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高能激光武器究竟能否改变未来空战？

2016-1-12 16:24:17 4598

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据说激光的理论基础是爱因斯坦在1917年建立的，但要到1957年，人们才真正发现激光。激光具有方向性好、光束集中、单色性好、功率强大的特点，不需要多少想象力，就可以看到激光作为武器的潜力。还在1964年，007电影《金手指》里就有死光武器，这是早期人们对激光武器的一种想法。　　在里根时代，星球大战计划中也用空间激光作为反导反卫的主要武器　　作为武器，激光具有传统弹道式武器不可比拟的优点。不算大气折射的话，激光束是笔直的，没有弹道弯曲，这对空战特别重要。航炮炮弹的弹道不仅由于重力而自然下垂，飞机水平和垂直机动的速度和角速度也使炮弹向转弯方向“甩动”，与重力下垂弹道复合作用时，使得弹道计算尤其复杂，大气湿度密度、风向风速变化进一步增加了弹道计算的难度。激光束也没有弹丸飞行时间问题，光速为30万公里/秒，在典型作战距离内，激光束的传输时间可以忽略不计。这一切极大地简化了瞄准问题。激光武器是真正的“看到即命中”，瞄准问题的性质和难度与照相机光学稳像差不多，军事上对激光目标照射和光电目标识别所需要的稳定技术早已成熟。　　在里根时代，美苏军备竞赛达到高峰，两家的战略核武器都足够摧毁对方好几遍，只有互相确保摧毁迫使双返回到理性。打破互相确保摧毁将成为一击夺命的法宝，战略导弹防御将成为单方面核优势的可靠保障。尽管有各种阴谋论，美国确实认真推行过被称为“星球大战”的战略防御计划（简称SDI），其中空间激光武器（简称SBL）是重要一环。洲际导弹的飞行分上升段、中途段和再入段。再入段拦截的射程和反应时间要求最低，反导系统可以部署在目标周围守株待兔，技术难度较低，但诱发核爆炸和随后的核污染都要由目标国吸收，这是最后没有办法的办法。中途段拦截造成空间核爆炸，威慑作用要低很多，但对目标国的危害较小。最理想的拦截应该在上升段，核爆炸和核污染效应基本上都被发射国吸收，能够做到可靠的上升段拦截的话，自然达到最大限度地威慑。但由于地球曲率，只有在空间的反导弹武器平台才有可能及时拦截上升段的敌人洲际导弹。也只有激光武器才来得及。　　空间没有空气，SBL没有大气层内光束折射、吸收、抖动和热晕问题，但空间激光武器最大的问题在于足够的功率，在轨道上部署重量和体积巨大的星载激光武器的技术难度也太高，可靠、可控、高重复率、轻重量的百万瓦级大功率激光是一个世界性的难题。美国用波音747改装“机载激光武器系统”（简称ABL），其化学激光器号称能够在600公里距离上击落近程弹道导弹，但系统体积和重量可观，需要6个SUV一般大小的模块，每个模块重达3吨。加上辅助系统和操作员，也只有波音747那样的超大型运输机才能装载。ABL是达到升空实战试验阶段的，2007年后进行过多次试验，试验结果褒贬不一。ABL本来是要作为小布什时代“国家反导计划”中的重要组成部分，是打算投入实战使用的，尤其是反制伊朗、朝鲜等具有初级弹道导弹能力的国家，但在2011还是下马了。国防部长盖茨在国会作证时说道：“国防部里没有人认为这个系统可以达到作战水平。现实是，你需要比机上现有化学激光强大20-30倍的功率才能在足够远的距离上射击。就现在情况来说，我们需要进入伊朗境内才能射击上升段的伊朗导弹。而且你要达到实战部署的话，需要10-20架波音747，每架15亿美元，每年1亿运行费用。我不知道任何一个军人认为这是可行的。”这还是比SBL要求更低的“初级阶段”。　　小布什时代机载激光（ABL）上天，甚至进行了成功的反导试验，但最终还是达不到实战要求而下马了　　美国的激光武器发展受阻，苏联的情况也没有好多少。苏联早在60年代就部署了反弹道导弹，但只有有限的拦截效率，这不能说是死路，但是一条充满荆棘的技术路线。由于技术水平的限制，苏联没有把重点放在用激光直接拦截洲际导弹，而是从体系对抗角度入手，针对SDI体系中的卫星发展激光武器。苏联空间激光武器的核心是用“北极”火箭将送入近地空间的二氧化碳激光武器，目标包括SBL平台。虽然这与拦截美国的洲际导弹没有直接关联，但至少打破了美国的单方面核优势，恢复了互相确保摧毁。但1987年的发射试验失败了，80吨重的“斯基夫”星载激光武器系统随之报销。这也是苏联版的“星球大战”计划的终结。　　战略导弹防御级的激光武器至今依然离现实很远，但激光技术在发展，100-150千瓦级的武器级激光已经越过实用化的门槛，而且小型化潜力很大，带来新的可能性。ABL的化学激光使用危险的特种化学燃料；“斯基夫”的二氧化碳激光工作的时候，产生巨量气体，不仅暴露目标，还造成可观的后座，需要姿态控制火箭补偿，否则不能维持稳定的轨道运行。新一代激光则用电力驱动，没有那么多麻烦。不仅能源问题容易解决，可以使用机载、舰载、车载电源，还具有“无限”的载弹量，只要有足够的燃料，理论上可以“无限”持续射击。“再装填”时间取决于激光系统的恢复时间，但强大的外电源也降低射击间隙时间。功率较低对光学系统的要求降低，甚至可以考虑采用工业激光元件，大幅度降低成本。最重要的是，战术概念改变，大大降低了激光武器的门槛。　　现代战场上，无人机使用越来越普及，反无人机也越来越成为一个头痛的战术问题。常规的高炮和防空导弹自然还是有用的，但一是成本太高，尤其是针对可一次性使用的低成本无人机；二是新型无人机的特征太小，在远距离上，常规雷达都不一定有效，要是电动无人机的话连红外都难以发现，可能出现拦截窗口太小的问题，只给防空系统及其短促的瞄准和发射时间。这就是战术激光武器的用武之地了。　　德国莱茵金属已经推出实战级战术激光武器。　　英法MBDA也推出类似的战术激光武器　　美国通用原子正在研制第三代战术激光武器　　计划装用于“复仇者”一级的无人机上，并有装上F-18E一级战斗机的潜力　　按照德国莱茵金属公司的说法，战术激光每次射击的成本只有1美元，大威力精密子弹（如狙击步枪使用的）都不止这些。中等功率的战术激光还可以快速发射，这对拦截无人机十分有利。战术激光也可以用来拦截迫击炮弹和火箭弹。以色列的“铁幕”系统用导弹拦截哈马斯的火箭弹，但如果每发火箭弹都拦截的话，成本太高。哈马斯的火箭弹不仅制作粗劣、精度很低，发射时也受到以军反击的压力而匆匆瞄准，准头很差，常有大量火箭弹不能击中目标。“铁幕”系统自动忽略预计将落入无人地区的无害火箭弹，但对于瞄准良好或者有末端制导的火箭弹来说，就没法忽略了。以色列正在研制“铁光”系统，用战术激光代替“铁幕”的导弹。　　火箭弹的弹道较低，只要拦截足够早，弹片不至于掉入目标区。战术激光不需要彻底摧毁火箭弹，只需要对结构造成足够破坏，使得飞行中的弹体失衡，就可以造成解体和无害化。对于迫击炮弹也是一样。以色列拉菲尔、德国莱茵金属、英法MBDA已经推出可以实战的战术激光武器系统，美国通用原子航天系统则推出第三代高能激光武器系统，计划在2018年挂载到“复仇者”（也称“捕食者C”）无人机上。新系统具有50、75、150、300千瓦的功率，使用锂电池能源，充电时间3分钟，每次充电后可快速发射10次，只有1.3x0.4x0.5米尺寸，可以装入波音F-18E的3400磅吊舱内，C-130运输机或者轰炸机携载更是毫无问题。这使得激光武器的空战应用具有现实前景，空战的世界有可能从此步入激光时代。　　在现代空战中，空空导弹已经成为主要武器。航炮由于种种局限，早已退出空战舞台的中心。在可预见的将来，激光武器由于功率限制，依然很难用于直接击落敌机。即使现有最高能量水平的激光武器可以机载化，由于大功率激光束受到大气影响远远超过中等功率激光，大功率激光武器依然需要试探性发射一束激光，实时测定大气中的传输路径变形，计算校正参数，然后才能发射高能激光。要达到击毁所需要的累积能量水平，需要稳定照射在同一个点数秒钟甚至更长。这在敌我双方都机动翻飞的空战中很难可靠实现。但空战的其他特点使得激光武器具有特殊的用武之地。　　红外制导依然是近程空空导弹的主要制导方式，这也是目前最可靠的被动制导方式，在理论上可以做到“寂静杀伤”，在不惊动对方的情况下就将其击落。对于隐身战斗机来说，这样悄悄的杀伤有利于最大限度地发挥隐身的优势，在理论上可以像忍者武士一样在对手还处在茫然之中就一个一个干掉。对于反隐身飞机作战来说，红外制导也不受雷达隐身能力的影响，比雷达制导空空导弹更有威胁。但红外和可见光的频段太近，对红外敏感的远见对可见光也足够敏感，红外激光的作用更加直接。激光致盲是对红外制导空空导弹软杀伤的有效手段。　　红外制导有点红外和成像红外，点红外“看到”的是单一的光点，成像红外“看到”的是红外图像，抗干扰能力更强，还可以选择机体薄弱部分精确攻击。为了提高红外制导的灵敏度，红外探测系统有很高的增益，可以把微弱的红外特征放大到足够清晰的信号，但视场中出现强光，会造成一片眩光，淹没目标信号。为了抑制阳光和闪光弹的影响，增益可以自动抑制，避免眩光影响，但红外特征暗淡的目标就会暂时丢失。阳光来自固定的方向，可以根据飞机的指向和运动轨迹自动预测增益抑制的时机和强度；闪光弹的延续时间很短，可以设定定时的增益抑制，然后迅速恢复。对于其他强光干扰，也可以自动搜索调节，直到增益抑制到足够低，但这需要一定的时间，强光过后也需要时间来恢复对目标的捕捉。激光致盲利用快速、不规则的强力闪光和持续照射，迫使红外探测系统在不断调整增益中丢失目标，甚至在调整不及中造成光敏元件的永久性损坏，破坏制导。　　空军一号机尾的激光压制系统　　激光压制是轰炸机、运输机上反肩射防空导弹的基本技术，美国总统专机“空军一号”上也装有这样的装置。过去战斗机上因为体积和重量关系，也因为全向覆盖问题，鲜有采用激光压制的。随着战术激光的小型化、轻量化，这也将成为战斗机的重要配备。　　除了红外制导，空空导弹还大量采用半主动或者主动雷达制导。激光压制在这里没有太直接的用武之地，但依然可能干扰激光近炸引信的工作。无线电近炸引信在二战时代就开始使用，通过多普勒效应测定与目标的相对运动，在距离目标最近的地方引爆，造成最大杀伤。更加高级的还可以确定目标方向，形成定向的杀伤破片束，减少爆炸能量和杀伤破片在无害方向上的浪费。但无线电的频率相对较低，在相对速度特别高的时候，容易造成错失目标，激光近炸引信应运而生。与红外制导的问题一样，用快速、不规则的强力闪光可以迷盲激光近炸引信的接受部分，甚至直接造成物理损坏，破坏近炸计算。这对红外制导空空导弹也是一样的。但反导弹要到激光近炸引信的工作范围了，毕竟还是太近了，对于雷达制导空空导弹，还需要在更远的距离上就破坏来袭导弹。　　用战术激光的能力直接毁伤雷达（或者红外）制导元器件，这当然是直接的硬杀伤方法。但空战激光反导的用武之地还不止这个。空战是一个动态的互动。除了电子对抗，受到攻击的战斗机极力用速度和机动性甩脱追击的导弹，导弹则极力用更加强大的速度和机动性不让战斗机逃脱。现代空空导弹的能量优势显著，战斗机单靠机动已经不大可能甩掉导弹了。但高机动过载对导弹的气动控制和弹体是很高的要求。为了降低重量和成本，导弹在设计上没有很多余量，这和飞机的破损安全要求完全不一样。换句话说，对于高机动追踪中的导弹，激光武器哪怕制造不大的弹体结构破坏，就可能使得过载超过剩余结构强度而造成解体；或者在气动舵面或者燃气舵面制造足够的破坏，导致气动上失去平衡而造成失控。因此，彻底击毁导弹并不必要。这一点与弹道导弹或者反舰导弹的拦截很不一样。弹道导弹的目标是固定的，不彻底击毁目标，破损的弹体（加上剩余火箭燃料）和完好的战斗部依然可能对目标造成足够的损坏。军舰虽然是移动的，但相对于反舰导弹的速度来说速度太低，和固定不动的目标也差不多了，有同样的问题。但机动的飞机不一样，空空导弹对战斗机的速度优势不超过2～3：1，机动性优势不超过3～4：1，这还是忽略了战斗机可以保持能量而导弹的能量在短暂的动力段后就是一路下降这一事实。　　武器只提供胜利的一半，另一半来自战术。如果战术和时机得当，在来袭导弹还有一段距离时，适当稳定战斗机，提高激光武器的命中精度和稳定照射时间（也就是说，更大的累积照射能量），然后用突然、猛烈的大幅度机动动作迫使来袭导弹跟上，使有限的损坏达到最大效果，这样可以促使来袭导弹解体或者失控。如果来袭导弹在几百米距离上解体或者失控，对机动中的战斗机就几乎没有任何损害。在这样的距离上，运输机和轰炸机也有足够的机动能力躲避损害。这不仅对雷达制导（包括半主动和主动雷达制导）空空导弹有效，对红外制导空空导弹也一样有效。这是在可预见的将来最现实的对空空导弹硬杀伤的手段。　　对机载激光武器有利的地方还在于特殊的作战环境。机载激光反导弹武器在使用中是守株待兔，等待来袭导弹的追踪，对于射程要求不高，10公里以下就足够了。大气中的传输能量损耗可以降低到最小，各种传输途径变形也降低到最小，大大简化了激光武器的使用问题。随着激光技术的进步，更大功率的机载激光可能成为现实，进一步增加激光武器在空战中的威力。　　机载激光自卫反导系统一旦大量装备，将极大改变空战的面貌。空空导弹还谈不上一击必杀，但已经具有相当高的命中率。机载激光自卫反导系统极大地提高了一击必杀的门槛，并且重新提高机动性作为反导的辅助手段的重要性。一般认为，下一代战斗机的基本特征是隐身，甚至可以为了隐身而适当牺牲战斗机的其他性能，如速度、机动性。隐身战斗机可以在对方没有警觉中就完成发现、接敌、攻击、退出的循环，但武器发射破坏隐身，如果不能做到一击必杀，甚至反复攻击都不能确保奏效，隐身战斗机就可能暴露自身，而陷入必须拼基本性能的不利局面。　　隐身战斗机的另一个问题是在隐身所要求的全机内挂载状态下机载武器数量有限。F-22除了六枚主动雷达制导的AIM-120外，还有两枚专门用于近战格斗的红外制导近程空空导弹。F-35在可预见的将来没有在机内挂载红外制导空空导弹的能力，全机内挂载的话只有依靠四枚AIM-120。如果不能做到先敌发射、一击必杀，F-35的处境会非常困难。洛克希德正在研究在机内挂架上增加AIM-120挂载数量的问题，据说有望增加到6枚，这大大缓解了机载武器数量的问题，至少可以一击不成的时候，再发动二击、三击了。　　F-22之所以成为美国空军的主力制空战斗机，是因为其隐身是与超巡、超机动性能互补的；F-35作为以对地攻击为主的战斗轰炸机，在空战中主要依靠隐身和视距外攻击能力，一旦一击不杀，很容易陷入视距内格斗。F-35的格斗能力一直是有争议的，2015年1月14日的模拟空战演习验证了质疑者的观点，干净外形的F-35在格斗空战中不敌挂载两个副油箱的F-16D。另一方面，由于F-22数量严重不足，F-35将被迫作为美国空军的制空作战的重要部分。F-35当然也能受益于机载激光自卫反导系统，到了必须倚重这一步的时候，F-35就扬短避长了。但换一个角度，激光武器和其他硬杀伤型反导弹能力对防空导弹也同样有效。隐蔽待机、突然发难的防空导弹是最难对付的，但一旦发射，阵位就暴露了，接下来的事情就简单多了。　　激光武器和其他硬杀伤型反导弹能力对美国空军是前所未有的机会和挑战，也给非隐身或者半隐身战斗机带来新的生命力，有望均衡发射导弹一方的单边优势，这会成为空战的转折点。 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2016-1-12 16:24:17　　评论淘帖0 举报相关推荐 • 印度高能激光武器现状如何？ 1757 • 激光武器 4712 • 高能激光武器关键技术分析 1745 • 高能激光武器的基本原理及其技术的发展解析 21 • 老美推团灭无人机的高功率微波武器和高能激光武器 4540 • 军事强国的激光武器发展状况 1 • 激光武器系统技术介绍 2127 • 法国激光武器发展情况 1278 • 激光武器的四大优点 6347 • 激光武器为何成为大国的必争地？ 998 1 个讨论