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近日,美国一个军事爱好者网站曝光一名美国军迷“偷拍”的美国海军军舰照片,在照片中我们可以清晰看见在“阿列·伯克”级导弹驱逐舰DDG-106“斯托克戴尔” (Stockdale)号的舰尾直升机平台上安装有一个激光发射装置和辅助设备。据外网报道,这是美国首次上舰试验防空型激光炮。根据图片上的信息,这种激光炮是由美国雷神(Raytheon)公司研制的“激光武器系统”(LaWS,Laser Weapons System)。
激光武器的优劣
我们经常可以在反映未来战争的电影中看到威力强大的激光武器,而在目前的技术条件下,激光武器还没有电影中的威力,也有一定的局限性,但它仍然拥有某些超过现有武器装备的优点。
首先是使用成本低。虽然研发并制造激光武器需要巨额资金投入,但在武器的使用过程中的成本却相当的低。例如,如果利用舰上的燃料发电产生的电力来产生激光,那么每发射一次激光所需要的电力折算成燃料消耗的话还不到1美元(此观点引自“Navy Shipboard Lasers for Surface, Air, andMissile Defense: Background and Issues for Congress”,作者为海军事务专家Ronald O’Rourke,2012年8月10日发表),换句话说激光武器每次射击的成本只有约1美元。如果是化学激光器,发射一次所需要消耗的化学物质也仅需数百到数千美元。相比之下,美国海军目前装备的各种防空导弹成本每枚约十几万美元到数百万美元不等,而能拦截弹道导弹的“标准”III导弹更是需要上千万美元一枚。如果目标是一些低成本的小型目标,例如无人机,那么使用导弹去攻击它们则很不划算,此时就可以用激光武器去拦截,以提高攻击的费效比。
其次是发射次数多。军舰所携带的导弹数量有限,远程导弹通常数量在百枚左右,近防导弹的数量在几十枚左右,而“密集阵”等近防炮所带的弹药也仅能进行少量次数的射击。这些导弹在较大规模的战斗中是显得有些局促的,而如果采用激光武器,只要军舰上能提供足够的电力(取决于燃料的数量)和足够的冷却能力以防武器过热,激光武器就可以一次次的进行射击,有观察家甚至认为这时激光武器可以无限次射击,直到军舰需要补充燃料来发电为止。而且激光武器可以调节发射功率,在对付诸如无人机等小型目标时,可以用较小的功率射击,此时对全舰电力的消耗更是微乎其微。
第三是速度快。激光在大气中以光速传播,这样在它到达目标的时间可以忽略不计,这样可以简化火控系统的瞄准程序;同时如果目标正在向自己高速飞来,使用激光武器可以立即拦截,而不用像导弹一样需要时间来到达目标,而即使导弹飞行时间很短,也是有可能对战斗产生不利影响。另外,激光武器对付机动目标的能力也更强,如果目标在进行剧烈的高速机动,那么导弹和机炮则有很大的可能打不中目标,而激光武器则不存在这些问题,不论目标在进行什么机动,只要没有超过激光发射器转动的速度,激光束就可以一直稳定的击中目标,直至将其击毁。
第四是可以将打击范围精确到点,因此可以降低附带伤害。激光的光束很集中,发散直径通常只有几厘米左右,这样就允许它直接打击某些目标的关键部位,而不会影响或很少影响到目标的其他部分或它周围的物体,而如果没有击中目标,激光束也会一直飞向天际,而不会对其它物体产生杀伤。如果采用机炮或导弹射击,要是炮弹和导弹错过了目标,那么炮弹或导弹弹片就可能落到地面产生一些不必要的损失。除此之外,如果调节激光器的功率,就可以从硬杀伤变成只摧毁或干扰光电传感器的软杀伤,从而达到警告敌对飞机或使其失去某些功能的效果。
当然,激光武器也不是万能的,激光的本质还是光,就需要遵循光的物理特性,因此光线在自然条件下所受到的限制,激光武器也同样会遇到。
首先是直线攻击武器的视距问题。激光与电磁波相同,只能按直线传播,因此无法射击地平线以下的目标,而且如果目标是大浪中的一条小船或低空飞行的目标,激光武器也无法稳定的击中目标,因为浪花会干扰甚至隔断光束,而导弹此时可以采用高抛弹道从目标上方发起攻击,就可以回避天气的影响。当然,由于前文提到的激光武器的快速性,即使攻击视距内的低空目标,也可能会有足够的时间来击毁它。
其次是大气对光束的吸收、散射等问题。这些问题表明,激光武器不是全天候的解决方案。激光大气中传播会受很多影响,特别是水汽、烟雾、盐粒以及其他空气污染物等,这些物质可以吸收和散射光线,可以大大降低激光武器的精度和威力,尤其是在海上。当然,在某些波长下,水蒸气对该波长的光吸收较少,因此可以使用这些波长的激光来防止水蒸气对光能量的过份吸收。另外,激光器在连续射击后有可能加热发射器周围的空气,从而对激光产生一个“散焦”的效果,这样就分散了激光在远距离上能量的集中程度,这种效果称为“热晕”。一般来说,解决大气对光线的影响问题,可以先对目标发送一束定位/测量激光,就可以根据这束激光的情况来确定大气的折射或散射程度,然后利用大气吸收率较低的特定波长的激光来按定位/测量激光的目标坐标发射,就可以减轻大气环境对激光武器的影响。而至于雨雾等恶劣天气下,激光武器无法工作时,就需要传统武器来进行补充。
第三是目标的情况。激光产生杀伤的原理是集中能量对材料的烧蚀,但如果目标处于高速旋转状态(例如某些旋转稳定的武器),那么光斑就不是集中在目标的同一点上,因为前一瞬间激光烧热的材料在下一瞬间就旋转到了其他方向,而此时激光光斑需要“重新”烧蚀材料。另外,如果目标表面被涂敷了高反光材料(例如涂敷了激光器内部的反光器件的表面材料),这也会对光束的攻击效果产生影响。
现实中的激光武器
实际上,在2011年美国海军已经测试了诺斯罗普·格鲁门公司研制的MLD轻型舰载激光炮,并成功击毁一艘小艇。
在更早的2009年,雷神公司就试验过舰载的固态激光武器,并在试验中击落四架无人机,而那次试验的激光炮很可能就是这次曝光的舰载激光炮。雷神公司使用红外摄像机拍摄了一些视频资料,并在2010年的范堡罗国际航空展上公布出来。从这段简短的黑白视频画面上可以看到,一架无人机首先在空中掠过,几秒钟之后,它突然变成一团火球,随后坠入海中。在本次试验中,4架无人机以480千米/小时的速度飞行,而位于3.2千米之外的美军战舰上的“密集阵”雷达系统开始工作,它将探测到的无人机距离和方位等信息传输给激光武器系统,激光器随即发射功率32千瓦的激光束,数秒之内就将无人机烧毁。
据雷神公司的声明,这种激光武器可以使用原来军舰上的“密集阵”近防系统的雷达和观瞄设备,只是用激光发射器取代了原来的20毫米机炮。如果条件合适的话,这种激光武器系统(LaWS)的能力超出了传统的“密集阵”近防系统,而这种激光武器上舰的一个主要挑战是海洋环境下湿润、充满盐份的空气对激光传播的影响,这些条件很不利于激光的远距离传播。
除了海军武器,美国空军和陆军也计划发展自己的激光防御武器,其中美国陆军与以色列联合研制了“鹦鹉螺”激光防御系统(THEL),早在21世纪初就已进行过发射试验,该系统的研制在2005年中止;而美国空军则进行机载激光武器系统(ABL)的试验,目前已由于经费问题也已经被取消了。
激光武器的优劣
我们经常可以在反映未来战争的电影中看到威力强大的激光武器,而在目前的技术条件下,激光武器还没有电影中的威力,也有一定的局限性,但它仍然拥有某些超过现有武器装备的优点。
首先是使用成本低。虽然研发并制造激光武器需要巨额资金投入,但在武器的使用过程中的成本却相当的低。例如,如果利用舰上的燃料发电产生的电力来产生激光,那么每发射一次激光所需要的电力折算成燃料消耗的话还不到1美元(此观点引自“Navy Shipboard Lasers for Surface, Air, andMissile Defense: Background and Issues for Congress”,作者为海军事务专家Ronald O’Rourke,2012年8月10日发表),换句话说激光武器每次射击的成本只有约1美元。如果是化学激光器,发射一次所需要消耗的化学物质也仅需数百到数千美元。相比之下,美国海军目前装备的各种防空导弹成本每枚约十几万美元到数百万美元不等,而能拦截弹道导弹的“标准”III导弹更是需要上千万美元一枚。如果目标是一些低成本的小型目标,例如无人机,那么使用导弹去攻击它们则很不划算,此时就可以用激光武器去拦截,以提高攻击的费效比。
其次是发射次数多。军舰所携带的导弹数量有限,远程导弹通常数量在百枚左右,近防导弹的数量在几十枚左右,而“密集阵”等近防炮所带的弹药也仅能进行少量次数的射击。这些导弹在较大规模的战斗中是显得有些局促的,而如果采用激光武器,只要军舰上能提供足够的电力(取决于燃料的数量)和足够的冷却能力以防武器过热,激光武器就可以一次次的进行射击,有观察家甚至认为这时激光武器可以无限次射击,直到军舰需要补充燃料来发电为止。而且激光武器可以调节发射功率,在对付诸如无人机等小型目标时,可以用较小的功率射击,此时对全舰电力的消耗更是微乎其微。
第三是速度快。激光在大气中以光速传播,这样在它到达目标的时间可以忽略不计,这样可以简化火控系统的瞄准程序;同时如果目标正在向自己高速飞来,使用激光武器可以立即拦截,而不用像导弹一样需要时间来到达目标,而即使导弹飞行时间很短,也是有可能对战斗产生不利影响。另外,激光武器对付机动目标的能力也更强,如果目标在进行剧烈的高速机动,那么导弹和机炮则有很大的可能打不中目标,而激光武器则不存在这些问题,不论目标在进行什么机动,只要没有超过激光发射器转动的速度,激光束就可以一直稳定的击中目标,直至将其击毁。
第四是可以将打击范围精确到点,因此可以降低附带伤害。激光的光束很集中,发散直径通常只有几厘米左右,这样就允许它直接打击某些目标的关键部位,而不会影响或很少影响到目标的其他部分或它周围的物体,而如果没有击中目标,激光束也会一直飞向天际,而不会对其它物体产生杀伤。如果采用机炮或导弹射击,要是炮弹和导弹错过了目标,那么炮弹或导弹弹片就可能落到地面产生一些不必要的损失。除此之外,如果调节激光器的功率,就可以从硬杀伤变成只摧毁或干扰光电传感器的软杀伤,从而达到警告敌对飞机或使其失去某些功能的效果。
当然,激光武器也不是万能的,激光的本质还是光,就需要遵循光的物理特性,因此光线在自然条件下所受到的限制,激光武器也同样会遇到。
首先是直线攻击武器的视距问题。激光与电磁波相同,只能按直线传播,因此无法射击地平线以下的目标,而且如果目标是大浪中的一条小船或低空飞行的目标,激光武器也无法稳定的击中目标,因为浪花会干扰甚至隔断光束,而导弹此时可以采用高抛弹道从目标上方发起攻击,就可以回避天气的影响。当然,由于前文提到的激光武器的快速性,即使攻击视距内的低空目标,也可能会有足够的时间来击毁它。
其次是大气对光束的吸收、散射等问题。这些问题表明,激光武器不是全天候的解决方案。激光大气中传播会受很多影响,特别是水汽、烟雾、盐粒以及其他空气污染物等,这些物质可以吸收和散射光线,可以大大降低激光武器的精度和威力,尤其是在海上。当然,在某些波长下,水蒸气对该波长的光吸收较少,因此可以使用这些波长的激光来防止水蒸气对光能量的过份吸收。另外,激光器在连续射击后有可能加热发射器周围的空气,从而对激光产生一个“散焦”的效果,这样就分散了激光在远距离上能量的集中程度,这种效果称为“热晕”。一般来说,解决大气对光线的影响问题,可以先对目标发送一束定位/测量激光,就可以根据这束激光的情况来确定大气的折射或散射程度,然后利用大气吸收率较低的特定波长的激光来按定位/测量激光的目标坐标发射,就可以减轻大气环境对激光武器的影响。而至于雨雾等恶劣天气下,激光武器无法工作时,就需要传统武器来进行补充。
第三是目标的情况。激光产生杀伤的原理是集中能量对材料的烧蚀,但如果目标处于高速旋转状态(例如某些旋转稳定的武器),那么光斑就不是集中在目标的同一点上,因为前一瞬间激光烧热的材料在下一瞬间就旋转到了其他方向,而此时激光光斑需要“重新”烧蚀材料。另外,如果目标表面被涂敷了高反光材料(例如涂敷了激光器内部的反光器件的表面材料),这也会对光束的攻击效果产生影响。
现实中的激光武器
实际上,在2011年美国海军已经测试了诺斯罗普·格鲁门公司研制的MLD轻型舰载激光炮,并成功击毁一艘小艇。
在更早的2009年,雷神公司就试验过舰载的固态激光武器,并在试验中击落四架无人机,而那次试验的激光炮很可能就是这次曝光的舰载激光炮。雷神公司使用红外摄像机拍摄了一些视频资料,并在2010年的范堡罗国际航空展上公布出来。从这段简短的黑白视频画面上可以看到,一架无人机首先在空中掠过,几秒钟之后,它突然变成一团火球,随后坠入海中。在本次试验中,4架无人机以480千米/小时的速度飞行,而位于3.2千米之外的美军战舰上的“密集阵”雷达系统开始工作,它将探测到的无人机距离和方位等信息传输给激光武器系统,激光器随即发射功率32千瓦的激光束,数秒之内就将无人机烧毁。
据雷神公司的声明,这种激光武器可以使用原来军舰上的“密集阵”近防系统的雷达和观瞄设备,只是用激光发射器取代了原来的20毫米机炮。如果条件合适的话,这种激光武器系统(LaWS)的能力超出了传统的“密集阵”近防系统,而这种激光武器上舰的一个主要挑战是海洋环境下湿润、充满盐份的空气对激光传播的影响,这些条件很不利于激光的远距离传播。
除了海军武器,美国空军和陆军也计划发展自己的激光防御武器,其中美国陆军与以色列联合研制了“鹦鹉螺”激光防御系统(THEL),早在21世纪初就已进行过发射试验,该系统的研制在2005年中止;而美国空军则进行机载激光武器系统(ABL)的试验,目前已由于经费问题也已经被取消了。