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激光武器论文 高能激光武器——增强部队防护能力的未来武器系统

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教你制作激光武器_app-320x240 视频 : 中国激光武器 1、★盘点:2014世界上的七大尖端技术激光武器 2、★美国制造最先进激光武器 瞬间可摧毁城市? 3、★中国曾多次击落UFO? 前苏联秘密研究外星人 4、★波音公司令无人机胆寒的移动激光武器

编者按:本文发表于美国《联合部队季刊》2012年,作者为美国海军陆战队少校亚伦·安杰尔.作者介绍了美军在激光武器发展方面取得的进展.设想了激光武器用于部队防护的性能优势,以及投入实战前的技术挑战.他还指出,高能激光武器尽管是高度精确的,但仍然存蕊毫附带伤害,需要加以关注.编译本文仅供参考.

当前,激光常常被用于引导精确制导弹药摧毁敌目标,试想—下,如果激光指示器的能量足够大,就能在不使用传统弹药的情况下直接使目标丧失功能,这也就是高能激光武器.与传统弹药相比,高能激光武器摧毁目标的速度更快、精度更高、隐蔽性更强,且广泛适用于地面、天空、海洋和太空等各种作战空间.防御性高能激光武器能够击毁间瞄武器发射的弹药,如火箭弹、炮弹和迫击炮弹等,以及飞行器、水面舰艇、车辆甚至是弹道导弹.攻击性高能激光武器能够执行空中作战支援甚至战略突袭任务.在未来战争中,高能激光武器将装备于联合作战部队的各个单位,显著增强军事目标、民用基础设施和居民的防护能力.

高能激光武器的定义

通常来说,功率超过1千瓦的激光器才被称为军用高能激光.目前绝大多数正在发展、测试的战术级军用激光器功率都在几十至100千瓦之间,而战略级应用功率可能高达数千千瓦.事实上,功率不足1瓦特的激光指示器在1秒钟之内就能对人类眼睛造成永久伤害,而平均输出功率在0.3-1千瓦之间的激光器则普遍应用于工业切割,,相比之下,以上几个例子中激光器的功率要远远低于目前正在接受测试的军用高能激光器,这也从另一个方面说明军事应用级高能激光具备巨大的潜在杀伤和破坏能力、,高能激光的另一种通用衡量标准取决于其单一脉冲的能量是否超过30千焦耳.实际上,强度超过每平方厘米0.2-0.4焦耳的激光脉冲只需要10纳秒就会对人类皮肤造成灼伤,而对于没有装甲防护的飞行器和导弹,每平方厘米10千焦耳的激光照射可在0 2秒内对其结构造成破坏.

在强大辐射和脉冲能量作用下,高能激光可以在作战行动执行后数秒内对目标产生强大热效应.理想的交战时间为2-4秒,在某些情况下,高能激光可能只需要不到1秒钟的时间就能实现预期的效果.在如此短暂的交战时间内,高能激光能够:

(1)引爆目标内部的高性能爆炸物,,一旦其内部高性能炸药受热超过自点火温度或是燃料温度超过燃点,目标自爆而被摧毁;

(2)击穿目标关键部位表层(如飞机机翼、水面舰艇外壳或者车辆轮胎),使目标遭到严重破坏或是失去重要作战能力;

(3)点燃目标关键部位或是外表,至少起到暂时干扰作用;

(4)通过暂时或永久破坏目标传感器使其光学或控制系统失效.

总而言之,无论是引爆、击穿、灼烧或致盲目标,高能激光的热效应都能在极短时间内对目标造成严重破坏.

此外,高能激光的速度优势也超越了绝大多数传统武器系统和弹药.以光速运行的高能激光几乎只需要“零飞行时间”就对目标造成破坏.这种几乎同步摧毁目标的作战能力实际上剥夺了敌人所有的反应时间.因此,高能激光在固定的时间周期内能够比传统武器系统攻击更多目标,,

高能激光另一显著优势是远程精确性.精确是激光的本质属性,其在外科手术中的应用已经充分说明了这一点.如果将在手术室中的医疗激光器的输出功率放大并将其置于战场上,所谓的“外科手术式打击”就将被赋予全新的意义.然而,对在广阔战场空间不断移动的目标实施外科手术式精确打击还需要同样高度精确的瞄准设备.为了解决这个难题,诸如高分辨率激光雷达和高功率相控阵发射/接收模块等先进装备正处在研制和开发之中,用以增强远程发现、识别和追踪目标的精确性.

最后,高能激光武器的隐蔽性还能在战场上产生强大心理影响.大多数激光处在肉眼看不到的频谱范围内,这使得敌人即便在遭到高能激光武器打击后,可能也无法立即发现是谁用什么样的手段实施了攻击.事实上,当目标发觉受到激光照射时,可能已经没有任何时间做出规避反应了.为了减轻激光武器的威胁,目标可能会有意识地采取一些措施,包括不断变换速度、高度和姿态;采取反击行动;或者是机动到隐蔽位置等.然而,即使认识到高能激光武器的威胁,但由于高能激光武器在“发射”时不会产生任何烟雾或闪光,敌人可能也无法发现其具体的部署方向和位置,因而难以有效执行规避行动.

激光武器的应用前景

同时具备高速、精确和隐蔽三大特性,高能激光武器应用于未来战场的趋势已不可逆转.2008年,美国陆军与波音公司签订高能激光技术验证器项目合同,标志着其正式承认高能激光武器在未来战争中的巨大潜力,而且明确指出高能激光武器将填补多种作战能力空白:

(1)击毁处在飞行状态中的火箭弹、炮弹、迫击炮弹、反坦克导弹和肩扛式地对空导弹等;

(2)实施超精确打击,并将附带伤害控制在极低甚至为零的程度;

(3)破坏可见光或红外传感器;

(4)远距离排除地雷或是清除其他武器威胁.

2009年,美国海军陆战队负责作战开发与整合工作的副司令乔治·弗林中将正式承认了固体激光技术取得的进步,称其“飞行时间近乎为零、射击成本低廉并且连续发射次数几乎无限的能力,足以抵御低空无人飞行系统造成的威胁.”从陆地、海洋、天空到太空,高能激光武器几乎在所有作战空间都有着广泛的部署前景.

作战背景想定

2020年12月,A国发动了一系列威胁B国安全的军事行动.AB双方关于岛屿领土和海上边界的国际争端不断升级.A方面扩大了其位于东、西部海岸地区海军基地舰队的规模,并部署了大量鱼雷艇、导弹艇和巡逻艇守卫东、西部海岸.根据过往商船提供的情报,这些舰艇频繁出现在海岸线以外10~30海里的地区.A空军还增强了海岸地区空中巡逻力度,陆军也有向南机动的迹象.A似乎要通过形成统一指挥下的有限军事行动态势,诱使B首先向其发动攻击,然后发动迅速而猛烈的反击.

战斗场景1 2020年12月1日,A军队利用部署在本土的170毫米和152毫米大口径火炮向YP岛地区发动袭击.在陆地和海上激光防御系统的拦截下,A军发射的共约100枚炮弹中实际上只有50枚着地爆炸,而且没有造成任何人员伤亡和关键基础设施损失.在此之前,为保护YP岛地区的人口中心和商业港口,美国陆军已经在岛上部署了陆地激光防御系统(LLDS).此外,隶属于美国海军“乔治·华盛顿”航母战斗群的舰艇最近也升级了海上激光防御系统( MLDS),能够为军舰和特定地区提供针对火箭弹、导弹和无人机的防御.就在12月P日这一天,由陆地激光防御系统和海上激光武器系统共同组成的防御网络成功引爆了所有瞄准YP岛城市和港口目标的火箭弹和炮弹.

为应对火箭炮、榴弹炮和迫击炮等武器的威胁,美国地面部队已经将部署高能激光武器系统的计划提上日程.事实上,诺斯罗普·格鲁曼公司研制的“天空卫士”激光防御系统也已被证实具备在5千米范围内有效抵御此类威胁的能力.此外,机动战术高能激光武器系统代表着相关技术的更高发展水平,作为一种点防御武器,该系统可以部署到基地、重要作战节点或是人口中心等地区.在测试中,机动战术高能激光系统成功击毁了28枚122毫米和160毫米“喀秋莎”火箭弹和大量炮弹,甚至对于迫击炮齐射也有很强的防御能力.这套体积与集装箱相当的系统被集成在1台半挂车上,能够随远征部队机动部署,以保护军事单位、民用基础设施和人员.此外,雷声公司还研制了一种能够击毁各类炮弹和飞行器并可用于近程防空的高能激光武器.2006年6月,雷声公司为其“密集阵”近距离武器系统加装了高能激光模块.这种被称为“激光区域防御系统”( LADS)的高能激光武器配有1部功率为20千瓦的光纤激光器和1部安装在平台上的照射指挥仪.在测试中,激光区域防御系统成功在550米的距离上引爆了1枚迫击炮弹.M-THEL和LADS都可用于战术行动,执行消除各类火炮威胁的终端防御任务.

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高能激光武器还能够用来防御敌人的攻击型飞机.2008年12月的测试中,波音公司成功利用其‘复仇者”防空系统的千瓦级激光武器击落了1架无人机.当时,该系统成功发现、追踪并瞄准了3架小型无人机,并利用高能激光“在与战术行动相关的距离范围内”将其中P架的机体灼穿,造成其坠落.尽管这次实验成功只能视作无人机防御系统取得的一点进步,但其预示了部署于远征部队的机动高能激光防空能力,将能更好地保护关键基础设施安全甚至可以替代战术护航任务的作用.

战斗场景2:2020年12月2日,A军一艘导弹艇在距离B军某海军基地约20海里的海域向美国海军“诺曼底”号发射了2枚舰对舰导弹.发现这一情况后,美国海军“维克斯堡”号立即启动了2套MLDS,只用了6秒时间就在导弹接近“诺曼底”号之前将其全部引爆.与此同时,“诺曼底”号也手动操作MLDS搜寻A军导弹艇,20秒后,该导弹艇因其引擎被激光击中而起火爆炸.

高能激光武器在海上防御方面也有巨大潜力.2010年6月,雷声公司推出了安装激光模块“方阵”系统的海上版本,美国海军称其为激光武器系统,在模拟海上遭遇作战的情况下该系统成功将1架代表威胁的无人机击落.在距今更近的2011年4月10日,美国海军利用高能激光将数海里外1艘小船的引擎引燃,再次展示了高能激光的作战潜力.此外,海上高能激光武器系统因其近乎无限的射击次数在后勤补给方面具备显著优势,相比之下,传统“密集阵”系统每分钟要消耗3000-4500发20毫米 ,而高能激光武器所需的高压电力舰艇本身就能提供.

战斗场景3:在某海海域上空,从“乔治·华盛顿”航母上起飞的1架F/A 18‘超级大黄蜂”战斗机被可能与“萨姆-2”导弹发射器联动的陆基“扇歌”雷达发现.与此同时,“超级大黄蜂”的机载空中激光防御系统立即启动搜索雷达位置,并在“萨姆-2”导弹发射之前将其压制.

针对地面目标的空中支援行动也能够得到高能激光武器的加强.不同于地面部队,飞行员能够“鸟瞰”整个战场因而受地形因素影响较小,但植被因素会严重削弱其视野上的优势.尽管如此,飞行员还是能够经常用到直瞄高能激光武器执行攻击性空中支援任务.目前,美国空军已经提出了先进战术激光概念(ATL),并将实验设备安装在C-130“大力神”上,未来装备的其他机型还包括V-22“鱼鹰”( Osprey)等.ATL的设计目标是使用百万瓦特级高能激光器执行近距空中支援任务.2009年9月,ATL系统只用了8秒就击穿了1部静止的无人车辆,而此次“射击”的高度和距离等数据却从未披露.

美军激光武器 视频时长:01:44 美军激光武器 播放:32039次 评论:7910人

战斗场景4:2020年12月3日,1个F-16“战隼”战斗机小队正在B国北部空域执行战斗巡逻任务,4架“米格-19”(MiG 19)的突然出现随即引发了一场短暂的空中格斗.战斗结果是4架“米格-19”飞机全部被击落:其中1架被20毫米航炮击中,AIM 7空空导弹击中了第2架,其余2架则全部被空中激光防御系统I ALDS)击落.也即是说,2架F-16利用传统武器各自击落了1架“米格-19”,其各自的机载空中激光防御系统同时锁定目标并引爆了其余2架敌机的副油箱,,

ALDS的保护对象不仅限于战术战斗机或其他攻击型飞行器.国防高级研究计划局高能液体激光区域防御系统的研发目标是创造一种功率高达150千瓦的激光武器,并将其体积控制在3立方米以内,且每千瓦质量不超过5千克,从而可在不影响飞机主要功能的情况下,将其加装到轰炸机、运输机或是空中加油机上.在2010年里程碑式的地面测试中,该系统同时击落了2枚“萨姆-10”(SA 10)级地对空导弹,后续的空中测试将在2012-2013年进行.

技术挑战

当然,高能激光武器在广泛应用于战场之前还必须克服造价高昂、反激光武器发展和附带伤害等发展瓶颈.而且这些障碍即使在高能激光武器投入实战应用后依然不会完全消失.

高能激光武器进入国防部武器库的恰当时间取决于合理的成本效益分析.2006年,诺斯罗普·格鲁曼公司宣布,受到一次性的研发费用压力的影响,第一套“天空卫士”战术高能激光系统的价格为1.5-2亿美元,技术成熟后的系统价格能够降至每套2.5-3千万美元.而且随着更加深入地研究和开发激光媒质、光泵和共振光学腔等三种核心部件,激光武器系统的价格会进一步大幅下降.从另一方面考虑,虽然激光武器系统的价格动辄数百万美元,但与海军舰艇、空军飞机、关键基础设施的损失或是军事人员和平民的伤亡相比,代价显得微不足道.总而言之,采购高能激光武器会面临巨大财政压力,但其提供的防御能力足以缓解这些压力.

考虑到全球竞争者都在研究高能激光武器,时间也成为一种昂贵的代价.俄罗斯正在研究和开发“阿尔玛兹—安泰”高能激光直瞄武器防空系统,而且已经在测试中成功击落1架无人机.该系统的部署概念类似于美国和以色列的战术高能激光,而且还能提供针对地对空导弹和精确制导弹药定点防御的增强能力.俄罗斯还在开发空中“阿尔玛兹/别里耶夫”A-60高能激光直瞄武器的“试验平台”.此外,早在2007年,美国国防部就已经证实,中国人民解放军已经投资了一项发展迅速的先进高能激光武器,该项目的目标是在提供定点防御的同时还具备击落低轨卫星、巡航导弹和精确制导弹药的能力.最近,印度也发布消息称,在激光弹道导弹防御系统测试中,利用5千瓦的激光脉冲,成功地在7千米的距离上击毁了1枚弹道导弹,不仅如此,其激光防空系统还具备在10千米距离上摧毁敌机的能力.尽管俄罗斯、中国和印度等国的高能激光武器能力似乎并没有超越美国的最初设想,但一场高能激光武器的军备竞赛在所难免.因此,时间将成为研发高能激光武器进行军事部署的高昂成本.

高能激光的研发成本也会受到反制措施的影响.每种军事创新技术反制措施的出现只是时间问题.目前,似乎能够明显反制激光武器的措施就是利用特殊材料使激光能量散射或完全反射.然而在很多情况下,这些使用创新技术的表面材料可能只会延迟高能激光的热效应几秒钟时间.对于敌人来说,这种反制措施会耗费大量财力和时间,因为制造商将不得不彻底改变原有计划,并将改进后的材料安装在现有装备上或者重新设计制造全新的装备.

最后,还必须具备防范高能激光武器潜在附带伤害的超前意识.在战略层面,美国国防部正在制定“发散预测规避”措施以防止偏离轨迹的激光对卫星造成意外的附带伤害.在战术层面,高能激光武器可能会意外导致人员永久或者暂时失明.随着反射材料技术的进一步发展,“热效应弹跳”可能也会导致附带伤害.尽管高能激光武器的精确性会有效减少附带伤害,但是还必须通过深入研究预测和控制其可能造成的破坏.

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