美国机载激光武器发展现状 王戎瑞 ZT

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精华序号：35
来自论坛：小熊在线 《武器军事论坛》
内容说明：1　引　言 　　激光武器的发展已历时30多年。七十年代，美国陆、海、空军并行开展了各自的激光武器的发

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• 美国机载激光武器发展现状 王戎瑞 ZT (4807字) laotun (235156)于2003/08/22(16:27:41)..

1　引　言
　　激光武器的发展已历时30多年。七十年代，美国陆、海、空军并行开展了各自的激光武器的发展，主要以战术应用为主，试图把激光武器部署到战场上，而且取得了一定进展，并且演示验证了用这些武器摧毁或破坏目标的能力。1983年美国提出“星球大战”计划之后，美国把激光武器发展重点转移到战略应用。后因世界形势随着前苏联解体而发生深刻的变化，地区性冲突和局部战争已成为目前和未来军事斗争的主要形态，所以从1992年开始，又把激光武器的发展重点转向以技术较为成熟的激光器为基础的，近期可以部署的战略防御、战区防御和战术防空激光武器上，并已取得显著进展。
　　目前美国正在重点发展的激光武器有：天基“阿尔法”化学激光武器，由美国弹道导弹防御局负责，1997年取得重大进展；美国空军负责的机载氧碘化学激光武器，已进入计划确定与风险降低阶段；美国陆军与空军的地基激光反卫星武器；美以联合发展的战术高能激光武器。另外，值得注意的是，波音公司正在发展小型飞机和直升机载氧碘化学激光武器；美国陆军还提出了高空无人机载激光武器计划，其代号为“防御者之光”(Defender Light)，由劳伦斯*利费莫尔实验室负责研制，使用的激光器是二极管泵浦固体激光器，预计发射功率可达兆瓦级；美国空军着眼于未来30年将会大力发展的采用激光二极管阵列的“节能型”激光武器。
　　本文仅介绍美国机载激光武器计划及其执行情况。
2　机载激光武器的作用和应用
　　美国战区导弹防御(TMD)计划采取分层防御方法来对付敌方空-空导弹、空面导弹、面面导弹、巡航导弹的进攻。其中包括采用Corps-SAM作为低层防御；采用PAC-3爱国者(射高12.2km)作为低层防御系统，并采用增程拦截弹(ERINT)(拦截距离15km)作为备用的低层防御系统，及采用“箭”(Arrow)导弹作为对PAC-3爱国者导弹的补充；高层防御系统采用战区高空区域防御(THAAD)系统(拦截距离150～200km)，拦截高度100km。上述这些导弹系统可以对来袭导弹提供逐层多重防御，当然是要力争在尽可能高的空中和尽可能远的距离拦截目标。战术弹道导弹的助推飞行时间很短，如射程100km的SS-21导弹，其助推飞行时间只有30s。要求如此短的时间内和尽可能远的距离外，拦截刚刚发射并处于助推飞行中的弹道导弹，需要拦截武器具有极高的速度。这就需要使用激光武器，在进行战区防御时，可以让携带激光武器的飞机在距离可能发射导弹的地点几十千米地区高空，利用飞机上的探测器监视和跟踪敌方发射的导弹，然后发射激光摧毁正在向上飞行的导弹。还有一些高速低空目标，如巡航导弹能在1000～2000km距离范围内贴近地面20～100m的高度飞行，只有采用机载激光武器才能有效地反击像巡航导弹这样的目标。同样，机载激光武器能机动灵活地反击各个方向的空袭目标，它非常适合对付饱和攻击的低空或超低空飞机、直升机和导弹。
3　机载激光武器作战原理和关键技术
　　机载激光武器或称机载激光器(ABL)是一种能独立进行目标探测并实施“外科手术式”攻击的自主性武器系统、载机在12km高空、距前线90km的正方一侧巡航，激光武器的预定射程为300～580km。为增大ABL的有效作战半径，可以让ABL载机穿越敌方领空。
　　ABL系统的主要部件有：飞机平台(波音747-400F飞机)；传感器系统(被动红外传感器)；高能激光器装置(目前为氧碘化学激光器)；瞄准与跟踪系统(光束控制)。
3.1　ABL的作战原理
　　利用机上360°视场的被动红外传感器探测目标，用波长1.06μm的多光束激光器照明目标，用高分辩率成像传感器进行成像，通过主望远镜进行观察以获得良好的跟踪数据，随后引导信标激光和杀伤光束。信标光束比杀伤光束稍早一些发出，以便对杀伤光束所要经过的大气路径进行测量。杀伤光束在信标激光达到目标并返回后发出。
　　在信标激光和自适应反射镜继续对畸变进行补偿、激光照明器和被动红外传感器继续对目标进行跟踪的同时，向助推段弹道导弹燃料箱发射数秒波长1.3μm氧碘化学激光器杀伤光束，摧毁目标。
3.2　ABL的关键技术
　　从ABL作战原理可见，它的主要关键技术有高能激光器、精密跟瞄系统和激光大气传输补偿技术。
3.2.1　高能激光器　高能激光器是实现高能激光武器的关键，也是各国长期探索研究的目标。目前认为具有高能激光武器系统应用发展前景的激光器主要有氟化氘/氟化氢化学激光器、氧碘化学激光器、CO2气动激光器、自由电子激光器、二极管泵浦固体激光器和激光二极管阵列等。其中第一代最有可能发展成为高能激光武器并投入部署的将是化学激光器，而ABL计划中目前采用氧碘激光器；其他类激光器有可能在未来自身技术的不断发展完善过程中发展成为新一代激光武器。
3.2.2　跟瞄系统　ABL除装有氧碘化学激光器外，将携带红外搜索跟踪装置、光束控制系统和高分辩率红外成像传感器，用于完成：(1)硬弹体移交、主动跟踪与跟踪恢复三个过程；(2)光束畸变修正功能；(3)保证目标跟踪与瞄准误差小于10μrad。代号为AL-1的机载激光武器首先用红外搜索跟踪装置探测在助推段飞行的战区弹道导弹排放的尾焰，粗略地测定目标位置，然后打开多光束激光照明器(通常采用二极管泵浦固体激光器，波长1.06μm)照亮来袭导弹弹体，这一由探测导弹尾焰转换成探测弹体的过程称硬弹体移交过程，并转换为激光照明器主动跟踪过程。再由高分辩率红外成像传感器精确确定导弹尾焰位置，从而转入跟踪恢复过程，与此同时，高分辨率红外传感器探测飞行中的导弹锥形头部，并使多光速激光信标器(通常也使用二极管泵浦固体激光器)瞄准该锥形头部测量反射的激光束，求得由于飞机振动、大气湍流和激光光学装置受热造成的光学畸变，然后将修正参数输入到自适应反射镜进行光学畸变修正，以补偿对激光散焦和瞄准精度造的影响。在完成自适应补偿后，发射杀伤激光束，破坏导弹的燃料箱。
　　目前，AL-1激光武器系统的反射镜采用无冷却的单晶硅反射镜，孔径为25cm，间距1～2cm的制动器可使反射镜面变形达8μm，以保证足以修正光学畸变。
4　ABL发展现状
　　ABL计划是美国空军目前正在大力推进的战区弹道导弹助推段拦截方案，是其联合的多层战区导弹防御研究的一部分。该计划是目前美国投资规模最大、进展最快的主要定向能武器计划，已进入ABL发展的第二阶段，即计划确定与风险降低阶段，将于2002年底用机载激光器样机YAL-1A进行摧毁一枚助推段战区弹道导弹的演示验证试验。
4.1　ABL系统技术进展和目前发展重点
　　目前由波音公司中标正在进行的ABL计划确定与风险降低阶段的发展工作中，TRW公司负责研制氧碘激光器；洛克希德*马丁公司负责研制光学部件、光束控制及火控系统；波音公司负责系统集成，飞机改装和开发战场管理系统。
　　TRW公司研制的激光器是模块化的，单个样品模块已经演示了几十万瓦的输出功率，并持续了数秒钟。YAL-1A作战演示样机将由6个模块组成，到2002年底，届时将要求波音公司通过催毁一枚56km距离外的助推段战区弹道导弹的试验来演示验证其建造的机载激光器样机YAC-A性能。
　　一旦试验成功，空军将授于波音公司签订一项为期2年、价值约45亿美元的工程与制造合同，用于该机群(由7架飞机组成)剩余部分的工程制造与发展。最终的作战使用型ABL系统将采用14个激光器模块，从而满足200-300万瓦的作战要求。预计未来制造的每架机载激光器(AL-1)载机上携带的化学燃料可进行30次持续时间为5s的射击，每次射击成本为1000美元。
　　目前，已用氧碘化学激光器进行了小规模试验，还用中红外化学激光器进行了较大型的杀伤力试验，极其详尽地了解金属对于不同波长能量的吸收能力。已完成了一系列地基外场实验，模拟了机载激光器在战区导弹防御作战情况下预计将遇到的强烈湍流条件和传输环境，重复并成功地演示验证了自适应光学补偿和闭环跟踪能力。1996年6月成功地进行了两次主动跟踪助推段飞行的弹道导弹的试验，证实了主动跟踪的可行性。1998年1月成功地完成了历时1个月的系列风洞试验，验证了机载激光器关键部件104英寸鼻锥转塔和激光器排气系统的设计性能。1998年6月，对TRW公司设计的几十万瓦级的单个激光器模块首次在该公司的试验靶上进行了成功的试验。它的成功标志着波音公司小组已经全部实现了1996年11月进入ABL第二阶段时对空军的承诺，并拉开了旨在降低ABL计划的技术风险的系列激光器性能试验的序幕，以便最终优化激光器的运作条件，获得所需的性能和激光特性。
　　目前氧碘化学激光器技术的研究重点是提高效率，减轻系统重量和改进作战适用性。
4.2　ABL作战方案
　　研究表明，由7架ABL载机组成的机群能对战区级冲突地区提供最佳的弹道导弹防御。初步作战方案是，由7架ABL飞机组成的作战机群中，至少应使用5架部署在一个军事危急区域，并可形成两条反导轨道，但要形成24小时的作战能力需要7架载机，携带足够进行200次发射所需的燃料。数百万瓦的激光通过2m直径的发射望远镜发射出去，足以攻击远至600km处的目标。
4.3　ABL未来部署方案
　　将于2000年进行低功率飞行试验和高功率的停机坪试验，2001年将进行高功率飞行试验和杀伤导弹的演示验证，2002年部署第一架作战演示用ABL样机(氧碘化学激光输出功率100～200万瓦)，使美国首次具备助推段拦载能力，并用其进行拦截助推段导弹的试验；2006年部署3架作战使用型ABL飞机(氧碘激光器功率200～300万瓦)，具备初始作战能力；2008年部署7架作战使用ABL飞机，组成一个完整的机群，具备对单个战区提供导弹防御的全面作战能力。
5　第二代节能型激光武器
　　美国空军在其《21世纪空中与空间力量展望》中提出了着眼于未来而发展的第二代采用创新技术的节能型高能激光武器。其中创新技术包括：大而轻的薄膜光学系统；高功率短波长固体激光器；高平均功率相位共轭技术；采用光阀或微机电的自适应光学系统；光束成形与控制用的二极管激光器调相阵列。
　　第二代激光武器将采用波长更短的新一代激光器，使所需的杀伤能量及激光功率减小到普通型的1/25～1/50，从而获得最高的能量效率。表1列出了方案论证中二种类型激光武器之间差别。
　　作为小型、中等功率、高光束质量的短波长激光器计划基础的新兴技术有：
　　(1)短波长固体激光器的二极管泵浦技术。该技术已经演示了能够显著提高效率，和大大减小激光器热负载。在未来20年期间内，按常规技术进展应能实现60%的二极管效率和15%的电-激光净转换效率。二极管的成本应降至二极管光学功率每瓦低于1美元，用于40kW激光器的二极管泵浦阵列的成本应少于16万美元。
　　(2)固体激光器的热容量运行，这使得激光器能够在短暂的交战期间内根据需要产生高输出功率。发展得当的话，在不采用冷却措施的运行中，这种方法应能实现每立方厘米激光材料产生高于500J的激光输出。在每次交战所需能量为40kJ及热弹仓允许进行10次交战(400kJ的激光输出)的情况下，所需激光材料的体积将是800cm3，重量小于4kg。这10次交战中每两次之间的冷却时间将为1～2min。
　　(3)激光武器内或激光武器与目标之间相位共轭技术，用于对光程畸变进行补偿并产生近衍射限光束。在机载激光器计划中得到的经验，在这里同样适用。
　　(4)非冷却光学系统，可降低光束定向器的成本和质量。随着超低吸收率反射镜镀层的发展，非冷却光学系统将是可能的。
　　《21世纪空中与空间力量展望》中称，未来第三个10年中定向能武器的预期应用，代表了定向能武器能力的极大扩展，这些应用以概念上十分合理的设想为基础，但需要在技术方面向新的方法发展。这些应用将会导致空军进攻和防御战略的重大变化。已提出在先进战斗机即光子战斗机(Fotofighter)，的表面上镶嵌与飞机表面共形的高功率二极管激光器相控阵列，用于同时对目标进行监视、跟踪、指示和热杀伤以及通信。
6　结　语
　　激光武器是新一代利用高能量密度射束替代常规子弹的新概念武器。这类武器所特有的以光速作战的迅速反应能力，以外科手术或杀伤的高效费比作战方式，以及特别适于反卫星和破坏敌方信息系统等阻止敌方获得信息的能力，使其成为适应21世纪信息化高技术战争的、具有划时代意义新一代主战兵器。

• 机载激光武器什么时候会实现？(空) 鸽派 (236117)于2003/08/24(21:45:18)..

• 已加入精华区 (空) 香奈尔 (235955)于2003/08/24(12:01:47)..

• ◎ 看看，但还是需要老屯为大家分析一下！(空) jason770 (235160)于2003/08/22(16:29:14)..

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