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    美国海军多方探索舰载激光武器

    来源:六七范文网 时间:2023-06-14 22:40:22 点击:

    目前,美國國内对是否采办舰载激光武器,或为此制定相关路线图还存在很多争论,反映出舰载激光武器距离实战使用,仍面临巨大挑战。

    舰载激光武器是一种发展潜力巨大的反舰和防空反导作战武器,可用于干扰、破坏光电传感器,打击集群小艇、“火箭弹/炮弹/迫击炮弹”(RAM)、无人机、有人驾驶飞机、反舰巡航导弹甚至弹道导弹等。作为未来舰载武器的备选方案之一,美海军正在多个方向开展舰载激光武器技术的探索,希望这种新概念武器能“改变战争的游戏规则”。2010年12月,美國会研究服务处发表题为《用于反舰和防空反导作战的舰载激光器——背景情况与國会需考虑的问题》的报告。结合该报告的内容与美军舰载激光武器技术研发的最新进展看,舰载激光武器显露出一定的作战潜力,但与导弹、舰炮等武器相比,有多大的优势还不确定。对美海军而言,舰载激光武器能否真正上舰成为一种装备,尚面临诸多问题。而要用其对付弹道导弹攻击,需要解决的难题更多。

    美海军发展中的舰载激光武器

    舰载激光武器的核心是激光器,决定舰载激光武器作战效能的关键参数是激光器的输出功率、光束质量、激光波长等。美海军当前发展的舰载激光武器均采用电激励激光器,包括光纤固体激光器、板条固体激光器和自由电子激光器三种类型。它们目前处于不同的发展阶段,都拥有各自独特的应用潜力。

    基于光纤固体激光器的“激光武器系统”(Laws)

    Laws是美海军利用工业焊接用光纤固体激光器研制的一种舰载激光武器试验样机。它利用6个5.5千瓦光纤固体激光器,通过非相干合成方式,得到功率33千瓦的激光,其光束质量为172,激光波长为1.064微米,电一光转换效率为25%。按照美海军的设想,Laws将主要用于干扰、破坏光电传感器,对抗无人机和光电制导导弹、辅助雷达进行目标跟踪等。

    LaWS已进行多次演示试验:2009年6月在沙漠作战环境中,击落了5架无人机;2010年5月在水上环境中,击落了1海里外的4架无人机,并从0.5海里外,破坏了用于制造“刚性充气艇”(RHIB)的材料,干扰并破坏了光电/红外传感器。这一技术方案的主要优点是最大程度地利用了现有技术,结构简单、成本较低,能很快装舰使用。不足之处是功率较低、光束质量较差,有效射程和打击的目标类型有限。

    目前,美海军正研究在2014财年将LaWS的激光功率提高至100千瓦。LaWS的激光功率最终能到多大尚不清楚,但普遍认为它不具备放大至兆瓦级的潜力。

    基于板条固体激光器的“海上激光演示”(MLD)样机

    在美國防部“联合高功率固体激光器”(JHPSSL)项目的资助下,2009年3月,诺斯罗普?格鲁曼公司用其研制的7台15千瓦板条固体激光器,通过光束相干合成方式,获得了功率105千瓦的激光。作为JHPSSL项目后续的快速演示验证计划,诺?格公司在美海军的资助下,研制出MLD样机。该样机激光功率为105千瓦、光束质量为3,激光波长为1.064微米,电一光转化效率为19.3%。

    MLD样机也已进行多项演示试验:2010年7月在海上环境下,成功对小型船只进行了跟踪;2010年8月底~9月初,在水kN境下向固定目标(包括小型船只的船身段)发射了激光;2010年11月,由于部件故障,MLD在海上对抗小型船只的试验中途停止;2011年4月6日,MLD从航行中的试验舰上,向1.6千米外移动的无人充气摩托艇发射激光,毁坏了该艇的发动机。这一技术方案的主要优势是激光输出功率比LaWS高、波束质量好,有利于增大激光武器的射程,扩大打击的目标类型,且能在近期装舰使用。不足之处是光学结构比较复杂,成本较高、舰上维护难度大。

    板条固体激光器的支持者认为,将这种激光器的功率放大至300千瓦,光束质量提高到2,无需任何技术上的突破。这种激光器的功率最终或许能达到600千瓦,但要想达到兆瓦级,普遍认为也有一定难度。

    自由电子激光器(FEL)

    美军中只有海军在研究FEL,主要原因是FEL尺寸太大,无法安装在陆军/海军陆战队的地面车辆或空军的战术飞机上。美海军对FEL的研究已超过30年。2006年10月,FEL产生了波长1.61微米、功率为14.7千瓦的激光;2009年4月,100千瓦FEL的初步设计工作启动;2010年3月,波音公司开始研制100千瓦FEL实验室样机。美海军当前的目标是:2015财年前完成100千瓦FEL的演示验证;2016年2021财年研制兆瓦级FEL。

    与固体激光器相比,FEL主要优势包括:①输出的激光功率极高,能达到l兆瓦甚至数兆瓦,因而可打击包括超声速反舰巡航导弹和弹道导弹在内的多种目标;②输出的激光波长可调,从而最适合在海上作战环境中使用;③无需光束合成装置,光束质量好,接近1。其不足包括:①技术成熟度比固体激光器低,需要较长一段时间才能装舰使用;②尺寸大,多数水面舰艇难以搭载;③成本高。

    舰载激光武器的优势与局限性

    在反舰和防空反导作战中,舰载激光武器与动能武器(如导弹、舰炮等)相比有不少优势,但也有其局限性。

    主要优势

    (1)毁伤目标的成本低

    舰载高能激光武器每次发射的成本不到1美元。与之相比,美军舰载近程防空导弹单价为80~140万美元,射程更远的防空和反导拦截弹单价为数百万美元。对于廉价目标(如技术较简单的无人机、集群小艇等),舰载激光武器作为一种“硬杀伤”武器,可以取代昂贵的舰载导弹。

    (2)不受弹药数量的限制

    美海军舰艇携带的舰载防空导弹数量有限,补充导弹时舰艇须撤出战斗。海军“密集阵”近防武器系统(CIWS)打击一定数量的目标后,也需要时间重新装填。与之相比,只要舰艇拥有足够的燃油用于发电,舰载激光武器就能不停地发射,基本不受“弹药”数量限制。

    (3)打击目标的速度快

    激光能瞬时打在目标上,在目标某个位置连续照射数秒后将其毁伤,并在几秒钟后转向下一个目标。在近海作战中,由于对手发射导弹以及火箭弹、炮弹和迫击炮弹的位置距离舰艇较近,飞抵舰艇的时间短,因此打击速度至关重要。

    (4)能对抗高机动性空中目标

    高机动性空中目标(如某些反舰巡航导弹)给舰载防空导弹带来了越来越大的挑战。但目标机动能力的高低,对舰载激光武器的打击效果影响不大。

    (5)打击目标的精度高、附带毁伤小

    舰载激光武器打在目标上的光斑直径很小,对目标周围的其他目标基本没有影响。当在海外港口地区遭受迫击炮弹或火箭弹袭击时,CIWS发射的大量炮弹会给港口地区造成附带毁伤,舰载激光武器则不会。

    (6)用途多样、毁伤效果可控

    除毁伤目标

    外,舰载激光武器还可用于目标探测和跟踪,或对目标进行非致命打击(如对目标的光电传感器进行可逆式干扰等),其作战效果可以是警告和可逆式干扰,也可以是有限毁伤直至彻底摧毁。

    局限性

    (1)只能打击视距内的目标

    由于激光以直线传播,因此舰载激光武器仅限于打击视距内的目标,无法打击超视距目标或被其他物体遮挡的目标。打击小型船只和低空飞行目标时,过高的海浪可能会限制舰载激光武器的使用。

    (2)不能全天候使用

    舰载激光武器发射的激光会被大气中的水蒸汽、沙尘、盐粒、烟雾和其他空气污染物吸收或散射,大气湍流会影响激光武器的聚焦能力。这些都会缩短舰载激光武器的有效射程,甚至使其无法使用。

    (3)对抗径直飞向舰艇的目标时效能降低

    激光沿同一路径传输一段时间后,会将路径上的大气加热,使光束发散,影响其在目标上聚焦的能力。这种“热晕”效应使激光对抗径直飞向舰艇的目标时效能降低。目前,美军进行的大多数激光武器系统试验针对的都是横向运动的目标。激光功率越高,“热晕”效应越明显。

    (4)抗饱和攻击能力不足

    激光武器一次只能攻击一个目标,每次需要数秒才能毁伤目标,然后还需数秒钟才能瞄准下一目标。因此,激光武器在一定时间内攻击的目标数量有限。当多个目标同时或以很短的间隔飞向舰艇时,1台激光武器很难应付。

    (5)对加固目标和采取了对抗措施的目标毁伤效能降低

    当目标配备有防护措施、采用了易烧蚀材料、目标表面的反光能力很强,以及目标旋转速度较快时(此时激光实际照射的并非是目标上的同一位置),功率在兆瓦级以下的激光武器其打击效能将降低。小型船只可通过发射烟雾的方式降低激光武器的毁伤效能。

    (6)可能对飞机和卫星造成附带毁伤

    向天空发射的激光没有照射到目标时,可能会对飞机和卫星造成附带毁伤。

    此外,舰载激光武器像其他舰载系统一样,需占用舰艇空间、消耗舰艇的部分载重能力、给舰艇的动力及冷却系统带来负担,并有可能改变舰艇的雷达截面积。这些因素都是美海军决定是否为舰艇配备激光武器时必须考虑的因素。

    美國内关于装备舰载激光武器的争论

    LaWS、MLD和FEL都是技术研发项目,并非装备型号项目。虽然美海军对于为水面舰艇装备激光武器有一个大致构想,但迄今为止,还没有一个为水面舰艇装备激光武器的采办项目,也没有一个在特定时间、为特定水面舰艇装备激光武器的路线图。目前,美國國内对是否采办舰载激光武器,或为此制定相关路线图还存在很多争论,反映出舰载激光武器距离实战使用,仍面临巨大挑战。

    作战需求问题

    反对者认为,美海军当前的需求中并未明确指明须用舰载激光武器填补现有能力空白,海军也没有指明在何种作战任务下,舰载激光武器优于舰炮、导弹等动能武器。

    支持者则认为,美海军现有的作战需求文件已经过时,没有适应新技术的发展。如果不为舰艇装备激光武器并在各种作战任务下使用,海军永远不可能全面深入了解激光武器的潜在用途和价值,因此也就无法据此确定作战需求以及激光武器相对动能武器的优势,同时导致舰载激光武器技术始终处于技术研发阶段,不利于这种武器快速提高其作战效能和效费比。

    技术成熟度问题

    反对者认为,舰载激光武器自身还存在很多尚未解决的难题。例如,如何在保持或提高光束质量的基础上,进一步提高激光的功率,同时解决散热问题。此外,将试验型激光器转化为适合批量生产、舰上安装,并在长期使用过程中易于维护的实用型激光器;将激光器与目标探测、跟踪设备以及波束定向器集成起来,构成完整的激光武器系统;将激光武器、舰载动力与冷却系统、舰载作战系统(包括舰载探测设备、计算机、显示器和各种舰载武器)集成到一起等,都是有待解决的难题。这些问题不解决,贸然装备风险很大。

    支持者则认为,LaWs和MLD都已经具备了转为采办项目的条件。将它们转为采办项目,或为其装舰使用制定切实可行的路线图,是避免风险的重要方法。

    技术探索问题

    反对者认为,在固体激光器技术快速发展的今天,美海军不为舰载激光武器发展制定明确路线图,有助于其以较低的成本,吸纳最新技术用于舰载激光武器的发展。一旦制定路线图确定在何时、为何种舰艇装备何种类型的激光武器,必然抑制其他技术方向的探索。

    支持者则认为,无论是舰载激光武器采办项目,还是路线图,都可为灵活应用最新技术成果留出余地。美军2001年开始实行的标准采办程序,其基本原则就是“螺旋式发展、渐进式采办”,已经为灵活应用新技术奠定了基础。

    接受程度问题

    反对者认为,不把舰载激光武器技术研发项目转为采办项目,或为其发展制定路线图,将为海军人员接受、熟悉这一新概念武器留出充足时间。如果现在就确定装备舰载激光武器的路线图,可能会遭致海军内部的抵制甚至反对。

    支持者则认为,让海军人员接受舰载激光武器的最佳途径就是在舰上安装激光武器并提供使用。在未来很长一段时间内,舰载激光武器主要仍将处于技术研发阶段,在此过程中海军人员自然而然地会逐渐接受并熟悉这种武器。

    搭载平台问题

    能否搭载激光武器主要取决于舰艇的供电和冷却能力。美海军官员称,其现役的“提康德罗加”级巡洋舰、DDG 51型驱逐舰、“圣?安东尼奥”级两栖舰都具备在作战条件下搭载LaWS甚至100千瓦级激光器的能力。但美军现役水面舰艇中,没有一型能提供足够的电力和冷却能力,搭载功率为数百千瓦级的固体激光器。FEL尺寸较大,美海军现役巡洋舰、驱逐舰可能均无法搭载。美海军的航母和“大甲板”两栖舰虽然能提供足够的安装空间,但没有充足的电力支持兆瓦级FEL。美海军原计划采购的新一代巡洋舰CG(X),设计时即考虑了搭载数百千瓦级固体激光器和兆瓦级FEL的问题,但该项目已取消,美海军尚没有采购能像CG(x)一样搭载激光武器的水面舰艇的计划。

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