俄“佩列斯韋特”地基激光武器系統

程建良 李梅

2018年3月1日，俄羅斯總統普京發表2018年年度國情咨文，在談及國家安全問題時，介紹了包括“薩爾瑪特”洲際彈道導彈、覆蓋全球的核動力巡航導彈、“匕首”高超音速導彈等一系列先進武器，其中最先進的當屬最后出場的新型激光器。但外界對最神秘的激光武器知之甚少，直到今年7月為回應西方質疑，俄公布了被稱為“佩列斯韋特”（Peresvet）的地基激光反導武器系統部隊訓練的影像，這才為外界分析俄激光反導武器性能提供了依據。那么，俄新型地基反導武器究竟性能如何？是否具備反導能力呢？

俄“佩列斯韋特”地基激光武器技術發展

作為世界上最早在激光武器領域取得重大成果的國家，蘇聯曾長期保持激光軍用領域的技術領先地位。

冷戰發展的“死光”

早在1965年，蘇聯就開始了激光武器的研制工作，并于1972年進行了威力巨大的激光武器試驗，成功使用移動式“激光炮”摧毀了空中機動目標。還在1973年組建了專門研究從事這方面研究的設計局，出發點是應對西方太空威脅和進行導彈防御等。依托在航空航天領域雄厚的技術基礎，1981年，蘇聯激光武器空中試驗平臺A-60首飛成功。

1983年美國提出“星球大戰”計劃，掀起了兩個超級大國規模空前的軍備競賽，蘇聯激光武器研制進度明顯加快。1984年，A-60首次使用激光武器成功摧毀空中靶標，蘇聯成為世界上最早擁有實戰型反衛星武器的國家。另外，蘇聯還研發出應對美國彈道導彈的“撒手锏”——裝載有二氧化碳激光器的“極地”號飛船，前者輸出功率達1兆瓦，具有強大穿透力。但因發射時火箭控制系統故障導致飛船爆炸解體，蘇聯空天基激光武器的夢想就此破滅。

在陸基和海基激光武器領域，蘇聯卻收獲頗豐，先后有多種裝備出現在武器庫內。1982年，蘇聯成功研制出“三棱匕首”自行激光武器，其使用高功率激光脈沖攻擊光電導引系統，可使敵方坦克、自行火炮和直升機癱瘓。蘇聯海軍還在萬噸巡洋艦“基洛夫”號上裝備氟化氘化學激光器，用于10千米范圍內的近程防御。之后，蘇聯又先后生產了“紅粉筆”激光防空系統、“壓縮”激光戰車和“遠方”激光化學車。“壓縮”激光戰車與采用“悍馬”越野車底盤的美國“宙斯”激光系統極為相似，都可產生高功率激光脈沖，摧毀一定距離內敵方雷達的光電設備。到冷戰結束前，蘇聯的激光技術發展達到頂峰，不過也遭遇到了技術瓶頸，這也是其在冷戰后時代長期沉寂的原因之一。

后冷戰中的“堅持”

上個世紀90年代，由于蘇聯/俄羅斯國力衰弱及持續動蕩，本應在上世紀末完成的激光武器研制工作一再推遲，最終因為財政撥款大幅度減少而被凍結。不過俄羅斯并未放棄激光武器技術發展，其幾大高能物理實驗室都承擔了激光技術的預研工作，在長達10余年的堅持中，俄科研人員逐步克服了高能激光的激發機理和瞬時高壓電源等技術難題，使用于反導的高能激光技術變得可行，并最終在普京成為國家領導人之后獲得了足夠資金。2009年9月，俄工程科學院院士扎伊采夫透露，由俄軍事工業委員會科技委員會批準的武器裝備計劃，制訂了新的激光反導武器研制方案。通過俄科研人員的努力，俄羅斯在固體戰術激光武器領域取得多項突破，研制出脈沖激光能量達到2 000焦耳的釹玻璃激光器，瞄準精度也提高到秒級，并先后有多代激光武器裝備部隊。用伊爾-76運輸機作為平臺的“A-60”空基激光武器，先后多次試驗，課目包括空基高能對抗、摧毀敵空中作戰力量等。俄羅斯還計劃在改裝的米格-31殲擊機上進行激光武器發射試驗，主要用于對敵方衛星等太空戰略資產實施攻擊，以便在戰時迅速奪取制太空權。盡管俄軍激光武器研制情況高度保密，但早在2014年12月，俄軍前總參謀長尤里·巴盧耶夫斯基就對外宣布，俄激光武器研制水平與美相當，可摧毀“所有武器系統”。在基礎技術逐步成熟的背景下，俄最終開發了技術難度較高的地基反導激光武器系統，并作為應對美國的“殺手锏”很快進入現役。

受質疑的“佩列斯韋特”

2018年3月1日，俄羅斯總統普京在2018年年度國情咨文中，首次提及地基反導激光武器，透露了部分視頻，但該武器與核動力巡航導彈等其它武器一樣遭到西方普遍質疑。似乎為證實這些武器的真實性，俄國防部7月公開介紹了這些最新武器的情況，其中包括這種被稱為“佩列斯韋特”激光武器系統。俄國防部表示，俄軍已經接裝并部署了“佩列斯韋特”戰斗激光系統，掌握新武器的工作正在積極開展。在部署地執行戰斗值班所需的基礎設施已經準備完畢，放置設備和值班的樓房已經建成。裝備“佩列斯韋特”系統的部隊人員在莫扎伊斯基軍事航天學院接受了進修，目前還在通過專業技戰術培訓來完善相關知識技能。空天軍第15特種集團軍參謀長阿納托利·涅斯捷丘克說：“相關人員在部署地的戰斗裝備上進行了實際操練，練習了激光系統的部署和使用前準備。”配合介紹，電視臺還播放了“佩列斯韋特”部署和操作的影像。而此后，俄衛星影像愛好者和西方情報人員根據這些影像找到了“佩列斯韋特”的部署和訓練陣地，這似乎證實了俄這種神秘激光武器的真實性。

關鍵技術分析

雖然外界間接證實了“佩列斯韋特”存在的真實性，但對于這種武器的技術體制與細節仍不明就里，我們從俄激光武器研制的技術路線和水平，結合俄此次公布的系統影像可對其做出大致判斷。

激發技術體制

激光器是激光反導研究的基礎，衡量激光器性能的主要參數是激光輸出功率和光束質量。目前，按照激光激發機理大致可以將激光器分為固體激光器和化學激光器、二氧化碳激光器和自由電子激光器等四類。其中，固體激光器是最早誕生的激光器，選用固體為工作介質。其優點是產生激光的脈沖和波長能夠因需求而變化，缺點是能量轉化效率比較低，熱損耗非常嚴重。例如，目前大多數固體激光器的效率為10%～20%，如果產生100千瓦的激光束就必須生成500千瓦到兆瓦之間的電力，而如果100千瓦激光器效率只有10%，那么就有900千瓦的電力被浪費掉了。如果熱量無法散發，激光器的介質就會吸收熱量，并引起光束的畸變，這給進一步提高固體激光器輸出功率帶來了困難，目前只有少數實驗室在研究此類激光器，但距離使用仍有一定距離。二氧化碳激光器是用CO2為工作氣體來輸出激光光束的氣體分子激光器。其突出特點是轉換效率高，輸出功率達到兆瓦級別，曾經成為激光武器的首選。但其波長處于大氣中水組分的強吸收譜內，不利于通過大氣傳輸。因此C02激光器淡出了激光武器的視野。自由電子激光器是用相對論電子束經受激光輻射放大短波長輻射的器件。其最大的特點是可以根據實際需求自由地改變波長，目前自由電子激光器的輸出功率達到兆瓦級別，但大多都處于試驗階段，難以工程化。而從俄羅斯以往大功率激光器發展的技術路線和此次展示的看，俄羅斯“佩列斯韋特”激光器最可能采用的是化學激光器，即在放熱的化學反應過程中，直接或間接地形成粒子數反轉而運轉的激光器，輸出功率可以達到兆瓦級別。主要的化學激光器有氧碘化學激光器和全氣相碘化學激光器等等。目前，這種機理的大功率激光器已經開始進入實用階段。例如，美國的地基化學激光武器試驗裝置功率高達2.2兆瓦，天基激光武器試驗裝置也可達到5兆瓦。

光束控制與傳輸

強激光的傳輸、變換和控制是強激光技術領域的主要研究內容，也是利用強激光攔截導彈的關鍵技術。光束在空氣中傳播會由于大氣溫度、密度等原因遭遇折射和衍射等復雜的光學現象，而利用高能激光進行反導，就必須把激光照射到目標上，并在目標被照射部位維持一定的時間，以沉淀足夠的能量。這對激光武器的跟蹤瞄準以及激光的能量值提出了很高的要求，需要對激光光束進行控制，主要包括：克服大氣折射、吸收和散射的影響；穩定地瞄準目標，并有足夠長的駐留時間；特殊條件下，還需對光束進行時間整形和空間整形；合成和凈化激光以提高能量或者光束質量。因此激光的光束控制技術主要包括：光束的發射、捕獲、跟蹤和瞄準技術，激光大氣傳輸變換技術，光束的時間整形和空間整形技術，光束的合成和凈化技術等。每一種技術幾乎都是為克服大氣中特有的光學現象。例如，光束整合技術就是反射已經由于大氣內反射造成畸變的光束，最大可達到180度相差，并在大氣內正確聚焦。

作為大氣層內反導武器，激光武器系統的光束控制功能主要包括：目標捕獲和跟蹤；火力控制和時序，目標瞄準和殺傷評估；高能激光器光束波前控制和大氣補償；為高能激光器和照明激光器提供振動控制，修正光束方向，控制光路密封程度；為自動實時操作提供校準和診斷功能并進行攻擊效果的后處理和分析。例如，美國雷聲公司開發了非機械式激光光束控制技術，利用“光相控陣”技術將激光光束分解為多個激光束，以減少大氣的衰減效應；雷聲公司還開發了一種“光學孔徑相干相控陣”，可以將低功率模塊綜合成高功率武器激光器。美國機載反導激光器（ABL）則使用了一種由跟蹤激光器和計算機控制的柔性反射鏡組成的大氣補償系統。跟蹤激光器測量大氣條件，然后反射鏡在激光從飛機上發射前對其進行補償，激光在每秒內可被調節數千次，根據大氣情況調整將激光聚焦于目標。從俄公布的“佩列斯韋特”影像看，該激光器透鏡直徑并不龐大，且后部的伺服機構復雜靈活，但體積已經縮小到車載方式。因此可以看出，俄激光器的光束控制與傳輸系統相應已經成熟。

高功率電源

俄“佩列斯韋特”激光器采用的化學激發體制能達到比固體激光器更大的能量，但是由于其動力源于大量的有毒化學品，因此存在明顯的后續問題。例如，美國用于助推段反導的空基激光器（ABL）由必須安裝在747機上的6個SUV車輛大小的化學“電池”驅動，不過這使其電源無法持久工作，這與固體激光器不同。固體激光器靠電力驅動，其主要通過不同的固體介質產生能量——常為晶體或玻璃混合物——以生成激光，而在飛機或車輛上，可以通過燃燒燃油產生電力驅動固體激光器，只需飛機重新加油就可使飛機不斷獲得激光器所需電力，而重新裝載“彈藥”。從俄“佩列斯韋特”激光器影像看，激光武器系統體積比較大，并有多輛大型支持車輛，但是并未發現有燃氣輪機發電機等設備，而柴油發電機則無法提供短時間大功率供電滿足激光器使用，因此其使用化學電池的可能性較大。

反導毀傷原理

通常，激光對目標的毀傷有3種類型，即熱損傷、離子化損傷和光化損傷。激光武器對目標的殺傷效果，取決于激光波長、光束強度、照射時間和目標的通頻帶以及激光在大氣中傳播損耗量等。反導型高功率激光武器在使用時又分為硬殺傷（高能型）和軟殺傷（低能型）。軟殺傷能破壞導彈的光電敏感系統，而硬殺傷通常破壞導彈導引頭、整流罩或殼體、結構等。考慮到俄“佩列斯韋特”激光器主要部署在導彈陣地用于陣地反導防御，打擊導彈彈頭型目標，通過導彈彈頭吸收激光的能量轉換成熱能，在一定的能量沉積之后會產生相應的熱學效應、力學效應、等離子體效應等，對導彈彈頭形成相應的毀傷。總的來說，像俄“佩列斯韋特”這樣的激光器對高速彈頭的毀傷方式主要有熱燒蝕破壞、軟化破壞、輻射破壞和激波破壞等方式。

熱燒蝕破壞

熱燒蝕破壞是“佩列斯韋特”這類高能激光器最主要的毀傷方式，其毀傷機理是激光與彈頭材料相互作用產生的熱學效應。導彈彈頭相應部位吸收激光束的能量轉化成熱能，熱能在彈頭材料內的擴散形成高溫區域。高溫區的形成導致彈頭結構相應部位的性能發生改變：半導體材料隨著溫度的升高，性能會逐漸下降；導彈彈頭內的炸藥溫度值達到爆發點時，產生爆炸；材料的溫度值到達熔點時，發生熔融現象；材料的溫度值到達氣化點時，發生氣化現象，帶走熔融的材料使其表面形成凹坑甚至穿孔。雖然激光器用于末段反導時，目標主要是具有良好抗熱燒蝕性的導彈彈頭，但是彈頭設計的抗燒蝕基本局限于大氣再入摩擦產生的熱和大氣粒子侵蝕，在經過大氣層摩擦燒蝕累計最高點后的飛行末段，激光熱燒蝕陡然增加的彈頭熱載荷對彈頭實際結構破壞性極大，其不僅是壓死駱駝的最后一根稻草，而且可能就是命中彈頭的“炮彈”，可直接摧毀彈頭結構。

軟化破壞

軟化破壞的毀傷機理是激光與物質相互作用產生的熱學與力學的聯合效應。當導彈的相應部位的溫度由于激光輻照效應升高，引起材料的彈性屈服度下降，結構強度也隨之降低，使得在氣流壓力或者自身應力的作用下產生彎曲或者扭曲，甚至撕裂。其中，導彈彈頭各部分間的結構鏈接由于受到軸向力的作用，很容易因軟化作用而斷裂；特別是在彈頭再入過程中，彈頭正常應處于軸旋轉狀態，加之大氣密度差異，導致彈頭再入過程中可能遭受多次高載荷震動，最終可能局部破裂，而這時熱載荷很快會加速這種破裂過程，結構很快被破壞解體。

輻射破壞

輻射破壞的毀傷機理是激光與物質相互作用產生的等離子體效應。彈頭材料表面由于激光照射氣化而生成等離子體，等離子體一方面對激光起屏蔽作用，另一方面又能夠輻射紫外線和X射線，從而使目標內部的電子元器件毀傷。導彈彈頭內導引頭或引爆控制系統是最容易受到輻射破壞的部位，輻射破壞效應能夠使慣導部件偏離，內部程序紊亂。甚至X射線可能加熱核彈頭內的核材料，使這些高精度加工的核部件軟化膨脹，而在高速旋轉的離心力作用下，最終偏離設計，導致核爆失效或降低釋放效率。

激波破壞

激波破壞的毀傷機理是激光與物質相互作用產生的等離子體與力學的聯合作用。脈沖激光輻照導彈彈體產生等離子體時，形成等離子層后，向外噴射形成的脈沖壓力向材料內部傳播產生兩種不同的沖擊波，兩種沖擊波疊加形成激波。激波經過材料自由面的發射轉化為拉伸應力，該力達到一定值，引起材料的拉伸毀傷。這對于在高熱環境中再入的彈頭來說非常致命。由于拉伸而造成的彈頭變形可能造成表面燒蝕不均勻，而使局部溫度瞬間增高，進而由于膨脹變形程度不同，加劇這種燒蝕不均勻現象，形成惡性循環，最終導致彈頭結構崩潰。

反導可行性

由于激光具有獨特的特性，使激光武器具有常規反導武器無法比擬的優點。一是激光武器是一種無慣性、定向能武器，與傳統武器相比，具有反應速度快、射擊精度高和攔截距離遠等優點；二是激光在大氣中以光速沿直線傳播，不需要打提前量；三是作戰使用效費比高。但是俄“佩列斯韋特”激光器作為高能末段反導武器，其對以美國為主的“民兵”3或“三叉戟”2等彈道導彈是否具備反導攔截能力呢？這要從“佩列斯韋特”激光器對此類導彈彈體、彈頭的破壞可能性及彈頭破壞后對自身危害可能性等三個方面談起。

對彈體破壞性

激光武器摧毀彈道導彈通常有3種方式。一是燃料箱被擊穿泄漏。由于導彈燃料箱體積較大，箱壁較薄，激光照射較易瞄準也容易被破壞，但導彈燃料中燃燒劑與氧化劑分別裝在不同的儲艙內，因此熔穿燃料箱壁并不會引起巨大的化學爆炸，但可能泄漏大量燃料，并使儲倉壓力巨變，這也不足以引起化學爆炸。例如，“挑戰者”航天飛機事故在內的諸多事故都是由于外表出現漏洞而發生的，但即使溫度很高，火箭燃料在大氣層高空也沒有直接爆炸，對固體和液體燃料的導彈都是如此，而液體燃料泄漏會造成箱內壓力下降，使導彈喪失推力，射程縮短。二是輸入發動機中燃燒劑和氧化劑在燃料中比例失調，造成燃燒室溫度過高，而使導彈整體被燒掉。三是激光熔穿的大洞對導彈造成結構性破壞，對使用玻璃纖維類材料外殼的固體燃料導彈是最可能的破壞形式，因為這種導彈的外殼承擔了部分結構應力，導彈縱向的加速力將使火箭解體。

對彈頭破壞性

通常認為，遠程導彈彈頭都有抗再入燒蝕設計，無論結構還是抗熱性都經過加固，因此激光對其破壞可能較小，但事實并不是這樣。因為通常情況下，導彈再入彈頭防熱層主要由三向碳/碳或碳/硅基碳等燒蝕型復合材料制成，能承受高空核爆炸軟X射線引起的熱擊波和再入氣動加熱的燒蝕，因此有足夠的抗激光輻射能力，但是彈頭設計通常只考慮將大氣層再入過程的環境條件作為極限情況，因此在再入破壞效應與上述4種激光破壞效應疊加作用下，激光武器對彈頭的破壞效果是非常好的。而在導彈起飛頭體未分離階段，激光武器對導彈彈體造成的結構性破壞，飛出碎片也會碰撞破壞彈頭。

對自身危害性

對于彈頭再入的飛行末段防御是否適合攔截方式存在很多爭議，因為有人認為這時彈頭已經在目標區上空，對其攔截可能造成彈頭在己方上空爆炸或解體，或對己方造成傷害，特別是從俄“佩列斯韋特”激光武器部隊的部署看，其選擇了“捷伊科沃”白楊M導彈陣地內進行陣地部署，這表明其是典型的末段防御系統，對美國等潛在國家導彈的攔截是否會造成打擊彈頭在己方上空爆炸解體而造成放射性污染呢？首先，像美俄這樣較高技術水平的核彈頭再入大氣層而墜落到地面不爆炸是可能的，雖然墜落會在一定范圍內散布放射性，可能只有幾百平方米，這樣的事故肯定不會造成大量死亡和破壞，因為美國和俄羅斯都在核彈頭上應用了“狀態感應器”——程序保險，在一系列測量程序完成之前，彈頭不能爆炸；彈頭必須經過一個與導彈飛行推力相應可靠的最大加速度或重力G，然后再從太空下落過程經歷一段失重期，最后當其再入大氣層時還要有一個高加速時間段，而在再入過程中的速度又會大幅度下降，而激光武器對彈頭的打擊，造成彈頭在空中有個高加速過載過程，最后才有類似墜落的碰撞地面的高減速過載。這意味著彈頭飛行可能無法滿足最后的程序保險狀態要求。所有這些綜合效果使美俄這樣彈頭安全控制技術較為先進的核彈頭爆炸的可能性變得非常小。

總的來看，作為末段防御武器，俄“佩列斯韋特”激光武器對潛在對手的彈道導彈彈頭具有一定的防御攔截能力，而從該部隊的部署和訓練情況看，該激光武器已經作為戰略防御力量在俄戰略部隊中服役，并將在保衛俄戰略導彈部隊安全和維護美俄間戰略攻防平衡方面發揮較大作用。