美國機載高能激光武器發展現狀及前景

陳 黎

高能激光武器作為一種典型的新概念武器，具有反應速度快、命中精度高、火力轉移迅速、作戰成本低、不受電磁干擾等突出優點，在軍事領域具有廣闊的應用前景。美國1960年研制出世界上第一臺紅寶石激光器后，即著手研究將激光技術應用于軍事領域，并投入巨資進行高能激光武器研發。在地基、海基、空基等各類高能激光武器中，機載（空基）高能激光武器由于搭載平臺（軍用固定翼飛機/直升機，以下稱軍機）在機體空間、能力供給、穩定性等方面的先天不足，研發過程中所面臨的技術難度較其他二者明顯更大，但由于機載高能激光武器在反彈道/巡航導彈、打擊有人/無人機、打擊地/水面目標、攔截來襲面空/空空導彈以提高載機生存力等方面的巨大應用潛力，其研發工作始終受到美國軍方的高度重視，目前已經在世界上處于明顯的領先地位，相關技術正逐步接近實用化。

美國機載高能激光武器發展歷程回顧

早在20世紀60年代后期，美國國內就有人就提出了“空中戰艦”（aerial battleship）概念：在部分大型飛機上配裝一部或多部大威力激光武器，用以攔截正在射向本機/友機的敵方面空/空空導彈，同時也可直接對敵方戰斗機實施打擊，從而為己方轟炸機編隊提供可靠有效的空中護航。由于當時越南戰爭正在激烈進行，戰爭中越軍大量使用蘇制SA-2地空導彈并給美軍飛機造成了重大損失，因此以著名核物理學家、美國“氫彈之父”愛德華·泰勒為首的一批科學家對“空中戰艦”概念甚為推崇，并建議軍方盡早為其作戰飛機配裝具備打擊來襲導彈/飛機能力的高能激光武器，由此促成了世界第一種機載高能激光武器——空中激光實驗室（ALL）的問世。

ALL項目由美空軍于20世紀70年代初主導實施，其主要內容是將一套功率為400千瓦的二氧化碳氣體激光器安裝到NKC-135A飛機上并進行各種飛行/射擊測試，從而對軍機平臺搭載高能激光武器并打擊各種空中目標的可行性進行演示驗證。在項目實施期間，ALL曾多次成功地進行實際射擊測試，尤其是在1983年5月—6月間的數次試驗中，ALL擊毀了由A-7海盜攻擊機發射的5枚AIM-9B響尾蛇空空導彈，堪稱機載高能激光武器發展史上的一個重要里程碑，初步展示了這類武器在軍事上的誘人應用前景。不過，由于當時技術水平的限制，ALL存在系統龐大笨重、作戰距離過短（僅5千米左右）等性能缺陷，因此難以作為實戰武器使用，而只適合用于技術演示驗證，該項目后于1984年終止。

繼ALL 之后，美空軍于20 世紀90 年代開始實施機載激光器（ABL）項目。與ALL相比，ABL換裝了一套兆瓦級化學氧-碘激光器，載機也改為更大型的波音747-400F貨機。ABL以遠距（300-600千米）攔截助推段彈道導彈為主要任務，同時也具備攔截來襲巡航導彈、無人機、甚至面空/空空導彈的能力。在ABL相關技術的基礎上，美國軍方還曾一度考慮過將化學氧-碘激光器小型化并以外掛吊艙的形式供F-15之類的戰斗機攜帶，從而使其具備類似ABL那樣的強大反導作戰能力。但由于技術復雜、成本過高、實用性較差等諸多原因，ABL最終沒能獲得美國軍方的正式訂貨，被轉為演示驗證項目后于2011年底被終止。

自1960年梅曼發明激光器后，美國就開始探索激光的軍事應用

在對ABL進行測試的同時，美空軍還利用其技術實施了先進戰術激光器（ATL）演示驗證項目。ATL采用了與ABL相同的化學氧-碘激光器，但僅使用了一個激光器模塊（ABL則使用6個），其功率降為100～300千瓦，載機也改為較小型的C-130戰術運輸機。ATL的主要任務是在較近距離（有效射程約15千米）上打擊地面戰術目標，但同時也具備一定的攔截來襲巡航導彈、甚至面空/空空導彈的潛力。ATL項目于2002年開始啟動，2009年完成兩次對地面靶標的射擊測試后結束。

回顧首臺激光器面世后的半個多世紀里美國機載高能激光武器的發展情況，其歷程可以說相當坎坷曲折，由于部分關鍵技術遲遲不能取得突破等原因，相關項目成果始終無法實現轉化。盡管這樣，美國軍方和工業界通過ALL、ABL、ATL等一系列項目的實施，充分驗證了機載高能激光武器在精確打擊空中/地面目標方面的巨大潛力，使美國軍方看到了機載高能激光武器的廣闊應用前景，也堅定了其發展后續同類武器的信心。與此同時，通過這些項目的實施，美國工業界在目標搜索/跟蹤、激光大氣傳輸補償、抖動控制和高能激光束管理等機載高能激光武器相關技術領域取得了一系列重大進展，由此建立起來的雄厚技術儲備以及在此期間所取得的經驗教訓將可轉用于其他同類武器的研制，從而為今后新一代機載高能激光武器的發展奠定了堅實的基礎。

美國機載高能激光武器發展近期動向

進入21 世紀以來，美國軍方與工業界合作，啟動了一系列名目繁多、技術路線各異的機載高能激光武器研發項目，并取得了大量階段性成果，其技術距離實用化也越來越近。在這些項目中，“高能液體激光區域防御系統”（HELLADS）、“航空自適應/航空光學波束控制”（ABC）和“自防護高能激光器驗證機”（SHiELD）三者尤其值得關注，因為它們非常典型地代表了美國在機載高能激光武器領域的最新動向，其技術可直接應用于今后的實戰裝備，甚至項目本身都有可能由演示驗證項目轉為正式采購項目。

美國空基ABL激光武器

ATL項目是ABL項目的補充

HELL ADS項目于2001年啟動，其目的是推出一種可攔截空空導彈、巡航導彈、火箭彈、火炮/迫擊炮彈等空中目標的戰術高能激光武器，并且特別要求系統體積小、重量輕、結構緊湊，以便于配裝到裝甲車輛、巡邏艇、戰斗機甚至無人機等小型戰術作戰平臺上。按照項目相關要求，HELLADS的功率為150千瓦（足以摧毀10千米外的飛機、導彈等目標），包括冷卻設備在內的系統總重不超過750千克（僅為目前同類激光器的1/10），同時其體積不大于3.3立方米僅相當于一個大型冰箱），整個武器系統的重量/功率比小于5千克/千瓦。為了達到這樣的性能指標，HELLADS的研制商（通用原子航空系統和達信防務系統公司）通過采用一系列獨具匠心的設計理念和技術創新，在HELLADS激光器上綜合了固體激光器和液體激光器各自的優點，使其同時兼具前者的高功率輸出特性和后者的優越熱管理性能，從而有效縮減了系統的體積重量，尤其是無需配備龐大笨重的冷卻系統。其中通用原子航空系統公司的HELL ADS方案樣機已于2015年夏季以“激光武器系統驗證機”（DLWS）的名義，在新墨西哥州的白沙導彈靶場進行地面射擊測試，其射擊目標除了專門用于模擬面空導彈的靶彈外，還包括火箭彈、迫擊炮彈以及地面車輛。目前通用原子航空系統公司正在進行更新一代HELLADS激光器的研發，其體積重量將會在現有基礎上進一步縮減。

ABC項目于2004年啟動，旨在對未來軍機所使用的小型全向射擊激光炮塔的相關技術進行驗證測試。該項目的技術成果對于今后推出具有實戰意義的機載高能激光武器至關重要，因為傳統的軍機炮塔是突出于機身之外的，當載機以較高速度飛行時，炮塔后方會產生較強的湍流，進而會影響到激光向后發射時的殺傷威力和瞄準精度，由此導致機載高能激光武器只能對前方目標進行射擊，而難以對付從載機側方和后方來襲的目標。考慮到后方往往是敵方飛機/導彈來襲的一個重要方向，若上述問題不解決，戰時無疑會給載機帶來嚴重的安全隱患。在ABC項目中，通過采用洛克希德·馬丁公司開發的主動流動控制和光學補償技術，將可以有效消除炮塔湍流對激光后向發射的不利影響，允許高能激光武器對從任何方向來襲的目標進行射擊，從而為機載高能激光武器的實用化掃清技術障礙。不僅如此，該技術經后續改進后，對于消除載機自身高速移動和發動機尾流所導致的機體后方湍流也同樣有效，同時還有助于增強激光束穿透障礙（云層、煙霧等）的能力，并增大其有效射程，從而進一步改善機載高能激光武器的性能。按照評估，ABC炮塔技術一旦發展成熟，將可以直接安裝在轟炸機等大型作戰飛機上，其改型（體積將適當縮減）則可安裝到戰斗機等戰術飛機甚至小型無人作戰飛機上。到2012年底，ABC項目已經完成了各種相關技術的研究評估及激光炮塔的設計工作，并從2013年開始將炮塔安裝在一架法制隼10噴氣公務機上進行空中測試。

SHiELD項目于2017年正式啟動，計劃開發一種可供以F-15、F-16、F/A-18E/F戰斗機為代表的超聲速作戰飛機外掛攜帶的反導自衛高能激光武器系統吊艙，并對其在戰場環境下攔截來襲面空/空空導彈的任務效能進行驗證測試。按照項目相關要求，SHiELD吊艙的全重將被控制在1500磅（681千克）之內，其體積則不大于美空軍現役F-15、F-16戰斗機所使用的600加侖（2271升）標準副油箱，因而非常便于戰斗機、攻擊機、戰斗轟炸機等戰術作戰飛機外掛攜帶；SHiELD系統的核心部件是一部結構非常緊湊的小型激光器，其功率初步定為60千瓦，在其有效作戰距離內足以毀傷來襲面空/空空導彈的導引頭，從而給載機提供可靠的戰場防護。今后隨著項目的進展，SHiELD后續改進型的功率將會陸續提高到上百、甚至數百千瓦，其殺傷威力也將不斷增大，屆時除了繼續承擔反導自衛任務外，還將有能力對各種空中/地（水）面目標實施遠距離打擊，其載機平臺也將會擴展到AC-130炮艇機、戰略轟炸機等大型作戰飛機以及運輸機、加油機、預警機等大型支援保障飛機。SHiELD項目承包商為諾斯羅普·格魯門和洛克希德·馬丁公司，其方案樣機已在2019年4月的一次地面射擊測試中成功擊落數枚飛行中的空射導彈靶標，其首次空中射擊測試（由F-15戰斗機攜帶）預計將在近年內進行。

美軍激光武器系統進行跨聲速風洞測試

美國機載高能激光武器發展前景展望

按照美國軍方多年來的評估，今后隨著新一代先進防空導彈、第五代戰斗機、反隱身探測裝置等先進裝備在世界范圍內大量擴散，其作戰飛機在未來戰場上面臨的威脅將遠比現在嚴重，甚至B-2A轟炸機、F-22/F-35戰斗機等飛機引以為傲的隱身性能優勢也將會逐漸喪失，因而迫切需要通過各種新概念防護手段來提高戰場生存力。在這樣的背景下，美國國內各界對高能激光武器在軍機自防護領域的應用前景高度重視，并將反導自衛作為其新一代機載高能激光武器最主要、最基本的性能需求。基于這樣的指導思想，美國軍方、工業界和防務智庫近年提出了一系列未來軍機搭載高能激光武器的概念方案，同時開始著手探討相關的技術實現途徑，由此初步勾勒出了美軍機載高能激光武器的未來發展路線圖。

對于戰斗機、攻擊機、戰斗轟炸機等戰術作戰飛機來說，美軍現役的F-15、F-16、F/A-18E/F等第四代/四代半戰斗機今后將可以通過外掛高能激光武器吊艙的方式來提高自防護能力，這種高能激光武器的輸出功率和威力均較為適中，可直接毀傷（而不僅僅是致盲）來襲的各種面空/空空導彈。在美軍現役第五代戰斗機中，F-22和F-35初期型也將會配備吊艙式高能激光武器，但這些吊艙將會采用隱身化設計，以盡量減少對載機戰場隱蔽性的破壞。F-35部分后續改進型上的高能激光武器則將很可能采用內置安裝方式，并且其功率和威力也會有相應提高，用途也將不再局限于自身防護，而具備一定的“進攻性”。目前尚處于研發階段的美軍第六代戰斗機盡管同樣可攜帶高能激光武器吊艙，但是洛克希德·馬丁公司等廠商已經開始探討以共形安裝（激光器陣列、光束控制設備與軍機平臺的蒙皮結構實現一體化）的方式來為其配備高能激光武器，并且這種高能激光武器的威力將進一步提升，可對各種空中/地（水）面目標實施有效打擊。

對于轟炸機、加油機、預警機等大型軍用飛機來說，多年來美國一直在研究為現役的AC-130炮艇機和B-52H、B-1B、B-2A戰略轟炸機配裝高能激光武器。由于這類飛機在搭載保障條件方面遠優于戰術飛機，因此它們盡管均具備攜帶高能激光武器吊艙的能力，但內置安裝才是其配裝高能激光武器的主要方式，并且這些飛機上的高能激光武器的功率和威力將遠大于戰術飛機，從一開始就可作為攻防兼備武器使用，尤其是可對地/水面目標實施有效打擊。當美軍新一代B-21轟炸機服役后，其配備的高能激光武器將很可能會采用更先進的共形安裝方式，并且威力也將更加強大。除了上述用于一線作戰的大型軍用飛機外，今后戰時只要有需要，美軍其他各種大型支援保障飛機（加油機、預警機、運輸機等）也可通過加裝高能激光武器、尤其是臨時外掛高能激光武器吊艙的方式來增強自身的戰場生存力。

美軍直升機機載激光武器概念圖

對于直升機、傾轉旋翼機來說，由于其大部分型別在高能激光武器搭載保障條件方面與固定翼飛機差距甚大，再加上直升機振動問題普遍較為突出、低空飛行時揚起的塵土會影響光束質量等原因，導致其在配裝高能激光武器時會面臨更多更大的困難。先前美國軍方和工業界只是對體型較大、搭載保障條件相對更為充裕的CH-47支奴干/CH-53種馬重型直升機和V-22魚鷹傾轉旋翼機進行過配裝高能激光武器的早期論證，但隨著高能激光武器系統小型化、輕量化、集成化程度的提高，普通直升機/旋翼機配裝機載高能激光武器的條件也正日益成熟，美國軍方已經開始著手為體型更小的AH-64阿帕奇/AH-1眼鏡蛇武裝直升機和MH-60黑鷹多用途直升機加裝高能激光武器。目前美軍特種作戰司令部正在與陸軍合作，進行AH-64直升機掛裝高能激光武器吊艙（由雷神公司研制）的可行性測試。

在進行各種軍機平臺配裝高能激光武器的探討論證的同時，美國軍方也早已開始了相關的飛行員培訓工作，以幫助飛行員盡早熟悉高能激光武器的性能特點并掌握其操作技能。早在21世紀初，美空軍研究實驗室就與柯特蘭空軍基地合作，通過在現有飛行訓練模擬器中加裝高能激光武器模塊的方式，專門改裝了數臺F-16戰斗機訓練模擬器用以擔負上述任務。與此同時，美國軍方也開始了未來機載高能激光武器相關戰術戰法的探索，并著手對相關的作戰概念和理論進行完善。例如2015年9月，時任美空軍空中作戰司令部司令霍克·卡萊爾上將在出席空軍協會年會時就強調指出，在今后“第五代戰爭”的空戰中，戰斗機將會廣泛使用高能激光武器來防御敵方導彈的攻擊。