艦載激光武器系統(tǒng)的發(fā)展*

張晶晶

(92390部隊　廣州　510320)

艦載激光武器系統(tǒng)的發(fā)展*

張晶晶

(92390部隊廣州510320)

摘要艦載激光武器具有快速、精確、不受電磁干擾、效費比高等獨特優(yōu)勢,被視為改變作戰(zhàn)規(guī)則的未來武器。文章論述了艦載激光武器,艦載激光武器的發(fā)展動向與分析。

關(guān)鍵詞艦載激光武器; 發(fā)展分析

Class NumberTN97

1引言

與傳統(tǒng)武器相比,艦載激光武器具有快速、精確、不受電磁干擾、效費比高等獨特優(yōu)勢,被視為“改變作戰(zhàn)規(guī)則”的未來武器,其軍事應(yīng)用價值一直備受軍事大國的青睞和重視。本文就艦載激光武器、發(fā)展動向、發(fā)展分析等,作進一步的研究和探討[1]。

2艦載激光武器

艦載低能激光武器可以對抗導(dǎo)彈上的微光電視攝像機。其基本要求也是實時的探測和識別敵方目標(biāo),并自動跟蹤和發(fā)射激光束,將微光電視攝像機摧毀或致盲足夠長的時間，使導(dǎo)彈脫靶;艦載高能激光武器主要由高能激光器,精密跟蹤裝置和光束控制發(fā)射系統(tǒng)組成,可以同時打擊目標(biāo)的多個部位,首先擊毀最薄弱的部位,縮短殺傷時間,可用于擊毀掠海飛行導(dǎo)彈,殲擊機和直升機等[2]。

例如,美國海軍正通過“激光武器系統(tǒng)”、“海上激光演示系統(tǒng)”和“自由電子激光”三個項目,分別以光纖激光器、板條固體激光器和自由電子激光器為基礎(chǔ)發(fā)展艦載激光武器。

“激光武器系統(tǒng)”(LaWS)采用模塊化光纖激光器作為光源,總功率達到33kW。2014年8月,美海軍在部署于波斯灣的“龐塞”號兩棲船塢運輸艦(USS Ponce LPD-15)上安裝了該激光武器,進行為期1年的試驗。LaWS完成一系列實彈射擊試驗,摧毀了無人機和快艇等多個目標(biāo),驗證了激光武器在強風(fēng)、高溫、潮濕等惡劣海洋環(huán)境下的作戰(zhàn)性能。

“海上激光演示系統(tǒng)”(MLD)利用七個15kW摻釹釔鋁石固體板條激光器,合成產(chǎn)生105kW激光束。MLD系統(tǒng)安裝在退役驅(qū)逐艦甲板上,2011年4月,MLD首次從海上移動平臺發(fā)射激光束,克服大氣傳輸、海浪、武器平臺和目標(biāo)平臺之間的運動等障礙,最終摧毀了1.6km外的小艇。

“自由電子激光器”(FEL)是美國海軍獨有的激光武器項目。該激光器采用電力驅(qū)動,同時具有輸出功率高和波長可調(diào)(以適應(yīng)不同環(huán)境下的最佳大氣傳輸窗口)兩大優(yōu)點,使其非常適合在海上特殊作戰(zhàn)環(huán)境中使用,這正是美國海軍選中自由電子激光器的原因。但自由電子激光器的研制并不順利,由于其技術(shù)極為復(fù)雜,到目前為止,其實驗室樣機輸出功率僅達到14kW,遠(yuǎn)低于期望的100kW,更不要提最終希望達到的兆瓦級,并且其實驗室樣機體積極其龐大。為了降低開發(fā)兆瓦級自由電子激光器的風(fēng)險,2011年3月,美國海軍決定暫緩該計劃,把精力先集中到固體激光器上,以便以最快的速度把一種定向能武器引入艦隊。

3發(fā)展動向

1) 韓國擬研發(fā)激光等新型武器應(yīng)對朝鮮威脅。韓國《亞細(xì)亞經(jīng)濟》2015年1月19日報道:據(jù)韓聯(lián)社報道,韓國國防部1月19日在青瓦臺向總統(tǒng)樸槿惠匯報的以“統(tǒng)一準(zhǔn)備”為主題的2015年工作計劃中提出,將著力研發(fā)激光、高功率微波(HPM)炸彈、電磁脈沖(EMP)炸彈和無人艦船等新型武器,以有效應(yīng)對來自朝鮮的威脅[3]。

韓國國防部長表示,韓國國防開支和兵力資源有限,而國家安全逐漸面臨來自多方面的威脅。在此背景下,國防部提出了“創(chuàng)造國防”作為未來發(fā)展的新模式,將信息通信技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)和大數(shù)據(jù)等高科技技術(shù)應(yīng)用到國防領(lǐng)域中。為此,韓國國防部選定了四個重點課題并將積極落實,四大課題包括提升軍事作戰(zhàn)能力、建立創(chuàng)造型軍事隊伍、提高國防管理效率以及奠定“創(chuàng)造國防”基礎(chǔ)。

在建立創(chuàng)造型軍事隊伍方面,為有效應(yīng)對朝鮮核武器和大規(guī)模殺傷性武器,國防部將到2020年上半年研發(fā)出激光、高功率微波炸彈和電磁脈沖炸彈等新型武器。韓國軍方從2012年起就開始了激光武器系統(tǒng)概念研究,計劃在今年年底完成概念研究并開始研發(fā)。國防部還決定打造可在海、陸、空、太空及網(wǎng)絡(luò)等“五維”空間環(huán)境中協(xié)調(diào)配合的部隊,同時構(gòu)建基于模擬戰(zhàn)場的戰(zhàn)術(shù)演練體系,讓韓軍戰(zhàn)力無處不在。

2) 美國諾·格公司繼續(xù)生產(chǎn)機載激光探雷系統(tǒng)。軍事與航空電子網(wǎng)站2015年2月4日報道:美國諾斯羅普·格魯曼公司已經(jīng)收到美國海軍的一個合同,要求繼續(xù)生產(chǎn)AN/AES-1機載激光探雷系統(tǒng)(ALMDS)。合同內(nèi)容包括生產(chǎn)5個ALMDS吊艙子系統(tǒng)、支持設(shè)備、備件和提供技術(shù)援助。ALMDS系統(tǒng)部署在MH-60S直升機上。飛機穿越海上航線,利用脈沖激光和條紋管接收器3維成像,日以繼夜搜尋和定位海洋表面水雷狀物體[4]。

諾·格公司航天系統(tǒng)電子攻擊/海事系統(tǒng)集成部主任說,“該項目是一個雙贏。機載傳感器有能力使海員不受水雷區(qū)的威脅,同時我們生產(chǎn)的每個吊艙價格比以前下降,有助于海軍滿足成本目標(biāo)。我們期待著繼續(xù)與美國海軍ALMDS項目保持長久合作,并支持2016財年(FY16)的初始作戰(zhàn)能力。”

諾·格公司ALMDS項目團隊包括負(fù)責(zé)生產(chǎn)傳感器接收組件的阿瑞忒聯(lián)合公司(Arete Associates);生產(chǎn)高功能激光發(fā)射器的尖端光電科技(Cutting Edge Optronics)公司;生產(chǎn)吊艙罩的CPI飛機結(jié)構(gòu)公司(CPI Aerostructures);生產(chǎn)中央電子底盤的柯蒂斯賴特防御解決方案公司(Curtiss Wright Defense Solutions)和生產(chǎn)環(huán)境控制系統(tǒng)的梅吉特防御系統(tǒng)公司(MeggittDefence Systems)。

諾·格公司已通過四個低速率初始生產(chǎn)批次向美國海軍交付12個ALMDS吊艙,向日本海上自衛(wèi)隊交付四個吊艙,這些吊艙正在EH-101直升機上進行集成和測試。

3) 美國海軍陸戰(zhàn)隊訂購埃爾比特公司的通用激光測距機集成能力系統(tǒng)。美國海軍技術(shù)網(wǎng)2015年3月23日報道:美國海軍陸戰(zhàn)隊授予以色列埃爾比特公司美國分公司一項交付通用激光測距機集成能力系統(tǒng)(CLRF-IC)的合同[5]。

這份價值7340萬美金的不確定支付日期和數(shù)量的合同(IDIQ)的執(zhí)行期可到2020年。IDIQ下的首份訂單價值750萬美金。

根據(jù)合同,公司將在新罕布什爾州的梅里馬克進行所有工作。談到該合同,埃爾比特公司美國分公司總裁兼CEO霍洛維茨表示:“我們非常高興能為美國海軍陸戰(zhàn)隊提供新型通用激光測距機集成能力系統(tǒng),該系統(tǒng)攜帶輕便,可隨時執(zhí)行任務(wù),且更能保證徒步陸戰(zhàn)隊員的安全”。

該設(shè)備將替代海軍陸戰(zhàn)隊目前配備的野外裝備。埃爾比特公司推出的通用激光測距機集成能力系統(tǒng)是一款輕量級目標(biāo)捕捉設(shè)備,將晝?nèi)粘上窈透呔燃す鉁y距能力集成為一體。

該系統(tǒng)具備24小時觀測能力,目標(biāo)測距準(zhǔn)確,還可利用激光指定系統(tǒng)確認(rèn)目標(biāo)點,并具備多變環(huán)境下準(zhǔn)確的目標(biāo)定位能力。

4) 諾·格公司將在“海上激光驗證機”基礎(chǔ)上研發(fā)固態(tài)“激光武器系統(tǒng)驗證機”。簡氏國際防務(wù)評審2015年1月4日報道:諾斯羅普·格魯曼公司早前與美國海軍研究局(ONR)簽訂了艦載激光武器原型機研發(fā)合同。該公司近期公布的合同初始細(xì)節(jié)透露了以“海上激光器驗證”(MLD)項目為基礎(chǔ)的技術(shù)方案,也包含升級版“固態(tài)激光器”(SSL)技術(shù)。

LWSD合同情況·諾·格公司與海軍研究局簽訂的“激光武器系統(tǒng)驗證機”(LWSD)合同共包含三個階段。諾·格公司空間與任務(wù)系統(tǒng)分部將在此合同下設(shè)計、生產(chǎn)、集成并支持對一部150kW級艦載固態(tài)(電子)激光武器系統(tǒng)的試驗。海軍研究局于2015年10月證實,授予諾·格公司價值5300萬美元的LWSD項目第一階段合同,主要用于開展項目初始12個月的基礎(chǔ)期工作。如果海軍研究局全部行使項目第二階段、第三階段的所有合同選項,那么合同總價值將增加到9100萬美元,整個合同期限也將擴展至34個月。

LWSD項目背景。“激光武器系統(tǒng)驗證機”(LWSD)是海軍研究局更廣泛的“固態(tài)激光器技術(shù)成熟化”(SSL-TM)工作的一部分,旨在提升固態(tài)激光器技術(shù)的成熟性,為未來美國海軍列編項目打下基礎(chǔ);美海軍Flight IIA型阿利·伯克級導(dǎo)彈驅(qū)逐艦(DDG-51)已被確定為未來加裝該技術(shù)的主力候選軍艦。

MLD項目情況。諾·格公司空間與任務(wù)系統(tǒng)分布此前曾為美海軍研究局“海上激光器驗證”(MLD)項目研發(fā)固態(tài)高能激光器原型機,2011年4月,該原型機搭載在EDD-964自防試驗船(SDTS)上進行海試,成功擊中一艘小型目標(biāo)船且致使其喪失能力,標(biāo)志著高能激光器裝置首次加裝在一艘海軍艦船上,并從該艦船獲得電力,對抗海上環(huán)境的射程內(nèi)目標(biāo)。MLD激光武器是在美國防部若干項目所研發(fā)技術(shù)的基礎(chǔ)上研制,包括“戰(zhàn)術(shù)高能激光器”(THEL)項目精確跟蹤系統(tǒng)技術(shù),以及“聯(lián)合高功率固態(tài)激光器”(JHPSSL)項目固態(tài)激光器技術(shù)。MLD激光器與JHPSSL使用了同樣的15kW釹釔鋁石榴石固態(tài)板條激光器“基礎(chǔ)材料”;MLD激光器的光束定向器是在THEL系統(tǒng)光束定向器的基礎(chǔ)上改裝。

LWSD項目情況。“激光武器系統(tǒng)驗證機”(LWSD)項目尋求將一部來源于工業(yè)界(industry-sourced)的“戰(zhàn)術(shù)激光核心模塊”(TLCM)與政府配置的子系統(tǒng)(如激光武器控制臺及基于軟件的預(yù)測回避系統(tǒng))結(jié)合起來。與在自防試驗船(SDTS)上進行的海上試驗一樣,LWSD項目還尋求實現(xiàn)技術(shù)成熟度(TRL)6級,以支持一個潛在的美國海軍列編項目的里程碑決策。諾·格公司證實,LWSD項目將再次應(yīng)用MLD項目先前驗證過的很多技術(shù),不過,將不再使用JHPSSL項目下研發(fā)的板條激光器技術(shù),而是選用一種自行研發(fā)的光纖激光器方案,該方案反映了“過去幾年來的技術(shù)進步并提升了光纖激光器的效能”。

LWSD將利用早前MLD項目的技術(shù)和經(jīng)驗

LWSD項目階段。“激光武器系統(tǒng)驗證機”(LWSD)項目第一階段的基礎(chǔ)期工作包括技術(shù)包設(shè)計、相關(guān)風(fēng)險降低研究;第二階段工作包括組件、集成和系統(tǒng)層面的試驗,以及剩余風(fēng)險降低活動,第二階段末的單獨陸基試驗期將用于驗證光束控制系統(tǒng)的性能,以及驗證“戰(zhàn)術(shù)激光核心模塊”(TLCM)的整體性能。第三階段為期6個月,在此期間,政府將履行LWSD相關(guān)裝備責(zé)任,并在自防試驗船上實施LWSD試驗,諾·格公司將提供技術(shù)支持。海軍研究局表示,從自防試驗船上對LWSD進行的海上驗證,意欲實施符合艦船自防任務(wù)的“晝夜環(huán)境下實彈射擊”,包括對抗來自敵快速攻擊艇/快速近岸攻擊艇、無人機及ISR傳感器系統(tǒng)的威脅。該項目的目標(biāo)將是成功命中及挫敗單個及多個目標(biāo)威脅,性能指標(biāo)顯著超出當(dāng)前及先前的系統(tǒng)。

LWSD的裝備與部署。鑒于當(dāng)前的資金和項目安排僅支持在自防試驗船上進行試驗,海軍研究局的原始LWSD廣泛機構(gòu)通告建議,采用以最小程度改裝和成本在Flight IIA型“阿利·伯克”級驅(qū)逐艦(DDG-51)上后續(xù)安裝LWSD的設(shè)計方案。諾·格公司證實,其LWSD方案可以進行調(diào)整,從而實現(xiàn)以最小程度的改裝和額外成本在DDG-51上進行驗證。LWSD的部署也受到將30kW級AN/SEQ-3(XN-1)激光武器系統(tǒng)(LaWS)適裝于浮動前沿支持平臺“龐塞”號上這一固態(tài)激光器(SSL)“快速反應(yīng)能力”作戰(zhàn)部署的啟發(fā)。LaWS是在商業(yè)光纖激光器技術(shù)的基礎(chǔ)上研發(fā),于2014年晚期被認(rèn)證為美軍部署的首部經(jīng)過充分認(rèn)可的(fully approved)激光武器系統(tǒng)。

5) 美國研發(fā)高能艦載激光武器。可摧毀快艇無人機。據(jù)中國國防科技信息網(wǎng)報道:美國諾格公司正在研制高能艦載激光武器,可摧毀敵方小型快艇、無人機、監(jiān)視傳感器等,或使其喪失作戰(zhàn)能力[6]。

這種激光武器可利用現(xiàn)有艦載發(fā)電系統(tǒng),因此適裝于多型美國海軍水面主戰(zhàn)艦艇,包括“阿利·伯克”級驅(qū)逐艦。美國海軍研究署9月22日與諾格公司簽署了5320萬美元的研發(fā)合同,啟動固體高能激光武器系統(tǒng)樣機(LWSD)第一階段研發(fā)。

LWSD項目旨在以海軍AN/SEQ-3(XN-1)“激光武器系統(tǒng)”(LaWS)樣機的相關(guān)技術(shù)為基礎(chǔ),研發(fā)激光武器樣機。LaWS目前正部署在“龐塞”號兩棲艦上,用于對抗無人機或小型快艇。

諾格公司將研發(fā)可全天時作戰(zhàn)的先進激光武器系統(tǒng),用于艦艇自防御,執(zhí)行的任務(wù)包括摧毀快速攻擊小艇、無人機、用于情報監(jiān)視偵查的傳感器系統(tǒng)等,或使這些系統(tǒng)失效。

6) 德國開展艦炮加裝高能激光效應(yīng)器的海上試驗。美國國防更新網(wǎng)站2016年2月19日報道：德國萊茵金屬公司及德國聯(lián)邦國防軍成功在公海海域?qū)友b在一艘德國軍艦上的高能激光效應(yīng)器進行了試驗[7]。

萊茵金屬公司在試驗軍艦上安裝的MLG-27型27毫米輕型艦炮上加裝了10kW級高能激光效應(yīng)器。本次海上試驗內(nèi)容包括使用該高能激光效應(yīng)器追蹤無人機、小型水面艇等潛在目標(biāo)。雖然試驗是無源的,該高能激光效應(yīng)器并未真正在海上向目標(biāo)照射激光,而是在陸地上對靜止目標(biāo)進行了單獨試驗,但這一試驗項目還是證實了高能激光效應(yīng)器在海上作戰(zhàn)環(huán)境中集成到MLG-27型艦炮上的可行性。

7) 諾·格公司將為美海軍提供激光組件修復(fù)“多光譜瞄準(zhǔn)系統(tǒng)”。美國軍事航空航天與電子學(xué)網(wǎng)站2016年3月1日報道:位于印第安納州克蘭的美國海軍水面戰(zhàn)中心宣布,計劃授予諾斯羅普·格魯曼公司一項為期5年、價值4490萬美元的合同,用于生產(chǎn)單色二極管泵浦激光指示器、雙光束發(fā)射器和接收器,以及三光束發(fā)射器和接收器,供海軍故障分析及“多光譜瞄準(zhǔn)系統(tǒng)”(MTS)維修替換[8]。

“多光譜瞄準(zhǔn)系統(tǒng)”(MTS)是一種機載前視紅外、炮塔傳感器包,可以為美國海、陸、空三軍及北約激光制導(dǎo)彈藥提供遠(yuǎn)程監(jiān)視、高空目標(biāo)獲取、追蹤、測距及激光指示能力。海軍當(dāng)前的“多光譜瞄準(zhǔn)系統(tǒng)”由雷聲公司生產(chǎn),裝備在MH-60“海鷹”直升機上。

諾·格公司是MTS電子光學(xué)組件的初始設(shè)備制造商,海軍專家稱,為節(jié)省時間及成本,計劃將相關(guān)合同僅授予諾·格公司。

4發(fā)展分析

艦載激光武器系統(tǒng)的發(fā)展趨勢:發(fā)展光纖和固體板條激光器、分階段實現(xiàn)艦載激光武器實戰(zhàn)化、攻克技術(shù)瓶頸[9]。

1) 發(fā)展光纖和固體板條激光器。光纖和固體板條激光器可能成為最先上艦的激光武器系統(tǒng)。由于“自由電子激光器”體積過于龐大,難以與現(xiàn)有艦艇平臺集成,而且目前一直處于將功率從10kW提升到100kW的技術(shù)攻關(guān)階段,難以在短期內(nèi)實現(xiàn)艦載部署。在目前預(yù)算削減背景下,美國海軍須制定一項更加明確、經(jīng)濟上可以承受的激光武器發(fā)展戰(zhàn)略。基于這些考慮,美海軍將放緩“自由電子激光器”的研發(fā),重點發(fā)展光纖和板條固體激光器等短期內(nèi)可實現(xiàn)實戰(zhàn)部署的激光武器。目前,33kW級光纖激光器已開始上艦試驗,150kW級光纖激光器也將在2018年開始海上試驗,就技術(shù)成熟度而言,光纖激光器將可能成為首型具備實戰(zhàn)能力的武器系統(tǒng),執(zhí)行近程防御任務(wù)。

2) 分階段實現(xiàn)艦載激光武器實戰(zhàn)化。例如,美國海軍將分三個階段實現(xiàn)艦載激光武器部署:近期(2017年前)重點發(fā)展60kW～150kW光纖和板條固體激光器,以執(zhí)行近距防御性作戰(zhàn)(約1.6km)為主,主要打擊目標(biāo)包括光電傳感器、小型艦船、無人機、火箭彈等;中期(2022年前)發(fā)展300kW～500kW固體激光武器,增強作戰(zhàn)距離,具備16km級攔截水面及空中目標(biāo)能力;遠(yuǎn)期(2025年后)發(fā)展兆瓦級自由電子激光武器,具備摧毀超聲速巡航導(dǎo)彈和彈道導(dǎo)彈能力。

3) 攻克技術(shù)瓶頸。艦載激光武器在用于實戰(zhàn)前,必須解決新型艦船設(shè)計、放大功率時如何保持或提升光束質(zhì)量及各系統(tǒng)集成等問題。在搭載平臺方面,由于艦載激光武器電力消耗極大,能否搭載該型武器主要取決于艦艇供電和冷卻能力。目前,美國海軍現(xiàn)役水面艦艇中,只有“提康德羅加”巡洋艦、DDG-51“阿利·伯克”號導(dǎo)彈驅(qū)逐艦具備在作戰(zhàn)條件下搭載略高于100kW激光武器能力。為此,美軍已開始利用2.5萬噸“圣·安東尼奧”級兩棲登陸艦研究下一代兩棲登陸艦技術(shù),將充分考慮電能供應(yīng)和可利用的內(nèi)部空間,從而有效搭載高能激光武器。

5結(jié)語

隨著光纖和固體板條激光器的研制和發(fā)展、分階段實現(xiàn)艦載激光武器實戰(zhàn)化的完善、攻克了艦載激光武器的技術(shù)瓶頸。那么,在未來現(xiàn)代化戰(zhàn)爭和局部戰(zhàn)爭中,適時運用艦載激光武器,就能夠有效地進行防空反導(dǎo)、保護水面艦艇的自身安全[10]。

參 考 文 獻

[1] 任國光.高能激光武器的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J].激光與光電子學(xué)進展,2008(9):62-69.

[2] 張江華.激光在現(xiàn)代軍事中的應(yīng)用[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2008(20):86-88.

[3] 韓國擬研發(fā)激光等新型武器應(yīng)對朝鮮威脅[N].每日防務(wù)快訊,2015-01-23.

[4] 美國諾·格公司繼續(xù)生產(chǎn)機載激光探雷系統(tǒng)[N].每日防務(wù)快訊,2015-02-06.

[5] 美國海軍陸戰(zhàn)隊訂購埃爾比特公司的通用激光測距機集成能力系統(tǒng)[N].每日防務(wù)快訊,2015-04-03.

[6] 諾·格公司將在“海上激光驗證機”基礎(chǔ)上研發(fā)固態(tài)激光武器系統(tǒng)驗證機[N].每日防務(wù)快訊,2016-01-15.

[7] 美國研發(fā)高能艦載激光武器—可摧毀快艇無人機[N].中新網(wǎng),2015-10-26.

[8] 德國開展艦炮加裝高能激光效應(yīng)器的海上試驗[N].每日防務(wù)快訊,2016-02-23.

[9] 諾·格公司將為美海軍提供激光組件修復(fù)多光譜瞄準(zhǔn)系統(tǒng)[N].每日防務(wù)快訊,2016-03-04.

[10] 汪光華,艦載高能自由電子激光武器[J].現(xiàn)代軍事,1999(2):42-43.

[11] 王力民,楊甲勝,耿曉蕾,等.激光武器的發(fā)展動向與分析[J].艦船電子工程,2008(6):41-45.

Development of Shipboard Laser Weapon System

ZHANG Jingjing

(No. 92390 Troops of PLA, Guangzhou510320)

AbstractShipboard laser weapon is fast, accurate, and not subject to electromagnetic interference, cost-effectiveness than higher unique advantages, which is regarded as change the operational rules for the future of the weapons. This paper discusses on the shipboard laser weapon, the development trend of the shipboard laser weapons and analysis.

Key Wordsshipborne laser weapon, development analysis

*收稿日期:2015年12月3日,修回日期:2016年1月19日

作者簡介:張晶晶,女,博士研究生,工程師,研究方向:指揮自動化。

中圖分類號TN97

DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2016.06.005