雷神之怒—空天激光武器一路走來

吳 勤

雷神之怒—空天激光武器一路走來

吳 勤

激光武器是指發射激光束直接攻擊目標，用激光能量損傷目標使其喪失作戰能力的武器，被譽為新一代武器裝備中的“撒手锏”。激光武器有多種分類方式：根據打擊目標的不同，可分為打擊戰術目標的戰術激光武器、打擊戰略目標的戰略激光武器，以及介于它們之間的戰區激光武器；按布基方式則可分為地基激光武器、艦載激光武器、機載激光武器和天基激光武器等。

美國在激光武器研發領域處于世界領先水平，從事高能激光武器技術研究已有40多年的歷史，具有最先進的科學研究設施，能進行激光武器研發方面的所有科學研究和試驗設計工作，取得了豐富的研究成果。截至目前，已初步研制出以陸、海、空基裝備為平臺的多種類型激光武器。

機載激光器步履蹣跚

機載激光器（ABL）項目是由美國空軍提出的激光武器系統研制項目，先后由美國空軍和導彈防御局進行管理，預定目標是利用高能激光器對導彈外殼加熱，從而摧毀助推段的彈道導彈。ABL項目2010年后轉為研究發展類項目，2012財年該項目預算被取消，ABL項目基本結束。

ABL系統由4部分組成：14個氧碘化學激光器，總功率200萬～300萬瓦，殺傷距離在300千米以上；高速目標捕獲系統，利用多個紅外探測器探測數百千米以外導彈發動機噴出的火焰；高精度光束控制系統，用以控制激光束瞄準目標；自動化戰場管理系統，用于作戰指揮控制。

ABL的核心部件包括氧碘化學激光器和自適應光學裝置。化學激光器的工作原理是：將適量的化學物質放在一個混合容器內，產生受激氧；當受激氧處于高能級電子數量超過低能級電子數量時，在外來光子誘發下，便以光子形態放出能量；經光學諧振腔的作用而形成激光束。另一項關鍵設備是自適應光學裝置：在ABL上有一個指向目標區的小激光器，通過對其后向散射激光進行光學分析，可以計算出ABL和目標之間的大氣擾動，隨后根據計算結果控制安裝在聚焦鏡上的微機電裝置，使之改變聚焦狀況以實現自適應，消除大氣擾動引起的光束畸變。

設想中的天基激光武器

停放在飛機墳場里用于ABL空基作戰激光器實驗的波音747-400F貨機

由于技術問題、政治原因及經濟因素的影響，ABL發展坎坷，從結果看，未能達到最初計劃的目標，但在其發展過程中取得了一系列技術進步和工程研制的經驗教訓，對于未來激光武器系統和技術發展，以及實戰化等均具有重要參考價值。其發展主要包括以下三個階段。

一是前期項目準備和技術論證階段。20世紀60年代中期，美國空軍武器實驗室開始著手研究激光在空戰中應用的可能性。1968～1972年，開展了核心器件和技術能力的研究。1973年，機載激光實驗室（ALL）計劃開始，采用雙模塊CO2主激光，總功率1兆瓦，機載平臺為C-135飛機。ALL計劃完成了兩項重要的技術演示，實現了機載輕質子系統的研制和集成，對實彈目標進行了千米級致命性殺傷演示。

二是方案確定與風險降低階段。1994年，美國空軍和兩家公司簽訂了一項兩階段概念驗證計劃的第一階段合同，內容是針對機載平臺論證捕獲、跟蹤和殺傷助推段彈道導彈所需的技術。2002年前，整個ABL項目基本按照計劃進行，設計并制造了發射塔及其窗口、1.5米可150°旋轉的大型望遠鏡旋轉機構、滿足飛行重量要求的FLM-1激光模塊，改造飛機并進行了風洞實驗等。2002年后，ABL項目不斷調整，實際進度遠遠落后于原計劃的要求。由于一些關鍵技術的工程化效果不理想，提出了重視技術知識點積累的雙年度發展規劃。2004年后，美國導彈防御局對ABL項目進行了重大調整，包括：推遲采購第二架飛機和研制地面試驗臺；不再要求樣機2004～2005年具有應急能力；把計劃的重點集中在近期的工作，實現6模塊激光器輸出“第一光”和飛行試驗兩個里程碑；在進入下一個研發階段之前，先演示ABL的每一項關鍵技術。2007年，ABL的發展取得了重要進展，美國導彈防御局7月完成了ABL的空中模擬攻擊試驗，通過跟蹤、瞄準和模擬攻擊空中目標，對ABL的戰場管理系統以及波束控制/火控系統的性能進行了演示驗證。試驗時，跟蹤照射激光器（TILL）和代替高能激光器的低能激光器均安裝在ABL飛機的機頭轉塔中，TILL對一架改裝過的NC-135運輸機實施照射。

三是調整為研究與發展類項目并最終取消。2010年后，ABL項目轉為研究與發展類項目，名為“機載激光試驗平臺”（ALTB）。2010年1月10日，ABL飛機在加利福尼亞海軍空戰中心武器分部對安裝有遠程目標裝置的靶標進行了捕獲、跟蹤、交戰演示試驗。試驗表明，ABL系統已可以成功捕獲、跟蹤并擊中高速目標；2月3日，ABL飛機首次成功擊毀了一枚固體燃料火箭；2月11日，ABL飛機從愛德華茲空軍基地起飛，在幾秒鐘內便捕獲了一枚從海上機動平臺發射的液體燃料近程彈道導彈，隨后發射高能激光將其擊毀，整個交戰過程不到2分鐘。在同一小時內，ABL飛機還跟蹤并射擊了另一枚從圣尼古拉斯島發射的固體燃料火箭，但ABL在目標被摧毀前自行關閉（據報道是由于系統出現異常）。2012年2月，ALTB在進行了最后一次飛行后移交給戴維斯蒙森空軍基地，ALTB的一些核心裝置和設備被拆除，圖紙和大量的試驗數據由專門人員負責，飛機主體被長期封存。ALTB被封存后，相應預算也被取消，至此美國的ABL項目結束。

空基激光器繼續推進

近年來，美國雖然停止了ABL項目，但仍然繼續發展多種空間激光武器關鍵技術，如激光器技術、光束控制技術等。

美國國防高級研究計劃局（DARPA）開展的“航空自適應光束控制”計劃，旨在改善戰術飛機高能激光器的性能，以應對敵機或導彈對機尾的威脅。2013年，DARPA授予洛克希德·馬丁公司一份合同，用于設計典型光路、等比例炮塔、流動控制致動系統，并進行風洞試驗，將一個原型激光防御武器安裝到試驗飛機上。

DARPA在2014財年開展了“持久”項目研發，旨在研發可在飛機上安裝的激光吊艙。該激光器光束可控，用于摧毀光電制導和紅外制導的防空導彈，也可進行高精度的目標跟蹤和識別，以保護機載平臺。該項目是美國DARPA“神劍”項目的一部分，用于研發相干光相控陣列技術，這項技術使激光武器的功率可調，同時還將結合低功率的電子激光器，如二極管激光器和光纖激光器。與現有高能化學激光系統相比，激光亮度高10倍，光束更加緊湊，可安裝在飛機上作為關鍵的防御系統。

美國空軍正在為下一代戰斗機開發激光武器。美國空軍研究實驗室稱，該激光武器將于2030年以后在有高度挑戰性的“反介入/區域拒止”環境中提供空中優勢。美國空軍主要關注以下三類激光武器：低功率激光器，可用于照射、跟蹤、瞄準和拒止/挫敗敵人的傳感器；中等功率激光防御武器系統，可對付來襲導彈；高能激光器，可向其他飛機或地面目標實施進攻作戰。

天基激光武器一路走來

在美國陸海空各自努力把激光炮作為重點研究項目時，美軍還計劃把激光炮搬到太空軌道或衛星上去，此舉將打破太空無武器的限制。天基激光武器是把激光器與跟蹤、瞄準系統裝到空間平臺上而構成的一種定向能武器，在實際作戰中可以摧毀對方的偵察衛星、預警衛星、通信衛星、氣象衛星，甚至能將對方的洲際彈道導彈摧毀在助推的上升階段。天基激光武器主要用于在全球范圍內摧毀飛出大氣層的助推段彈道導彈，也可用于攻擊地面目標。如果用以攻擊地球目標，則天基激光武器具有覆蓋地面范圍大的優點。

正在進行實驗的ABL空基作戰激光器

天基激光武器由激光武器（激光器、光學系統、捕獲跟蹤與指向系統）和平臺系統組成。激光器采用氟化氫激光器，工作波長2.7微米，發射功率估計為8兆瓦。光學系統的主反射鏡直徑8米，鏡表面有超反射涂層，不需要主動冷卻，即能保證激光器在巨大熱負荷下正常工作。捕獲跟蹤與指向系統由監視裝置和穩定平臺組成，能在激光器機械泵產生強烈振動的情況下，保證光束對準目標。平臺系統包括電源、反應物（燃料）、數據處理和測控等分系統。

20世紀70年代末，DARPA開始實施一項旨在驗證天基激光武器可行性的“三位一體”技術計劃，即“阿爾法”“大型光學演示實驗”和“金爪”。“阿爾法”計劃旨在驗證百萬瓦級柱型氟化氫化學激光器軌道飛行的技術可行性；“大型光學演示實驗”計劃旨在通過實驗驗證控制與瞄準激光束，包含一項“大型先進反射鏡”計劃，用以驗證制造適于在空間使用的直徑4米的多面組合輕質主反射鏡的可行性；“金爪”計劃旨在驗證捕獲、跟蹤與瞄準技術。

1983年，美國開始實施“戰略防御倡議”（SDI）計劃，天基激光武器技術的研究也被納入其中，由戰略防御計劃局負責實施（1993年5月易名為“彈道導彈防御局”）。SDI計劃旨在對付蘇聯的洲際彈道導彈，要求將敵方導彈扼殺在多彈頭分離之前的助推段。當時的SDI設想，蘇聯會同時發射2000枚洲際彈道導彈，天基激光武器系統應有每秒鐘擊落40枚導彈的能力。為此，需在軌道上部署幾十顆激光作戰衛星，每顆衛星上的激光武器需由發射功率為30兆瓦的激光器和直徑10米的主反射鏡組成。

蘇聯解體以后，美國作戰戰略發生變化，天基激光武器系統的主要任務由防御洲際彈道導彈轉為防御戰區彈道導彈。美國彈道導彈防御局就天基激光武器系統進行了多方案比較，提出的最優方案是：在高度為1300千米、傾角為40°、不同升交點赤經的圓軌道上，部署24顆激光作戰衛星構成全球星座。每顆激光作戰衛星能摧毀以其為中心、半徑為4000千米范圍內的導彈。根據目標距離不同，它可在2～5秒內摧毀飛行中的導彈。如果新目標與原射向之間的角度不太大，激光作戰衛星能在0.5秒內調整到新的方向，瞄準另一枚導彈。

20世紀90年代，美國仍在繼續發展天基激光武器各分系統的關鍵技術。“阿爾法”激光器1989年進行首次出光試驗，到1994年8月，已出光10次以上，并在兆瓦級功率水平獲得高質量輸出光束。在光學系統方面，1989年制造了直徑4米的多面組合反射鏡，1993年攻克了制造直徑11米反射鏡的關鍵技術，為大型光學系統的工程實現奠定了基礎。由于捕獲跟蹤與指向系統采用了“大型光學演示實驗”計劃開發的新技術，已制成直徑4米、主動控制的多面組合反射鏡，可按比例直接放大到實戰用的直徑8米反射鏡。1997年完成了“阿爾法”激光器與大型先進反射鏡的地基綜合試驗，成功地進行了3次百萬瓦級高功率激光器與光束控制系統及瞄準子系統的地面集成綜合試驗，演示驗證了天基激光系統的可行性和生存能力，為天基激光演示器的研制提供了設計數據。這些地面綜合試驗為天基激光武器演示樣機的發展提供了寶貴的設計數據，系統集成問題基本解決，進入武器系統的方案論證階段。1999年2月，美國彈道導彈防御局與TRW、波音和洛克希德·馬丁3家公司簽訂了1.27億美元的合同，開始執行天基激光演示器在軌演示試驗計劃。

ABL空基作戰激光器的作戰示意圖

21世紀初，美國停止了天基激光武器的發展計劃。目前，該領域的發展由于工程浩大、牽涉面廣而暫時停留在討論和遠景規劃中。發展天基激光反導系統的主要問題在于：容易引起巨大的爭議；關鍵技術在短期難以突破，技術上存在巨大的風險與不確定性，在今后20年內技術都難以達到；研制與使用維護的費用巨大，據估計成本大約為1280億～1960億美元。

結 語

當前，美國正在通過多個技術研發項目，大力發展激光器、光束控制等空天激光武器的關鍵技術。空基平臺的機載激光器經過幾十年的發展，突破了多項關鍵技術并進行過多次試驗測試，近期有可能進入實戰應用；天基激光武器則由于技術、成本、法律等諸多限制，近年來并未取得太大進展，短期內很難真正投入作戰使用。

責任編輯：劉靖鑫