光速打擊

◆盡管美國和俄羅斯都在積極研究粒子束武器，但相關技術H前尚處于實驗室的可行性驗證階段，估計2020年后才有可能實戰(zhàn)部署；而各國重點發(fā)展的另一種定向能武器一一高能激光炮，則日趨成熟并接近實戰(zhàn)。

20世紀，武器的發(fā)展已經了進入原子和分子世界，核武器應用了原子理論。在1945年美國研制出了原子彈，1983年，美國氫彈之父泰勒提出研制基于前沿物理技術的新一代武器系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括尋熱武器、天基粒子束一激光武器和反導系統(tǒng)。其中尋熱武器能夠偵察出洲際導彈的發(fā)熱推進劑和回收蘇聯的宇宙空間站，反導系統(tǒng)現在已不陌生；而粒子束一激光武器目前正處于從軟殺傷到硬摧毀的關鍵發(fā)展階段。

微觀世界的能量

被稱為粒子的物質是指電子、質子、中子和其它帶正、負電的離子，粒子只有被加速到光速才能作為武器使用，這些粒子束發(fā)射到空間，可溶化或破壞目標，而且粒子束命中目標后還會發(fā)生二次磁場作用，對目標進行二次破壞。由于大氣層內的帶電粒子束流為電子束流，而不是中性束流，在大氣中它雖有衰減，但仍可以傳導且宜于使用。在大氣層外的真空狀態(tài)，由于帶電粒子之間因斥力作用會在短時間內散發(fā)殆盡，所以中性粒子(中子)束更適合在外層空間使用。

粒子束武器即發(fā)射高能定向接近光速的亞原子束(帶電粒子束個中性粒子束)，用來擊毀衛(wèi)星和來襲洲際彈道導彈。即使不直接破壞核彈頭，粒子束產生的強大電磁場脈沖熱也會把導彈的電子設備燒毀，或利用目標周圍發(fā)生的射線使目標電子設備失效。帶電粒子束武器(CPBW)在大氣層內使用。中性粒子束武器(NPBW)在大氣層外使用，主要用于攔截助推段和中斷飛行的洲際彈道導彈。

粒子束武器一般由粒子加速器、高能脈沖電源、目標識別與跟蹤系統(tǒng)、粒子束精確瞄準定位系統(tǒng)和智慧控制系統(tǒng)組成，加速器是粒子束武器的核心。用來產生高能粒子。并聚集成密集的束流，加速到它能夠破壞目標。目標識別與跟蹤系統(tǒng)主要由搜索跟蹤雷達、紅外探測裝置及微波攝像機組成。探測系統(tǒng)發(fā)現目標后，目標信號經數據處理裝置和超高速計算機處理后進入指揮控制系統(tǒng)，根據指令，定位系統(tǒng)跟蹤并瞄準目標，同時修正地球磁場影響，使粒子束瞄準目標將要被擊毀的精確部位，這是啟動加速器，將粒子束發(fā)射出去。

對于大氣層內使用的帶電粒子束武器，使用線性鐵氧體磁場感應加速器來產生高速電子束，絕對速度每秒30萬公里。俄美研制的地基粒子加速器均為質子加速器，其基本原理是；首先把電子束發(fā)生器產生的電子加速，然后再高頻振動裝置上振動，再在粒子發(fā)生裝置上把進來的質子用電子包圍起來，使其進入粒子加速，質子因接受能量而加速，在接近出口時把電子去掉，利用磁場使之變成尖銳的高能定向束流，隨后把質子束向空間發(fā)射出去。

而對于太空中使用的中性粒子束武器，則利用對原子進行加速的方法，制造出中性粒子，然后聚集成尖銳的高能定向束流，以接近光束發(fā)射出去，擊毀目標或使其失效。美國研究產生中性粒子的方案是：將負離子在加速器中加速并聚集，在加速器的出口處去掉多余電子，變成中性氫原子束發(fā)射出去，并且要求這一過程確保氫原子束的質量和能量，中性粒子束武器要進入作戰(zhàn)使用，必須一定數量的衛(wèi)星提供早期預警和探測，預警衛(wèi)星將探測目標的數據送往地面站，需要特定衛(wèi)星網和慣性導航系統(tǒng)來實時測定衛(wèi)星和目標的位置，以及在衛(wèi)星的任何方向上都能瞄準目標的姿態(tài)控制系統(tǒng)。

粒子束武器的破壞機理是動能殺傷和r、x射線破壞。粒子束不受云、霧、煙等自然環(huán)境和目標反射的影響，也不會因目標被遮蔽或受到干擾而失效，其全天候和抗干擾性能較好。粒子束直接穿入目標深處，不需要維持一定時間，有利于攻擊多目標，如果粒子束沒有直接命中目標，則會在目標周圍產生r、x射線造成二次破壞。帶電粒子束對目標的穿透能力極強，能量集中，脈沖發(fā)射率高，能快速改變發(fā)射方向。中性粒子束還可對目標周圍產生的中子、r與x射線進行遙測，實現對目標的識別。

應該說，粒子束武器的研制難度比激光大，但作為天基武器比激光更有前途。其主要優(yōu)點是不用光學器件(如反射鏡)；產生粒子束的加速器非常堅固，而且加速器和磁鐵不受輻射強度的影響；另外粒子束在單位立體角內向目標傳輸的能量比激光打，而且能貫穿目標深處，但其也存在不易克服的缺點；一是帶電粒子在大氣層中傳輸時，由于帶電粒子與空氣分子的不斷碰撞，能量衰減非常快，而中性粒子不能在大氣中傳播；二是帶電粒子在大氣中傳輸時散焦，因此在空氣中使用的粒子束只能打擊近距離目標，而中性粒子束在外層空間傳輸時也有擴散。三是受地球磁場的影響會使光束彎曲，從而偏離原來的方向。

美俄粒子炮，難以到達的高邊疆

20世紀70年代以來，美國預警衛(wèi)星多次發(fā)現大氣層上有大量帶有氚的氣體氫，認為可能是蘇聯發(fā)射帶電粒子束造成的；美國預警衛(wèi)星還曾探測到，在蘇聯哈薩克斯坦的沙漠地帶曾進行過帶電粒子束的核聚變脈沖電磁流體發(fā)動機試驗。有資料表明，從上世紀70年代中期開始，蘇聯在電離層和大氣層外的“宇宙”系列衛(wèi)星、載人飛船和“禮炮”號空間站上，進行了8次帶電粒子束傳導方法試驗；另外還在列寧格勒進行過粒子束武器的地面試驗，試驗裝置有：線性電磁感應加速器，r射線儀、x射線儀，磁力存儲器和多頻道超高壓開關等。蘇聯軍方已經進行過帶電粒子束對洲際彈道導彈、宇宙飛船以及固體燃料目標照射的試驗。1978年，蘇聯還在東德制造出使用1000GeV質子加速技術的50萬伏、80焦耳、16層7列的粒子束產生裝置。

美國海軍在上世紀70年代制定開發(fā)粒子束武器的“蹺板”計劃，研究用帶電粒子束攔截核彈頭。美國國防部在1981年也設立定向能技術局開發(fā)粒子束武器和激光武器，同年啟動實施預算額為3.15億美元的5年開發(fā)計劃。由于里根政府提出的“星球大戰(zhàn)”反導計劃將天基定向能粒子束武器作為主要的反導手段，美國軍方的相關研究也在80年代進入高潮，其天基發(fā)射系統(tǒng)的技術規(guī)格為：氫原子束的能量為200MeV，全系統(tǒng)重60噸。粒子炮的控制技術也極為復雜，美國空軍的研究機構稱，傳統(tǒng)的可控硅開關和火花放電開關研究已經完成，下一步要開展磁性開關研究，這種開關基于飽和的電磁感應原理，具有很高的重復使用率。

冷戰(zhàn)結束后，美國國防部確定粒子束武器的潛在用途是攔截導彈，攻擊衛(wèi)星以及在防區(qū)外掃雷等。由于加速器太笨重，無法投入戰(zhàn)場使用，因此研究重點是開發(fā)適用于戰(zhàn)場的地基和天基小型加速器，現在提出的方案是用線性電磁感應加速器產生粒子束，通過同一加速器，連續(xù)再循環(huán)脈動的粒子束，以便讓粒子束在現有的小型加速器中環(huán)流。把能量逐漸加到每次通過的粒子上。不過由于技術挑戰(zhàn)太大，美國陸軍彈道研究試驗室稱，尚需進一步證實這種小型環(huán)流加速器的功效。另外美國還研制過一種實驗低功率加速器，尺寸不大于一個辦公桌，這是部署在外層空間可以接受的尺寸。

目前阻礙粒子束武器投入實用的最關鍵問題就是加速器的小型化和超大功率電源，尤其是被認為粒子束武器最有前景的太空反導戰(zhàn)場，天基平臺的小型化更是難上加難。如上世紀80年代蘇聯在哈薩克斯坦薩雷沙甘建造的粒子束加速器占地約4個足球場大小，美國的粒子加速器也有一幢樓那么大，根本無法部署。而粒子束作為武器使用必須要有強大的脈沖電源。要使粒子束在導彈殼體上燒個小孔，粒子束到達目標的脈沖功率須達到1013瓦，能量為107焦。假設粒子加速器的效率為30％(已經很高了)，即使不考慮粒子束在傳輸中的能量損失，加速器脈沖電源功率也至少要達到3×1013瓦，而目前在研的最先進脈沖電源功率也只有107瓦。

正因為存在上述一系列技術難題，盡管美國和俄羅斯都在積極研究粒子束武器，但相關技術目前尚處于實驗室的可行性驗證階段，估計2020年以后才有可能進入實戰(zhàn)部署。而各國重點發(fā)展的另一種定向能武器一一高能激光炮，則日趨成熟并接近實戰(zhàn)。

高能激光炮：更現實的選擇

由于地球軌道上的衛(wèi)星運行參數可以測量，衛(wèi)星相對于地面運動的角速度不算太快，因此對激光炮的瞄準系統(tǒng)要求精度不算太苛刻，如地球低軌道衛(wèi)星公轉一周暴露給地面站的時間約100秒，這使反衛(wèi)星激光器能從容地進行光束射擊。加之衛(wèi)星的光電系統(tǒng)結構相對脆弱，容易被高能光束殺傷。高能激光器反衛(wèi)星所需的輻照度為10瓦／平方厘米，目標能量密度驟間上升到幾百焦／平方厘米，激光炮摧毀衛(wèi)星的平均功率需求在百萬瓦以上。

經過美國和蘇聯／餓羅斯等國的多年研究，當前反衛(wèi)星激光器中較成熟的是地基中紅外激光器和天基紅外化學激光器。前者一般由中紅外激光器、主照射鏡、光束控制／跟蹤和瞄準系統(tǒng)組成，作用距離為500～1000公里；后者由兆瓦級的紅外化學高能激光器、多鏡組合的軌道反射鏡、光束控制／跟蹤與瞄準系統(tǒng)組成。

地基反衛(wèi)星激光炮的作戰(zhàn)過程為：空間目標監(jiān)視系統(tǒng)探測到目標衛(wèi)星后，將其飛行數據傳遞給空間防御作戰(zhàn)指揮中心，通過目標分配與坐標變換，引導陸基精密跟蹤和瞄準系統(tǒng)捕獲并鎖定目標，然后操作反射望遠鏡對準目標衛(wèi)星，當目標衛(wèi)星處于適當位置時，指揮中心發(fā)出攻擊命令，啟動激光炮發(fā)射接近光速、聚集的極細激光束能，經光束發(fā)射控制系統(tǒng)射向目標衛(wèi)星。天基激光武器則借助衛(wèi)星上的軌道反射鏡對衛(wèi)星實施攻擊。

“星球大戰(zhàn)”骨干

地基激光反衛(wèi)星武器是美國“星球大戰(zhàn)”計劃中反衛(wèi)星選用的主要手段。但時間過去20年，直到現在這種武器仍然處于試驗研制階段，當小布什政府提出新的反導計劃選擇導彈而不是激光時，這種倒退顯然表明現階段激光武器面臨的技術難題仍然無法得到有效解決。當前相關研制面臨的最大問題是，氧化碘化學激光器必須改進熱腔和液體循環(huán)技術，以滿足在經過稠密大氣層嚴重衰減后，激光長時間照射所需要的能量強度和穩(wěn)定性。

天基激光反衛(wèi)星武器(sBL)的研制始于“星球大戰(zhàn)”計劃期間，當時的研究包括“阿爾法”、LAMP(大型先進光學鏡)和ATP(截獲、跟蹤和瞄準系統(tǒng))三個計劃?！鞍柗ā毙枰兄普淄呒壍姆瘹?HF)化學高能激光器，波長2.7微米，發(fā)射功率10兆瓦，LAMP則研制直徑為4米的多鏡組合反射式望遠鏡。老布什政府停止“星球大戰(zhàn)”計劃后，天基激光反衛(wèi)星武器的研制一度中斷。上世紀90年代中期，在美國國防部彈道導彈防御局的支持下，天基激光武器項目又恢復投資。

現在美國提出的天基激光反衛(wèi)星武器方案是：在1300公里高度、傾角40度的不同軌道上首先部署12個激光星座，覆蓋中東、北非、東北亞戰(zhàn)區(qū)和美國本土；第二步部署24個激光星座，連續(xù)覆蓋地球表面。每個激光星座由發(fā)射衛(wèi)星、發(fā)射功率30兆瓦的激光器和直徑為10～15米的軌道反射鏡組成。能夠在10秒內摧毀以其為中心、半徑為4000～5000公里范圍內的衛(wèi)星。每個激光器總發(fā)射時間為200～500秒，攻擊衛(wèi)星只需直徑2.8米的主反射鏡和激光器發(fā)射0.2兆瓦的功率。激光發(fā)射器采用兆瓦級的氟化氫化學高能激光器，但已在研究全氣態(tài)碘激光器，作為第二代系統(tǒng)使用。

不過，雖然美國相關機構在國防部的直接推動下正加緊研制天基激光炮，但這種武器距離實用仍然遙遙無期，即使技術困難能夠克服，高昂的成本也讓整套系統(tǒng)的效費比面臨極大疑問。

天基激光炮星座畢竟不是GPS導航衛(wèi)星，其重量約為35噸，每公斤的發(fā)射費用高達88000美元，單個星座的發(fā)射費用就相當于哈伯太空望遠鏡的3倍多，全套系統(tǒng)太空組網的研制與發(fā)射成本預計超過1000億美元。在航天飛機即將退役的情況下，美國要想繼續(xù)該項目就必須研制新的大推力運載火箭，把發(fā)射成本至少降低至44000美元/公斤。

另外，目前天基軌道反射鏡的直徑為4米，遠遠達不到10米的要求，需要發(fā)展涂鋁的聚酯薄膜輕質反射鏡。為了提高光束質量，發(fā)展雙面鏡激光中繼技術可以解決發(fā)射望遠鏡的光學口徑不足，即在一顆衛(wèi)星上安裝雙鏡面雙焦點的激光反射鏡，其機械追蹤能力可以滿足接收來自地基(天基)的激光束，通過操縱鏡面重新調焦，并引導到目標衛(wèi)星上。

最接近實戰(zhàn)的蘇聯激光炮

蘇聯的激光反衛(wèi)星武器研制比美國更早，從上世紀50年代開始蘇聯就陸續(xù)制定了地基和天基激光反衛(wèi)星計劃，其中地基反衛(wèi)星激光器進展較大。在幾十年的發(fā)展過程中，蘇聯先后研制了放電激光器、化學激光器、x射線激光器、自由電子激光器，準分子激光器和氬離子激光器等。70年代前，蘇聯發(fā)展激光反衛(wèi)星武器的總開支達100多億美元，是美國同期的9倍多；即使80年代美國增加了開發(fā)經費后，蘇聯在相關領域的投入仍超過對手3～4倍。在80年代里根總統(tǒng)的國防技術顧問提交給總統(tǒng)的對比報告中，美國承認蘇聯的激光技術超過自己。

與高額的投入相匹配，蘇聯在冷戰(zhàn)時代于激光武器上所取得的成果也遠超美國。蘇聯在上世紀80年代率先研制出了天基激光武器原理樣機，并在“聯盟”號載人飛船上試驗了HF反衛(wèi)星激光武器。從80年代到90年代初國家解體前，蘇聯共進行了18次反衛(wèi)星激光武器試驗，其中11次獲得成功，有些試驗的照射目標直接指向美國衛(wèi)星，極具實戰(zhàn)性。蘇聯還曾計劃研制射程40000公里的激光炮，用于襲擊在同步衛(wèi)星軌道上運行的美國預警衛(wèi)星。

蘇聯為對付美國的太空防御體系，曾設計打擊敵方天基激光武器的太空戰(zhàn)手段：一是在美國天基激光反射鏡軌道上設置反向運動衛(wèi)星，向反射鏡投放大量鋼球，由于相對速度可達16公里／秒，既使1克重的鋼球也可穿透1.2厘米厚鋁板，如果拋撒細小塵埃，則能使美國反射鏡凹凸不平，無法聚焦，二是在美國地基激光束上方的大氣層，投放由大片吸光材料形成的人造云。

然而，即使蘇聯科學家和工程師得到的國家支持如此強有力，但一些技術原理上的問題仍然沒有得到完善解決。如最為接近實戰(zhàn)的蘇聯地基反衛(wèi)星激光器的發(fā)射功率仍不足以造成衛(wèi)星上紅外傳感器的永久性破壞。進入上世紀90年代后，由于俄羅斯由于經濟困難，綜合國力大為減弱，激光反衛(wèi)星武器研制受到資金制約，研制進程趨于中斷。

太空激光炮瞄準2025年

《美國空軍2025》戰(zhàn)略規(guī)劃宣稱，2025年世界地緣政治格局將發(fā)生重大變化，傳統(tǒng)戰(zhàn)爭等級之間的界限變得模糊不清，后工業(yè)社會之間的主要戰(zhàn)爭，甚至可能不在地球表面發(fā)生——“空軍允許放棄一些過時的裝備，大力發(fā)展諸如天基激光武器一類的先進武器系統(tǒng)”。

《美國空軍2025》認為，美軍太空作戰(zhàn)中最核心的系統(tǒng)是壘球面打擊系統(tǒng)，它由天基動能武器、天基激光武器和跨大氣層飛行器組成。該規(guī)劃建議，應發(fā)展天基激光武器及太陽能激光太空武器，它們都是倍兆瓦功率級的化學星座式激光器群，具備多種工作方式。用低能量激光做主動照射或成像，或在激光不工作時被動成像以提供光學預警。

2006年10月6日，白宮公布新的《美國國家太空政策》之后，俄羅斯亦不甘示弱，今年初，俄羅斯太空部隊司令弗拉基米爾·波波夫金向媒體公布了俄羅斯太空軍事復興計劃——俄羅斯“10年聯邦太空計劃”，共軌式反衛(wèi)星攔截器、激光反衛(wèi)星武器以及粒子束反衛(wèi)星武器是其中重點。

經過40多年的努力，美國和俄羅斯在激光反衛(wèi)星武器技術領域已取得眾多實驗級成果，其地基激光反衛(wèi)星武器日趨成熟，并接近實戰(zhàn)水平。進入21世紀后，美俄正在積極發(fā)展第一代的高能化學激光器，同時在為下一代的固體激光器等做技術儲備。