艦載激光武器作戰運用研究

羅 磊,譚碧濤

(航天工程大學,北京 101400)

1 引 言

未來海上防空反導作戰,潛在對手將采取多種手段對水面艦艇實施毀滅性打擊。面對速度更快、射程更遠、威力更大、制導方式更加靈活的新一代反艦導彈以及擁有群體化智能,能夠隨機組網、隱蔽接敵、立體突防的無人機蜂群等對抗博弈,以艦空導彈和艦炮為主的常規防空反導武器系統將顯得越來越捉襟見肘。而相比于傳統武器,艦載激光武器具有殺傷可控、作戰成本低、轉火速度快、精度高、光束打擊、無限載彈量、抗電磁干擾等顯著優勢[1],在一定程度上可以彌補現有武器系統的不足,擁有巨大的軍事運用前景。當前各軍事強國正加快研發艦載激光武器,并陸續開展作戰試驗,力求最快部署以謀求未來軍事上的主動。隨著激光武器技術的不斷發展和推動,以及海上防空反導作戰的現實需求牽引,艦載激光武器的作戰運用研究已經迫在眉睫。

2 艦載激光武器殺傷機理

艦載激光武器通過發射高能強激光輻照目標,短時間內在目標表面形成能量的快速疊加和累積,從而實現毀傷[2]。其作戰過程主要分為三個時間極短的階段。首先是發現和捕獲作戰目標,獲取目標的特征信息和飛航信息；其次是跟蹤和鎖定作戰目標,使目標始終處于武器系統的視軸范圍內,并計算打擊窗口,選擇最佳打擊部位做好打擊準備；最后是對作戰目標進行打擊,當目標進入待擊區域后,武器系統發射強激光,經過傳輸耦合,完成對目標的精確打擊。

艦載激光武器對目標的毀傷主要分為軟殺傷和硬摧毀[3],其毀傷能力與武器系統的功率和跟瞄能力直接相關。軟殺傷主要是利用激光攻擊的隱蔽性對作戰目標進行干擾致盲,使其喪失作戰能力的一種作戰方式。軟殺傷對激光武器的作戰功率要求不高,通常激光的到靶能量閾值達到幾十到數百J/cm2即可實現[4]。通過艦載激光武器實施軟殺傷,可以對敵偵察預警衛星的光電元器件進行干擾破壞,在敵對海攻擊時對敵作戰飛機的飛行員進行眩目致盲。針對海上反無人機作戰,軟殺傷主要是通過激光照射使無人機攜帶的各類載荷,例如激光測距機、激光雷達、CCD相機以及各類光電探測單元暫時性飽和或者永久性損傷,導致目標陷入迷茫或失能。而針對海上反導作戰,軟殺傷則主要是在來襲導彈進入艦載激光武器的打擊區域后,武器系統發射激光與導彈導引頭耦合,以破壞目標整流罩、制導系統使其喪失對打擊對象的跟蹤能力[5]。

硬殺傷則主要是指在艦載激光武器鎖定目標后直接發射高能強激光,對目標實施毀滅性打擊,其毀傷原理主要依靠高能強激光的熱燒蝕效應、激波效應和輻射效應[6]。硬殺傷通過強激光傳輸耦合,在作戰目標表面產生熱熔融、氣體穿孔或者應力波下造成物體表面的變形、斷裂等來實現摧毀,對艦載激光武器的發射功率要求較高[7]。根據不同目標殼體的表面材料不同以及同一目標的打擊部位不同所需要的激光功率也不同,通常實現對目標的硬殺傷需要激光到靶能量閾值達到數千到數萬J/cm2[8]。針對海上反無人機作戰,硬殺傷主要在艦載激光武器鎖定目標后直接發射高能強激光照射目標殼體實現摧毀,而無須選擇特定的打擊部位,從而減少系統的響應時間。針對海上反導作戰,硬殺傷則主要是在目標近距離進入武器最佳打擊窗口時,通過發射高能強激光照射導彈的燃料倉、推進系統、目標殼體等,使導彈飛行過載、爆裂和解體,以達到摧毀目的。

3 艦載激光武器作戰任務

艦載激光武器作為一種新概念武器,將憑借其巨大的作戰優勢在未來海上作戰中擔負對岸攻擊、反水面小艇以及防空反導等多種類型作戰任務,而海上防空反導領域對艦載激光武器的作戰需求更加突出,將成為其作戰運用的主戰場。反艦導彈和無人機則是其最為典型的作戰對象[9]。應對敵人立體全方位、多層次多手段的對海攻擊時,艦載激光武器既可采取積極進攻的方式對可能造成威脅的敵軍事目標實施主動而隱蔽的打擊,以掩護己方軍事行動；同時針對來襲的無人機、反艦導彈又可進行積極的防御和攔截,用于確保己艦安全。從而在水面艦艇編隊軟硬抗擊、分層抗擊和協同抗擊中擔負重要角色。圖1為艦載激光武器擔負的主要作戰任務。

在反導作戰中,當前兆瓦級艦載激光武器的技術已經逐步成熟,武器系統的跟瞄能力也已達到微弧度級,理論上艦載激光武器已經具備一定的中段反導能力,并且能夠抗擊超聲速反艦導彈。未來防空導彈射程有限的情況下,艦載激光武器將作為一種重要手段遂行中段反導任務,主要對導彈制導系統實施干擾、致盲。同時對于超聲速反艦導彈,由于武器系統跟瞄能力的限制,應對這類目標艦載激光武器則主要擔負遠距離、中高空的反導任務。針對突防進入近末端飛行的反艦導彈,由于目標距離較近,艦載激光武器系統反應靈敏、相比于彈炮抗擊速度更快,激光對導彈毀傷效果更加明顯,因此,使用艦載激光武器將更有利于把握戰機。此時,作戰艦艇可以艦載激光武器為主遂行近末端反導任務。如果面臨多批反艦導彈飽和攻擊,艦載激光武器還可憑借其轉火迅速、可持續作戰和無限載彈量的優勢在作戰中發揮出更加突出的作用。

在反無人機作戰中,艦載激光武器由于其突出的作戰效費比將成為艦艇的主要抗擊手段之一。肩負攔截中高空飛行的大型無人機、戰略無人機以及低空飛行的戰術無人機和無人機蜂群的重任。當來襲目標數量少、距離較遠、飛行高度較高時,此時艦炮和防空導彈攔截效能低或無法實施攔截,則率先由艦載激光武器對目標進行點對點快速打擊。當目標數量多,或者多批目標遠距離立體突防時,則由艦載激光武器和電子戰系統擔負主要的抗擊任務,在電子戰系統實施遠距離電子干擾后,艦載激光武器負責對漏網的無人機實施精確攔截。而對于多批目標組成的無人機蜂群低空突防進入艦艇近末端時,由于艦炮的載彈量有限,一次攔截只能針對數批目標,同時系統反應時間慢、應對困難,艦載激光武器將成為擔負艦艇末端防空任務最為有效的保底手段。

對于編隊而言,不同作戰艦艇的艦載激光武器進行合理編組,分布作戰,將擔負主要作戰方向和作戰區域的防空反導作戰任務,進行海上自衛和他衛式協防作戰、支援作戰等。在航母編隊的三層防區中[10],結合海面戰場環境特點和激光武器的實際作戰能力,艦載激光武器將在編隊外防區對該區域內的遠程反艦導彈導引頭實施激光致盲；協助中遠程防空導彈和電子戰系統對處于中防區內的反艦導彈、作戰飛機進行干擾、破壞；同時在內防區內對抵近該區域的反艦導彈、無人機以及無人機蜂群實施毀滅性打擊,并協同近程防空導彈和艦炮對突防的目標進行快速攔截。

4 艦載激光武器作戰模式

海上作戰面臨的對手是復雜多樣的,實戰中艦載激光武器通過多元信息融合共享、綜合態勢感知、一體化指揮控制、聯合火力打擊等,將在未來海上防空反導作戰體系中扮演出更加重要的角色[11]。作戰中針對不同作戰對手,根據作戰目的和要求的不同艦載激光武器將選擇不同的作戰模式,從而提高任務彈性、增強作戰效能。在海上防空反導作戰中,其主要作戰模式分為單艦自防御、協同防空以及協同反導。

4.1 單艦自防御

在單艦自防御模式下,艦載激光武器依托于不同平臺、不同類型的傳感器進行數據融合處理,獲取戰場綜合態勢,在艦載指控中心的直接指揮下組織武器通道實施作戰,主要采取積極自衛的方式進行單艦防空和近末端反導,確保自身安全。艦載激光武器單艦自防御模式通常在艦艇遠海作戰、缺乏岸基火力支持或者單獨執行任務的情況下使用。這種作戰模式下艦載激光武器既可以充分發揮自身特長,又能夠與艦載常規武器系統協同作戰,形成優勢互補,組成高低銜接、遠近結合的立體多層火力打擊網,從而增加艦艇的防御層級、增大防御縱深。但該種模式下艦載激光武器主要依托于自身承載平臺,對目標的跟瞄能力受限,不能夠進行超視距作戰。艦載激光武器單艦自防御作戰模式如圖2所示。

圖2 艦載激光武器單艦自防御作戰模式Fig.2 Shipborne laser weapon single-ship self-defense combat mode

此時,受限于單一作戰平臺,艦載激光武器對目標的殺傷區域近似于半球體,其作用距離為目標相對于武器系統的發射斜距。最大殺傷半徑取決于目標特性以及武器系統的作戰功率、跟瞄能力。

4.2 協同防空

在協同防空模式下艦載激光武器主要依托于艦艇編隊實施協同作戰。由編隊內艦載、機載預警探測系統獲取戰場實施態勢,在編隊指揮所統籌指揮下各作戰艦艇參與火力分配、具體組織武器通道實施防空作戰,用于保護重要軍事目標和編隊自身安全,在近海要地防空和遠海編隊作戰中廣泛運用。協同防空模式下作戰對手主要針對大氣層內各類型作戰飛機、預警偵察機、無人機、無人機蜂群以及末段飛行的反艦導彈。各作戰艦艇相互之間可進行實時的信息交互、數據共享。通過多艦協同,各承載平臺的艦載激光武器能夠根據目標威脅度和打擊有利度選擇最佳的作戰對象,實現對多批目標的動態跟蹤和打擊。同時,編隊內艦載激光武器與艦載常規武器協同運用,可充分發揮不同武器系統作戰優勢,組建層層防御的嚴密火力網,打擊不同作戰對手的關鍵環節,提升艦艇編隊的體系防空能力。該作戰模式對編隊一體化指控平臺的數據融合處理要求較高,對編隊協同指揮要求較高。艦載激光武器協同防空作戰模式如圖3所示。

圖3 艦載激光武器協同防空作戰模式Fig.3 Shipborne laser weapon coordinated air defense combat mode

4.3 協同反導

在協同反導作戰模式下,艦載激光武器綜合利用陸海空天不同平臺、多種手段的各類型傳感器進行戰場態勢感知,獲取目標引導信息,在編隊指揮所集中指揮下組織武器通道實施反導作戰。其作戰對手主要為彈道導彈、中遠程反艦巡航導彈等。該作戰模式下預警探測衛星、預警機、編隊指揮艦、各作戰艦艇相互之間組成完整的數據交互鏈路,艦載激光武器能夠通過編隊調整部署,依靠信息中繼、艦艦協同拓展打擊縱深,形成超視距作戰能力。針對彈道導彈的飛行彈道,多座艦載激光武器可根據目標航路捷徑選擇最佳的打擊窗口進行分層抗擊,實施分段、多點攔截。針對反艦導彈飽和攻擊,基于多艦協同,艦載激光武器可根據目標位置、特征信息選擇最佳的抗擊目標,增強打擊實效。此外,通過與艦空導彈、艦炮、電子戰系統的有效協同,實現軟硬一體、綜合抗擊,提升編隊的體系反導能力。相比于協同防空作戰模式,協同反導對艦載激光武器的作戰功率、跟瞄能力以及艦艇編隊的信息獲取能力要求更高。艦載激光武器協同反導作戰模式如圖4所示。

圖4 艦載激光武器協同反導作戰模式Fig.4 Shipborne laser weapon coordinated anti-missile combat mode

5 艦載激光武器運用策略

不同的作戰對象具有不同的目標特性,威脅程度和攻擊方式不同；而不同武器系統的作戰條件、作戰能力和系統反應時間也不同。因此,在艦艇編隊防空反導作戰中要根據不同的作戰對手靈活選擇作戰方式,合理進行火力分配,選擇最佳的作戰運用策略,以獲得最大的作戰效益。艦載激光武器在編隊防空反導作戰中主要運用方法分為單獨作戰和協同作戰。單獨作戰,指單獨使用某一作戰艦艇上的艦載激光武器進行單一作戰。單獨作戰通常在面對敵單個作戰目標或者目標威脅程度較小,采用艦載激光武器作戰性價比更高時使用。或者在其他作戰手段無法使用時單獨進行使用。例如在強電磁干擾條件下通過艦載激光武器對敵作戰飛機、光電探測器等進行干擾致盲,而不產生直接附帶性影響；在反無人機作戰中使用艦載激光武器對多個無人機實施快速摧毀；在反導作戰中對中段飛行的單個目標導引頭進行遠距離干擾、破壞。

艦載激光武器協同作戰既包括艦載激光武器之間的相互協同也包括艦載激光武器與艦載其他武器系統之間的綜合使用。協同運用是為了獲取更好的打擊效果,通常在應對敵多個來襲目標飽和攻擊,或者在敵目標威脅較大使用單個武器或者單一手段難以進行有效抗擊時使用。例如敵反艦導彈在我艦艇編隊防御外圍進行超遠程突防,以及敵無人機蜂群對我艦艇編隊進行飽和攻擊時,通常可采用艦載激光武器協同作戰的手段進行重重防御、分層抗擊。其中艦載激光武器相互之間的協同作戰運用方式主要有多臺武器單目標作戰和多臺武器多目標作戰。在多臺武器單目標作戰中,通過多臺武器同時抗擊同一目標,可有效增加對目標的打擊強度；或者根據目標的飛行路徑采取分段接力式攻擊,增加單位時間內對目標的抗擊次數。在進行多臺武器多目標作戰中,則可同時組織多個艦載激光武器火力通道抗擊多個目標,武器之間的作戰協同、火力分配顯得更加關鍵。

在海上防空反導作戰中,艦載激光武器典型的戰術戰法和運用策略主要表現為以下三種:一是對點防御,保衛重要軍事目標安全；二是區域防御,保護主要作戰方向空域安全；三是伴隨防御,保護己方機動力量安全。

5.1 對點防御

對點防御主要是為了保護己方重要軍事目標免遭襲擊而采取的作戰運用策略。通常在敵來襲目標相對固定、便于預測或者主要作戰方向、主要威脅方向唯一的情況下使用。單座艦載激光武器對點防御主要是為了抗擊攔截困難、威脅度高的作戰目標,需要同其他艦載防御手段結合運用提升綜合抗擊能力。多座艦載激光武器對點防御則主要是為了應對多個作戰目標,增加主要主戰方向的火力攔截強度。對點防御既可以采取集中部署也可采取分散部署。多座艦載激光武器集中部署可進行火力疊加,增加抗擊強度；多座艦載激光武器進行分散部署則可增加抗擊縱深,同時利于己方保全。例如近海防衛作戰中,艦載激光武器可采取分散部署、對點防御的策略保護重要軍事港口安全。艦載激光武器的對點防御如圖5所示。

圖5 艦載激光武器對點防御作戰Fig.5 Point-to-point defense operations of shipborne laser weapons

5.2 區域防御

區域防御主要是應對特定作戰區域的空襲目標和反艦導彈,保護主要作戰空域安全。區域防御通常在應對敵多批來襲目標、多個來襲方向,而艦載激光武器數量和火力通道較多的情況下使用。區域防御需要根據目標位置和作戰特性進行分片劃區,艦載激光武器采取分散部署,負責各自空域的防空反導作戰。區域防御在編隊指揮所的統籌指揮下,不同作戰艦艇、不同艦載武器平臺進行火力銜接,對艦載激光武器的打擊能力和作戰協同要求更高。當多批目標來襲時,艦載激光武器按照預先確定的作戰方案、協同計劃實施作戰,并根據實時態勢做出適當調整。作戰過程中,通過改變戰斗隊形可拓展防御縱深。例如航母編隊遠海作戰時艦載激光武器采取分散部署、區域防御的作戰運用策略應對敵空襲力量的飽和攻擊。艦載激光武器的區域防御如圖6所示。

圖6 艦載激光武器區域防御作戰Fig.6 Shipborne laser weapon area defense operations

5.3 伴隨防御

伴隨防御主要是在編隊行進過程中通過調整作戰艦艇部署,為編隊機動提供全程掩護。伴隨防御采取機動編組,艦載激光武器通常進行機動部署,要求既利于編隊行進、通信聯絡,又要利于武器系統發揚火力。伴隨防御針對不特定的作戰目標和不特定的作戰方向,目標具體威脅未知,作戰行動中需根據戰場實時態勢進行臨機作戰。例如航母編隊執行遠海作戰任務時,作戰艦艇在行進方向翼側伴隨護航,艦載激光武器可擔任對空警戒任務,確保行進方向安全。在聯合登陸作戰中艦載激光武器伴隨作戰,擊毀作戰飛機、攔截來襲導彈,掩護登陸部隊安全。艦載激光武器的伴隨防御如圖7所示。

圖7 艦載激光武器伴隨防御作戰Fig.7 Shipborne laser weapons accompany defense operations

6 結 語

在日趨激烈的海上作戰環境中,艦載激光武器以其獨特的作戰優勢不僅帶來錦上添花的作戰效果,有時更可能發揮出雪中送炭的關鍵作用。本文根據艦載激光武器的殺傷機理和作戰任務,研究總結了武器系統三種基本的作戰模式和三種典型的運用策略。隨著武器作戰功率的不斷提高以及與艦艇綜合集成技術的進一步發展,艦載激光武器的實戰化運用必將逐步成熟。涉及艦載激光武器與艦空導彈、艦炮的火力疊加和沖突消解策略將是下一步研究的方向和重點。