美国激光武器研发运用现状概述

激光武器是美国施行第三次“抵消”战略的重点项目之一。近年来,美国加紧研发激光武器系统,力求形成以陆基、海基、空基、天基系统为平台载体的激光武器体系,以抢占新兴技术军事应用的“制高点”。

研发运用情况

陆军:美国陆军主要将激光武器用于战车防护,并着力推动在激光器、搭载平台和系统融合方面的渐进发展。近年来,其还加速研究低功率高能激光器搭载战术车辆的相关技术,旨在应对火箭弹、榴弹、迫击炮弹及小型无人机的威胁。

美国陆军在 2016 年机动火力一体化试验中,首次测试了第 1 版 2 千瓦级激光武器系统。2017 年 5 月,通过“斯特瑞克”战车,测试了第 2 版 5 千瓦级激光武器系统。2018 年,完成第 3 版 10 千瓦级激光武器系统的测试工作。

装备5千瓦级激光武器系统的“斯特瑞克”战车

目前,美国陆军已经成功研发出可搭载在“斯特瑞克”战车上的 60 千瓦级激光武器,可击毁无人机,提升低空防御支援能力,计划在 2018 至 2021 财年开始试验。

装备60千瓦级激光武器系统的“斯特瑞克”战车想象图

美国航天与导弹防御司令部与部队司令部联合启动高能激光移动试验车项目,首次试验重型增程型机动战术卡车搭载 10 千瓦级激光武器。2016 年,美国在俄克拉何马州西尔堡基地对高能激光移动试验车进行测试,成功对移动的小型无人机和静止的迫击炮弹实施跟踪和打击。美国陆军计划在 2021 财年完成样车,2022 财年进行搭载 100 千瓦级激光器的高能激光器战术车辆演示,验证其反火箭弹、炮弹、无人机以及拦截低空巡航导弹的能力。

在测试中被击落的小型无人机

海军:美国海军已经开展了多年的固体激光武器研究,现已基本形成近程防御和反导的激光武器系统

目前,美国海军正在开发更先进的固体激光武器,用于应对小艇、无人机、反舰巡航导弹威胁,涉及的项目包括:固体激光器技术成熟化、加强高能激光武器、海军光学炫目拦截系统、海军舰载激光武器系统增量 1(又称高能激光和集成光监视系统)和拦截反舰导弹高能激光器项目。前 4 个项目统称为激光武器系统族。

固体激光器技术成熟化系统进行测试的场景

美国海军在 2021 年的财政预算提案中,要求为海军激光武器家族系统提供 6820 万美元的拨款,包括开发一种 60 千瓦或更大功率的先进激光武器系统原型样机,用于帮助水面舰艇防御敌方的无人机或小型舰船。

光学眩目拦截系统

2009 年至 2012 年,美国海军对激光武器系统验证机的原型样机,进行了从陆上到舰上的一系列反无人系统试验,其激光束能量可达到 30 千瓦。2010 年至 2011 年,对海上激光演示系统进行了一系列试验。

激光武器系统验证机

2014 年,对安装在“庞塞”号两栖船坞运输舰上的激光武器系统进行作战试验评估,验证其对抗小艇和无人机的能力。

“庞塞”号两栖船坞运输舰在舰桥上方安装了激光武器系统验证机的原型样机(红圈内)

2019 财年,美国海军对安装在“波特兰”号两栖船坞运输舰上的固体激光器技术成熟化系统开展海试。同年,美国海军将光学眩目拦截系统安装在“杜威”号导弹驱逐舰上,该系统是一种低功率激光武器,能够对抗各种带有光电/红外传感器的舰艇或飞行器,以及巡航导弹甚至弹道导弹。该系统通过向敌方光电和红外传感器发射调制眩目激光束,使其传感器“失明”。

安装在“波特兰”号两栖船坞运输舰上的固体激光器技术成熟化

2020 年,美国海军首次在濒海战斗舰上安装激光武器,以提高该舰的杀伤力。美国海军计划在 2021 年为“普雷布尔”号导弹驱逐舰装备高能激光和集成光监视系统,用以对抗小型水面艇、无人机以及防御巡航导弹的攻击。还计划在 2021 财年将 150 千瓦级高能激光演示系统安装在“波特兰”号两栖运输舰上。此外,美国海军陆战队提出为 F-35B 隐身战机加装机载激光武器系统,其前期工作包括 KC-130 搭载激光武器的先期试验,以加快推进激光武器的小型化。

空军:美国空军的激光武器研发项目最多,投资巨大。自 20 世纪 70 年代起,美国空军先后进行了机载激光实验室(ALL)、机载激光武器(ABL)计划、先进战术激光武器(ATL)计划、大型飞机电激光器(ELLA)、自卫高能激光器演示样机(SELD)计划和低功率激光演示器(LPD)计划等项目,开展了大量机载激光武器的研究。

机载激光武器试验样机

其中,机载激光实验室计划始于 1973 年,验证了高能激光拦截空中目标的技术可行性,但由于诸多技术指标不满足作战条件而在 1984 年被迫停止。1992 年提出机载激光武器计划,用于拦截敌方助推段弹道导弹。由于资金和技术问题,研发进度一再调整、推迟,最终未达到预期的能力水平。2002 年启动了先进战术激光武器计划,用于防御巡航导弹和精确打击地面目标。

2009 年启动的大型飞机电激光器(ELLA)计划,对机载激光武器实战化具有重要意义。自卫高能激光器演示样机计划,旨在将激光武器系统集成在飞机吊舱中,使飞机具有使用激光击落空空、地空导弹的能力。2016 年提出的低功率激光演示器计划,旨在解决激光器的功率和孔径尺寸问题,研制出由高空长航时无人机搭载的新三代机载激光反导武器系统。该项目采用了先进的光束控制系统和光纤激光器,开展了高空无人机用激光探测和拦截助推段弹道导弹的研究工作。

MQ-9高空长航时无人机搭载新一代机载激光反导武器系统

在大型飞机电激光器项目中,为 B-1B 战略轰炸机加装 100 千瓦级激光器,并进行飞行测试的技术演示验证。该项目是美国空军首次将激光器安装在作战飞机上进行测试,用于对地面目标实施高精度打击和空中自卫。由于该项目靠激光束杀伤目标,可以瞄准敌方目标的特定部位开火,其激光照射时间长短、功率高低也可以进行实时调整,因而对目标的破坏程度能够准确控制,并且可以在很短时间内结束战斗,从而最大限度地减少附带杀伤。

C-130运输机挂载自卫高能激光器演示样机

美国空军实验室制定了 3 阶段发展计划:一是研制功率几十千瓦的自保护高能激光验证装置,原计划在 2020 年基于 AC-130 炮艇机开展演示验证。二是研制功率 100 千瓦的远程防御系统,原计划在 2022 年基于 F-15 等传统战斗机开展演示验证。三是研制 300千瓦的远距攻击系统,集成在 F-22、F-35 等 5 代机及未来第 6 代战机等隐身平台上,用于毁伤敌方飞机和地面目标。美国导弹防御局计划在 2020 年进行低功率激光器装机试飞,2021 年前完成激光束稳定性测试,为最终装备助推段拦截武器奠定技术基础。

第6代战机使用激光武器攻击敌机的想象图

主要优缺点分析

激光武器系统具有能量传输速度快、作战运用灵活性强、火力转移速度快,以及抗饱和攻击能力强、杀伤效果多样化、作战使用效费比高等特点,但现阶段也还存在发射功率弱、系统小型化难度大、射程有限等方面的不足。

主要优点  一是打击速度快。激光武器可同时作为传感器和武器,从而将传感器到射手的时间缩短为秒级。AH--64“阿帕奇”直升机和 MQ-9“死神”无人机可搭载目标探测和激光武器系统,利用相互间的配合可对地面目标实施即时打击。而且激光武器发射速度达到光速,对于目标的攻击几近“瞄准即摧毁”,能比导弹更快地击中目标。

二是抗电子干扰能力强。激光不易受电磁脉冲和地球磁场以及其他磁场的影响,也不受箔条干扰弹或干扰设备等传统防御手段的影响,在电子对抗环境下仍能精确命中目标。

三是杀伤力可控。高能激光武器系统中的光束武器定向器提供的超高分辨率红外和可见光图像,可用于威胁识别和对杀伤过程进行实时观察与评估,对目标拦截做到“边打边观察”,并根据观察结果和作战需要,实时调整或控制发射光束的时间、功率及作战距离等,可对目标实现非杀伤性警告、功能性损伤等不同杀伤效果,达成不同作战目的。

四是发射成本低。激光武器仅依赖电力,一次发射仅需数美元,相较于几十万至上千万美元的导弹,成本更低,而且可以重复利用。

五是杀伤力强。激光武器的强杀伤力使其能够对目标进行毁灭性破坏。在高激光功率辐射下,目标点可瞬间汽化,当持续照射时,可造成凹陷甚至穿孔。被照射的表面可发生电离,产生离子体云,进而辐射出紫外线和 X 射线,对目标产生辐射损伤。

主要缺点  一是容易受海空战场复杂环境影响。激光武器对目标的毁伤效果取决于能量传递,但传递、沉积到目标上的光能容易受气候条件影响。如在海上高盐分、湿气环境下,激光束扩散和能量衰减较为严重。

二是发射功率不大,效率较低。目前,美军激光武器的功率多在几千瓦至数十千瓦,距作战所需的上百千瓦尚存一定距离,且利用效率不高。而且,美国海军仍未找出将激光武器整合入舰上供电系统和战斗系统的最佳方式,激光的能量效率仅为 30%。

三是系统小型化难度高。激光武器对大量的电源和有效的冷却系统的需求,导致配套设备越来越笨重,难以实现与海空平台的兼容。

四是射程受限。目前的激光武器受系统功率、平台移动速度等因素制约,射程十分有限,无法摧毁大型目标,或者难以对远距离目标造成损伤。如“庞塞”号两栖船坞运输舰装载的激光武器系统验证机,在良好气象条件下发射距离仅约 10 千米,远低于传统舰炮和电磁轨道炮射程。