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  出品:科普中国

 

mobile.365-838.com 1 资料图:美军研发的机载战术激光武器

  作者:龙猫

 

  

  策划:宋雅娟

  我们只在科幻电影或小说中听说过可以发射激光束的武器,但现在这种武器已经成为现实。据美国“星条旗报”网站12月6日报道,美国海军为“庞斯”号军舰安装了激光武器系统,并对该武器的测试表现感到鼓舞。美国海军放出了官方演示视频。该视频中的战舰位于波斯湾,展示了如何用激光炮摧毁远处船上的目标物体以及空中的无人机。

  激光武器的威力已为实战所证明——2011年8月23日,以色列国防军在对加沙地带发动的军事打击行动中,使用了先进的战术激光武器,致盲了哈马斯武装反坦克导弹的光电火控系统。

  监制:光明网科普事业部

  中国被西方“捧”为美国激光武器领域最强对手

  目前,世界军事强国的机载、舰载、和车载激光武器装备研发势头强劲。

  激光,就是被引诱(激发)出来的光子队列,这光子队列中的光子们,光学特性一样,步调极其一致,这导致激光汇聚性好,威力也极为强大,可以作为武器使用。据报道,英国《新科学家》周刊网站10月12日刊文称,美国海军陆战队正在研发一款新型激光武器,它可远程传输语音信息,或使对方失聪、睁不开眼睛,或令其被灼伤,痛苦不堪。那么,为什么激光会成为被各国军方青睐的新一代武器?

  “美国海军又在夸耀其复杂的激光武器系统。”俄罗斯电视台11日的评论显得立场鲜明。早在今年初美国宣布会试射舰载激光武器时,“俄罗斯之声”就曾表示,美国人夸耀激光武器带来军事革命,但其真实性能令人怀疑。考虑到天气条件、视线限制等缺陷,激光武器不过是美国一项形象工程。《莫斯科共青团员报》12日称,俄罗斯在激光武器研发领域不落后于美国。该报采访的俄军事专家称,俄罗斯拥有所有科学和工程潜力,研发本国激光武器时没有使用任何进口零部件,且已投入巨资研发。2012年俄国防部已授权俄国防工业综合体进行激光武器研发工作,目前已有3家公司收到激光武器研发任务书。

  机载激光武器

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  “中国是美国在激光武器研发上最强大的对手。”德国新闻电视台12日这么说,是因为日前有关“中国激光武器击落无人机”的消息盛传于国际媒体。俄罗斯《导报》称中国选择了正确的武器研发方向,因美国正在研发甲虫大小的无人机,用导弹或火炮根本无法击中,但利用激光武器系统击中两公里内小目标则完全有可能。

  美国空军第一架机载激光武器以“波音747-400F”为平台,隶属于美国空军爱德华兹空军基地。该型飞机装载了功率强大的高能COIL化学激光器,用于摧毁空中飞行目标。

  (图片来自网络)

  中国海军军事专家李杰12日说,不论打卫星还是击落无人机,激光武器的原理都一样,即在瞬间集中能量打击对方。美俄等大国都在跟进激光武器等新概念武器,中国自然也不例外,且水平名列前茅。(综合)

  目前美军设想的作战任务包括:拦截地空导弹、空空导弹和来袭的固定翼机、直升机;击落高空和低空飞行的巡航导弹、无人机、飞艇等目标;跟踪敌方在轨运行的卫星,用激光照射使之暂时丧失功能。

  激光武器的由来

  神秘的激光武器

  美空军的机载激光项目历经10多年的发展,取得了一系列重大成就。特别是2010年1月10日的空中杀伤拦截试验取得的成功,使得机载激光武器的捕获、跟踪、交战演示性试验向实战化迈出了重要的一步,未来有可能担当起美军战术弹道导弹的末端防御任务。

  光子的能量是用E=hv来计算的,其中h为普朗克常量,v为频率。由此可知,频率越高,能量越高。激光频率范围3.846×10^(14)Hz到7.895×10^(14)Hz。和已知最强辐射源——伽玛射线相比,激光的能量并不大,但是由于激光只汇聚于一点,因此能量密度非常高,这是激光作为武器应用的一个根本前提。

  激光武器是指发射激光束直接攻击目标,用激光能量损伤目标使其丧失作战能力的武器。我们这里讨论的激光武器,一般指单发能量大于数万焦耳以上,直至数百万焦耳的武器,也称强激光武器。那些用于干扰近距光学系统和人员的激光致眩武器,如用于飞机对抗红外导弹的激光干扰系统,也常被称作激光致盲武器。

  舰载激光武器

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  激光武器有多种分类方式。按打击目标,可分为打击战术目标的战术激光武器、打击战略目标的战略激光武器,以及介于它们之间的战区激光武器。战术激光武器又分为激光致盲与干扰武器和激光防空武器;战略激光武器分为激光反卫星武器和激光反弹道导弹武器。按布基方式,则可分为地基激光武器、舰载激光武器、机载激光武器和天基激光武器等。按杀伤目标的激光光源或体制分,则有二氧化碳激光武器、化学激光武器、固体激光武器(含光纤)和自由电子激光武器等。

  “舰载区域防御激光武器”(LADS)系统,是美国雷神公司正在研制的一款具备近距离防御能力的低成本战术海基激光系统。LADS系统是在现有的“密集阵”近防系统的基础上改进而来,主要利用了原系统的基座和火控雷达等,原有的6管20毫米转膛速射炮被固体激光器取代。

  (图片来自网络)

  一般说来,激光武器系统由主激光器,光束定向器(包括捕获、跟踪、瞄准、照明与光束发射),自适应光学与信标系统,全系统的指挥、控制、通信与测试评估系统,武器平台和能源及支持系统等几部分构成。

  LADS系统主要用于美海军的“宙斯盾”导弹驱逐舰等大中型水面战舰的末端防御作战,可对抗多种从海空来袭的目标,包括空舰导弹、舰舰导弹、潜舰导弹、火箭弹、炮弹、无人机、直升机、浮动水雷和小型舰船等。

  按照不同的作战用途,激光武器可以分为战术激光武器和战略激光武器两种。其中战术激光武器通常是和常规武器一样,通过瞄准直射来杀伤敌方人员、装甲车辆、战术飞机、来袭导弹等目标。因为激光具有能量密度大,速度快的优势,所以,用激光武器攻击目标不需要复杂的火控系统,不需要计算提前量,只需要直接瞄准目标开火即可。而且激光能量密度大,激光汇聚后是通过烧穿敌方武器装备来破坏其效能,而激光对人体的伤害也是烧伤。

  如果将激光系统形象地比喻为一个武士,那么主激光器相当于武士的双手和拳头,提供破坏目标的能量,随时准备对目标“致命一击”。光束定向器是武士的眼睛,自适应光学系统则相当于给武士戴上一副特制的眼镜,提高打击目标的准确度。全系统的指挥、控制、通信与测试评估系统则类似武士的大脑,通过它实现对全武器系统的总体指挥和控制管理;武器平台更像是双脚,可以运用不同的方式,充分发挥激光武器作战灵活、机动性强的特点;能源及支持系统则是武士需要吃的食物,是其生存和作战的最基本保障。

  早在2007年雷神公司就宣布,试验中LADS系统利用1台20千瓦的IP光纤激光器,在1050米的距离上成功击落了一架无人靶机。

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  激光武器如何作战

  因此,舰载激光武器系统已经展示出良好的性能和优势,走向海上实用化路程已不会太长。

  (图片来自网络)

  激光武器被誉为新一代武器装备中的“撒手锏”。下面,我们以美国研发的机载激光武器(ABL)系统作战为例,介绍激光武器的一些作战流程。

  车载激光武器

  战略激光武器通常是大型陆基部署或者使用大型飞机改装的激光武器载机,主要用于摧毁数百至数千千米外的敌方战略目标,例如侦察卫星、来袭洲际导弹等。美国在1983年提出的“星球大战”计划中,就有把大型激光器部署在太空,用于摧毁敌方来袭导弹的设想。只是由于当时技术条件的限制未能实现。

  第一步,搜索目标。ABL利用6个红外线探测器对全空域进行扫描。当敌方发射弹道导弹时,天基预警系统或地基远程预警雷达发现目标,通过预警中心和通信卫星将作战指令和目标初步信息发送到ABL载机的指挥系统上。ABL载机指挥控制系统指挥红外探测系统进一步探测目标,实现对目标的捕获。

  美国陆军的“低空哨兵”战术激光武器,由诺·格公司研发,可装载于集装箱中,由军用战术卡车牵引,实现战场快速机动,有效拦截地面和低空来袭目标,战术机动性强。

  激光武器的优势

  第二步,锁定目标。捕获目标后,ABL载机发射一束激光对目标飞行速度和距离进行测算,实现对目标的粗跟踪,随后向目标发射照明光,利用返回的照明光实现对目标的精确跟踪,识别和锁定要打击的部位;发射信标光,返回的信标光带回通道的大气畸变信息,为自适应光学校正系统对攻击主光束进行必要调节做好准备。

  该系统采用DF化学激光器,功率更高,光束直径更大,能量密度分布均匀,污染小,整体性能相当出色,不仅能够防御近程战术弹道导弹,近、中、远程的炮弹、火箭弹,而且能拦截直升机、无人机、飞艇以及巡航导弹等攻击,为野战军、军事设施、居民地或工业区提供保护,防护区域可达8000平方米。

  光是目前人类已知传播速度最快的物质,光速大约为30万千米/秒,这样的速度在战场上基本可以实现“指哪打哪”,这样和传统武器不同,激光武器无论是激光枪还是激光炮,都不需要复杂的火控系统配合,不需要计算提前量,只要使用相关的观瞄系统瞄准目标,即可直接攻击,从而大大缩短系统反应时间,并且除去了复杂昂贵的火控系统,降低了整个武器系统的成本。

  第三步,启动主激光器出光并发射。激光照射到导弹壳体特定部位,使其壳体软化,直至爆炸解体。整个过程可以在跟踪探测视场内观察。最后向上级报告打击结果,进入再发射准备。

  以色列飞机工业公司也研发了一款类似于“低空哨兵”系统的固体战术激光武器系统。据称,这种车载战术激光器的性能全面优于“低空哨兵”,可破坏反坦克导弹的光电火控系统,并可以在导弹发射后对其追踪锁定并摧毁其导引头和战斗部。

  激光武器和传统化学火药发射的武器不同,它无烟无声无火光,可以杀人于无形之中,让人难以察觉。在战场上,使用激光武器可以有效减少自身暴露的概率,在大量杀伤敌人的同时,实现有效保存自己的目的。而且现役的激光武器五花八门,最小的仅有一支派克笔那么大,可以随身携带,用来防身或者打击敌人,非常灵活可靠。

  对于一般的用于近程防空的激光武器,其拦截作战过程如下:外部预警体系发现目标并给出目标轨迹,通过指挥中心将目标信息发送至激光系统,激光武器将跟踪发射系统调转到目标方位,捕获目标,发射照明光,实现对目标的精确稳定跟踪,发射高能激光,在目标给定部位沉积能量,直至目标损伤而坠毁。到达目标上的光斑分散不大,为简化系统,一般不考虑自适应光学校正。由于作战目标不同部位抗激光损伤的阈值差距很大,为充分发挥系统的效能,往往要选择相对易破坏的部位进行打击,需要预先开展激光打击不同目标的破坏机理和效应研究工作。

  激光武器的实战应用

  激光武器将改变作战规则

  人类早在1961年就发现激光,在1970年代就已经在军事上应用激光技术,主要是激光测距仪和激光制导炸弹。战术激光武器首次应用,是在1982年英阿马岛海战中,当时英国航母和驱逐舰、护卫舰上都装备有激光致盲武器,曾经多次致盲阿根廷飞行员,并导致阿军多架飞机失控坠毁。

  激光武器被公认为有巨大潜力的新型武器,也被公认具有“改变作战规则的能力”。其有以下一系列优点:

  战略激光武器主要有美军1990年代开发的ABL激光载机,ABL是“Airborne
Laser”(机载激光)的缩写。该机由著名的波音747-200型飞机改装,在机头装备了一门大型激光炮。该机于上世纪90年代研制,2001年首次测试,2009年在500公里距离上,成功摧毁一枚中程弹道导弹靶弹。是目前最接近成熟的机载战略激光武器。

  第一,快速,实时响应好。“光炮弹”以光速攻击目标(以30万公里每秒的速度向目标传输能量)发射几乎不需时间上的“提前量”,这避免了导弹和火炮类武器需要提前计算拦截点的要求。这对拦截机动目标、突然临空目标非常有利。

  激光武器的未来发展

  第二,灵活,机动性好。激光武器的“炮弹(发射光束)”静质量为零,无后坐力,易于调整再发射方向。对大部分目标,激光损伤目标的时间都在数秒内,使得激光武器可对一个目标实施多次拦截,或在短时间内拦截多个目标。

  激光武器最大的优势就在于其反应时间短,射速高,不受弹药量的限制,只要保持充能,就可以无限射击,因此具备很强的抗饱和打击能力。目前美国海军已经研制成功了LaWS舰载激光系统。该系统使用固态光纤激光器,有效射程10千米,可以有效拦截来袭反舰导弹甚至是炮弹等目标,而且整个系统不存杂过热问题,可以持续射击,具备抗“饱和打击”的能力,效率远胜于各国现役的小口径多管速射炮。

  第三,精确,不怕电磁干扰。激光方向性强,加上精确的定向器,可将光束能量精确地聚焦到目标上,甚至某一具体部位上。如拦截无人机,可以选择机头、机翼、控制舵等要害部位作为打击点;电磁干扰几乎不影响激光武器的作战能力。

  未来激光武器必将会想着能耗更低、体积更小的方向发展,例如上面的美军LaWS舰载激光系统功率仅33千瓦,且使用成本极低,每次开火成本仅59美分,这就意味着,激光武器具备大面积部署的能力。将来,在战场上也许会出现手持激光枪的战士,他们不再需要补充弹药,只需要随时补充电池,即可保持不间断作战的能力。而且不仅是单兵武器,将来,大型激光炮研制成功后,导弹防御也会变得相对简单——只要激光炮功率够大,就足以在数千千米外击落飞行中的弹道导弹,从而彻底让核武器失去效能。星球大战中双方手持激光枪对射的画面也许就会出现在不久以后的战场上。

  第四,杀伤可控,具有隐蔽性。激光武器“火力可调节”,可通过改变发射激光的强度,或控制到达目标的强度,来实现不同的杀伤效应(从传感器软杀伤到目标硬杀伤)。换句话说,激光武器可以对不同的目标,或目标的不同部位,有不同的打击距离。

  第五,弹仓大、单发花费低、效费比高。以海军对抗反舰导弹和无人机为例。以每次发射10万瓦功率固体激光、出光数秒计,系统直接消耗仅为几度电;如用导弹拦截,成本至少在数十万元以上。并且只要舰艇有电,就可持续作战,弹仓近乎无限大。

  第六,附带损伤小,作战决策门槛低。激光武器是精确打击武器,在拦截数公里至数十公里距离的目标时,主要能量集中在半径仅为数厘米的范围内,不会影响到附近其他相关物体。在某些场合,例如类似“低空卫士”应用的场景下,激光武器就远优于导弹和高炮等系统。

  第七,联合攻击可以扩大作战范围。这样就可以通过系统组合形成更大的作战能力,这是导弹和高炮等系统所不具备的。道理就跟用两个手电筒比用一个手电筒照得远一样。(来源:南宁晚报)

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