光系统、LaWS激光系统。Mk 38 Mod 2 TLS战术激光系统是一种与Mk 38 Mod 2近防炮系统集成的一种战术激光系统,由美国IPG光子学公司研发,输出功率10千瓦,2011年开始装备美海军舰艇。整个激光武器系统独立执行任务,不与舰上的作战系统相集成。该系统极大提升舰艇对抗小型快艇及无人机的作战能力,弥补了现有Mk-38舰炮载弹量有限的缺点,提升其连续作战能力。
LaWS激光武器系统由美国海军研究实验室开发、奎托斯公司建造,2014年12月,美国海军报告称,LaWS激光武器系统完美地抵御了低端非对称威胁,在测试中曾成功摧毁过浮动平台上的两个小型金属目标以及一架靶机。美国海军随后在“庞塞”号上部署了该系统,并将其与舰艇“密集阵”近防系统整合,使用“密集阵”的雷达跟踪系统进行激光瞄准和制导。但是,由于各种原因,美国海军目前已放弃了LAWS激光武器系统的使用。
2021年12月14日,在亚丁湾航行过程中,美海军“波特兰”号两栖船坞运输舰(LPD 27)使用一款“激光武器系统演示器”(LWSD) Mark 2 MOD 0,成功击中了一个静止的海上训练目标。LWSD Mark 2 MOD 0由美国海军研究办公室和诺斯罗普·格鲁曼公司共同研制,它的功率达到了150千瓦,LWSD被视为LAWS激光武器系统的新一代后续产品,也是目前认为最具有威胁能力的激光武器。
为加快舰载化步伐,目前,美国海军正在积极平行推进3个重点激光项目:一是“固体激光器技术成熟化”(SSL-TM)系统,该项目由海军研究署主管,继承了大量“激光武器系统”(LaWS)的经验。SSL-TM的输出功率将达到150千瓦,将安装在两栖舰、驱逐舰。它将提高对小型船只和无人机的作战效能”。而美军最终目的是将其用于打击反舰导弹,特别是应对中俄高超声速反舰导弹的打击。二是“高能激光和一体化光学炫目监视”(HELIOS)系统,该系统是一种60千瓦的激光武器系统,功率是AN/SEQ-3激光武器系统(LaWS)的两倍,该武器于2014年安装在美国海军“庞塞”号两栖运输舰进行现场测试。相比较美国海军战舰上已部署在的许多武器,如“密集阵”近防武器系统(CIWS)和“海拉姆”滚动转体导弹(RAM),都具有类似于拦截小型船只和无人机的能力,但是HELIOS激光武器系统具有其更加独特的优势。HELIOS系统将于2022年安装在阿利伯克级驱逐舰普雷布尔号(DDG 88)上。该激光武器已于去年秋季在弗吉尼亚州的瓦勒普斯岛完成多项测试。三是“ODIN”激光系统,这是一种低功率激光拦截系统,曾用名为LPM(低功率模块),主要用于摧毁敌方情报监视与侦察(ISR)无人机,能在远程、超远程的距离上致盲敌方无人机监视系统。此外还能在近距离上对抗某些舰载观瞄系统(反轻型舰艇)。“ODIN”系统包括光束导向器(望远镜、光学器件、快速转向镜)、低功率激光器、传感器(粗轨道、精细轨道、ISR成像)、网络交换机和控制终端。“ODIN”已经安装在三艘阿利·伯克级驱逐舰,并将持续在相关作战舰艇上安装该系统。近年来,美国多次试验,成功击落无人机、导弹,初步认定激光在防空作战中的重要作用。为满足激光武器的舰载用电需求,目前美海军正研发满足高能激光武器等高能耗用电设备。为提高舰艇适装性,2019年,美海军相关机构研发并演示了“发电与能源分析与仿真系统”(PEGASUS),展示了将大功率武器集成至舰艇电网的可行性。伴随着激光武器的研发,美国也不断对外发布激光武器试验的成功案例。2017年7月,美国海军“庞塞”号两栖运输舰在波斯湾试射了世界上首款现役激光武器系统,并成功击落一架无人机。过去,美国研发的激光武器主要是用来摧毁飞机和小型船只。目前,美军正在开发更强大的第二代激光系统,以对付导弹等空中更强大的目标。
三、未来美海军激光技术发展方向
尽管美国海军加快激光武器舰载化步伐,且已进入实战化运用的边缘,但是,受相关技术等方面制约,它仍属于一种自卫性辅助武器,目前,距离真正以舰载“主角”身份主宰海战场仍有很长的路要走,激光武器还有不小的提升空间,未来,美海军激光技术主要发展方向主要集中在以下几个方面:
(一)提高抗干扰能力
随着射程增大,激光武器照射到目标的激光束功率密度也随之降低,毁伤力减弱,使有效作用距离受到限制。此外,使用激光武器时还会受到环境影响。例如在稠密的大气层中使用时,大气会耗散激光束的能量,并使其抖动、扩展和偏移。恶劣天气(雨、雪、雾等)和战争烟尘、人造烟雾对其影响更大。因此,未来发展方向之一将是如何增强激光武器抗干扰能力,进一步放大摧毁威力。
(二)进一步提升输出功率
从所需功率看,攻击性激光武器所需要的输出功率为10KW(千瓦)至MW(兆瓦),如果拦截中小型无人机,激光通常所需功率为10KW-100KW(千瓦),对付海上小型舰艇目标,通常所需功率为数十KW至数百KW(千瓦),拦截巡航导弹、超音速导弹等远程目标时,功率通常需要几百KW(千瓦)甚至数MW(兆瓦)。从目前发展情况看,现阶段美国海军大部分激光武器都停留在中小功率阶段,其各种激光武器项目仍一直处在200kW(千瓦)数量级别内,距离1MW(兆瓦)级还有相当长的距离,因此,其作战目标仍集中于近距离对付来袭无人机或导弹的红外制导设备,使其偏离原有目标自行坠毁或被其他硬杀伤武器所击毁。用途仅限于自卫(打击无人机、小艇、导弹等),还不具备较大射程硬摧毁能力。对付远程目标,激光武器需要产生1000千瓦~2000千瓦的激光束杀伤目标,需要大型的初级能源供应装置,同时还要解决好大型激光装备的舰艇适装性问题。因此,进一步提升功率、集成度、光束质量仍然是主要的技术发展方向。
(三)改进跟踪瞄准系统
激光发射系统属于精密光学系统,跟踪瞄准的时间极短,对精度和稳定性的要求很高;由于目标飞行速度很快,激光束不仅要瞄得准,而且要能在目标上锁定一定的时间,因此对瞄准与跟踪系统的要求很高。对于射程达几百公里的机载激光器所要求的精度应小于1微弧度。因此,未来美海军将会进一步改进跟踪瞄准系统性能,增进与舰艇作战系统、火力控制及信息装备系统的融合和对接,提高跟踪与瞄准精度。
结束语:作为一种新概念武器,激光具有独特的作战性能,并已显示出其良好的发展前景。目前美国海军只是实现了激光武器的初步舰载化,从试验效果来看,其可担负的作战任务仍有限,技术突破性有限,距离真正大规模上舰并成为美国海军的舰载“标配大杀器”仍有很长的路要走。
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