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铁血利器——世界王牌武器
1.4.2.2 二、机载激光武器

第二章 精准之星—光武器

Jing Zhun Zhi Xing——Guang Wu Qi

第一节 激光武器及其分类

我国古代传说中就有“用光杀人”的记载。《封神演义》中有“哼”“哈”二将,可从鼻中喷出光来,使敌人丧命。鉴于激光武器的重要作用和地位,美、俄、以色列和其他一些发达国家都投入了巨额资金,制定了宏伟计划,组织了庞大的科技队伍,研发激光武器。至20世纪90年代初,仅美国政府对激光武器的研究投资就达90亿美元。20世纪80年代中后期,苏联和英国的军舰或陆上已有实验性战术激光武器装备,美、法、德等国也做了大量试验。

一、光武器的传说

利用太阳光作为武器,早在公元300年就有使用的记载。传说,当时罗马舰队占领了叙拉克市,为了打败罗马军队的进攻,当时著名的科学家阿基米德发动市内所有妇女都带上一面小镜子来到码头,并用镜子把太阳光反射到距离最近的一艘军舰上,当时军舰立刻起火,敌军大败。

中外科学幻想中也早有“魔光”、“死光”之说。1960年,激光出现后,用激光作为武器成了军事武器专家追求的梦想。

●美国海军神秘的激光炮

二、光武器概念及其构成

1.激光武器的由来

激光武器是利用激光束的能量直接攻击和杀伤目标的一种定向能武器。激光武器的最早概念可追溯到古希腊,当时的科学家阿基米德曾建议士兵站在赛尔卡斯港周围的山上,利用磨光的盾牌作反射镜聚焦阳光企图烧毁敌人的船队。这是最早利用光作武器的设想。后来于1896年,韦尔斯在小说《世界战争》中描写了火星人用“热束武器”攻击地球的幻想,这就是今天的射束武器。他们的想法虽好,但因太阳光是非相干的光源,单色性差,发散角大,即使使用反射镜聚焦,也难以奏效。直到20世纪60年代出现了激光,用光作武器的想法才有可能成为现实。现在激光武器已成为定向能武器家族的重要成员,并首先在战争中服役。

2.激光武器的功用

激光武器按其功用大致可分为战术激光武器和战略激光武器。战术激光武器由激光器件、激光束发射系统(含对激光束进行补偿的自适应光学系统)和跟踪瞄准系统构成。战术激光武器主要用于激光致盲、光电对抗中的激光干扰和激光防空等,攻击的目标是人员、军事装备上的光电装置、飞机、战术导弹、巡航导弹等。作战距离一般在几十千米。

●飞机是激光武器攻击的目标之一

战略激光武器系统的基本结构与战术激光武器大致相同,只是对各部件的要求不同而已。战略激光武器大致分两类:一类是反卫星激光武器,它们可以干扰、破坏卫星上的仪器设备或摧毁卫星平台;另一类是反弹道导弹激光武器。不管用于反卫星还是拦截弹道导弹,战略激光武器均可采用两种部署方式:一是把激光武器布置在太空的作战平台上,称为天基激光武器;二是将激光武器布置在地面上,称作陆基激光武器。使用天基激光武器时,不需考虑妨碍或限制激光束传播的大气的影响,也不存在因风动(气流)或地动等外部扰动源对瞄准、跟踪系统精度的影响;从目前的小型化程度看,可选用化学激光器和X射线激光器作为天基激光(武)器。陆基激光武器使用自由电子激光器、准分子激光器、化学激光器等;由于在陆基工作,光束受大气影响,会产生损耗和畸变等不利现象,因此必须为之设计一个混合式光束控制、大气补偿和火控的系统。陆基激光武器的典型作战方案是,在地球同步轨道上安装一台中继反射镜,在低轨道上再安装一台战斗镜,中继反射镜将陆基激光器射来的激光束反射到战斗镜上,然后战斗镜将接收到的光束聚焦后射向目标,对目标进行杀伤。

●陆基激光武器

3.激光武器的优缺点

激光武器的主要优点是速度快、精度高,攻击时无需提前量,可以做到“指向哪儿,打到哪儿”,即发即中;射击频率高;无惯性;无污染;作战效能好;反应灵活;本身抗电磁干扰;造价合理,若以电能作能源,发射1万次致盲激光或破坏光电部件的激光,每小时仅耗电1千瓦(即1度电),这显然比1万发子弹的成本低得多。

激光武器的主要缺点是:受大气的制约和影响太大,大气对激光有衰减作用;随射程增大,打在靶上的光斑直径变大,因而功率密度变小,要想让光斑直径变小,则反射镜到目标的距离应当近似于反射镜的焦距,否则散焦将使光斑加大。

三、激光武器的分类

根据不同的分类标准,激光武器可分为很多种。这里我们仅介绍四种分类方法:根据作战用途、激光能量、装备平台和激光器的种类分类。

●卫星是战略激光武器的目标之一

1.根据作战用途分类

根据作战用途的不同,激光武器可分为战术激光武器和战略激光武器两大类。

(1)战术激光武器

以一般性战术目标为攻击对象的激光武器,主要用于防空、反导、地面压制,如舰载激光武器、机载激光武器和地面机动激光武器。

(2)战略激光武器

以重要战略目标(如卫星、雷达站等)为攻击对象的激光武器。这类激光武器的研制困难最大,但一旦成功,作用也最大,它可以反卫星、反洲际弹道导弹,从而成为最先进的防御武器。

但是,有些激光武器兼备战术和战略激光武器的功能,如机载激光武器,既可用来反导,又有潜力发展成为反卫星的武器。

2.根据激光能量分类

根据激光能量,激光武器可分为低能激光武器和高能激光武器(或强激光武器)。按照美国国防部的定义,平均输出功率不小于20千瓦或每个脉冲的能量不小于30千焦的称为高能激光武器,功率或能量在此界限以下的则属于低能激光武器。

但也有不少人认为,很难在高能激光武器和低能激光武器之间划一条明确的界限。持这种观点的人认为,激光武器高能与低能的区分与所攻击目标有关。高能激光武器的作战对象是飞机、直升机或导弹等,目的是摧毁这些结构本身而不仅仅是破坏其传感器;低能激光武器的作战对象则是各种武器系统上的传感器、敌方指战员的眼睛等对激光极为敏感的器件和部位。

3.根据装备平台分类

根据装备平台,激光武器可分为地基(固定和车载机动式)激光武器、空基(机载)激光武器、天基激光武器和舰载激光武器等。其中,空基激光武器又可分为有人机载激光武器和无人机载激光武器。目前,无人机载激光武器尚处于概念研究阶段。

4.根据激光器的种类分类

根据激光器的种类不同,激光武器可分为化学激光武器、固体激光武器、气体激光武器和自由电子激光武器等。

第二节 光武器的应用

光武器经过一段时间的发展之后,美国国防部广泛研究了高能激光器的军用可能性,以确定哪些地方可最有效地使用光武器,哪些地方它们的独特性能能发挥最好。这些研究表明,在光武器能很快实际应用的那些地方,如舰艇和地面部队的低空防御,它们面临常规武器在成本效率比方面的强烈竞争,世界各国也都加快了光武器的研制步伐。

一、车载战术反导激光武器

激光武器可以采取机载、舰载、车载、地基等多种形式。

激光辐射到目标表面之后,可能产生一系列的热学、力学等物理和化学过程,使目标的某些部件受到暂时或永久性损伤。飞行目标遭到激光的损伤后,可能从空中坠落,也可能改变飞行轨迹而脱靶。

从激光武器的作战距离和用途上可以分为战略防御激光武器、战区防御激光武器和战术防空激光武器。其中,战区防御激光武器和战术防空激光武器又称为战场激光武器,它是当前世界各国发展的重点。

●“鹦鹉螺”激光武器

1995年美国陆军和以色列国防部开始合作研制车载“鹦鹉螺”激光武器系统。2000年6月6日、8月28日和9月22日,美以联合研制的“鹦鹉螺”激光武器在三次激光武器系统系列试验中,分别成功击落了一枚、和两枚“喀秋莎”火箭,进而成为世界上第一个成功击落火箭的战术高能激光武器系统。

“鹦鹉螺”激光武器也称战术高能激光武器,由激光器指示、追踪、火控雷达和指挥中心4个主要部分组成。其指挥控制中心可同时追踪15个目标。激光束照射靶标5秒钟即可摧毁目标。系统有效射程10千米,如果配以强大的电力支持,也可用于攻击飞机。“鹦鹉螺”系统的研制目的是为了消除“喀秋莎”火箭对以色列北部边境的威胁,原计划在以色列军队撤离南黎前就开始部署。然而,当该系统在美国进入最后试验阶段时,以色列国防部却对其能力表示怀疑,并称暂不准备将目前研制的系统用于防空部署,但希望以现有的成果为起点,继续研制可满足以色列防空实际要求的新系统。

二、机载激光武器

机载激光武器是一种战区激光武器。美国于20世纪90年代初开始机载激光武器研制,其目的是研制能够拦截和击毁助推段的敌方战术弹道导弹。1998年6月,美国空军成功地进行了正常飞行重量的高能激光器组件的首次发射试验。

●机载激光武器

三、地基反卫星激光武器

地基反卫星激光武器属战略激光武器。可对在轨卫星等目标进行软、硬破坏,是未来空间攻防作战武器系统的重要发展方向。美国的试验表明:激光武器对抗卫星不仅是可行的,而且十分有效。

四、高功率微波武器

微波在现代生活中有很重要的作用,那么什么样的微波才是可以应用于武器的高功率微波呢?高功率微波一般指峰值功率在100兆瓦以上、频率在1~300千兆赫内的电磁波,对应的波长在1毫米到30厘米之间。高功率微波技术是为了获得高功率微波而发展起来的一门新技术,它包括高功率电磁脉冲产生技术、相对论强流电子束产生与维持技术、高功率微波器件技术、高功率微波传输、模式转换和定向发射技术等,它与常规微波源技术有较大的差别。

高功率微波对电子设备可以产生各种影响。当微波功率密度达到一定程度(0.01~1微瓦/平方厘米)时,可以使工作在相应频段上的雷达和通讯设备受到干扰,不能够正常工作。当功率加大(功率密度达到0.01~1瓦)时,可以使雷达、通讯及导航等设备的微波器件性能降低或失效,尤其是计算机芯片更容易受到毁坏。功率密度再加大(10~100瓦/平方厘米)后,可以使工作在任何波段的电子元器件完全失效。在武器系统中电子设备是“大脑”和“神经”,它一旦失效,轻者使武器丧失功能,重者将导致武器系统的毁坏。

●地基反卫星激光武器

蜂窝式无线电话(大哥大)是否可以对使用者的大脑造成损害引起了很大争论,到现在也没有定论,但高功率微波的确会对人体造成伤害。它对人员的伤害可以分为热效应和非热效应两种。实验表明,微波功率密度为0.5瓦/平方厘米时,开始造成皮肤的轻度灼伤。微波功率密度在20瓦/平方厘米时,只要照射2秒钟即可造成皮肤三度烧伤。当功率密度达到80瓦/平方厘米时,仅需1秒钟就会置人于死地!前苏联研究人员曾使用1千兆瓦的微波源照射山羊,结果使1千米外的山羊丧命,2千米外的山羊也失去了活动能力。在人体中,脑细胞对微波的热效应敏感,只要用微波使脑部温度变化几度,就可以引起人体痉挛,失去知觉和记忆。在30厘米波段产生这样的热效应的功率密度仅需10~50毫瓦/平方厘米。

在微波强度更弱的时候就足以产生非热效应,它使人产生精神错乱、行为错误、烦躁、致盲、记忆力减退或心肺功能衰竭等。在微波照射下,人还会感觉到一种可听的声音,依脉冲宽度和频率的不同,声音可以分为咔嗒声、嗡嗡声或吱吱声等,这称为微波的声学效应。在对人的反应能力要求很高的战斗环境中,这些都会对人员的作战能力产生很大的影响。实验证明,飞机驾驶员受到功率密度为3~13毫瓦/平方厘米的微波照射后,便不能正常工作,甚至引起飞机失事。

后来,在高功率微波技术基础上发展起来的一大类新型电子武器,其中一部分具有直接杀伤作用,如微波弹、微波防空武器等。它们可以破坏敌方电子系统的传感器和接收机部分(就如同突然间闪烁的亮光会使眼睛失明),烧毁电子元器件,扰乱数字电路,甚至直接摧毁设备,通常称之为高功率微波武器。另一部分则可以暂时干扰军用电子系统的正常工作或执行侦察、探测任务,同样能够达到削弱敌方战斗力、增强己方战斗力的目标。此类武器和微波干扰机、高功率微波雷达等,是具有间接杀伤能力的电子武器。

高功率微波武器以光速进行攻击,可以不经过复杂的瞄准控制就将导弹、飞机等高速目标消灭在飞向目标的途中——相对于光速,这些“高速兵器”简直就是固定目标。

与强激光武器相比,高功率微波武器具有更高的可行性,同属光速攻击的超时代兵器,它较少科幻色彩,已经非常现实。高功率微波武器主要有两类:微波弹和高功率微波发射器。

●高功率微波武器

五、粒子束武器

粒子束武器是指依靠高能粒子束加速器所发射的高度聚焦和定向的强原子粒子束流或亚原子粒子束流,以接近光的速度攻击远距离目标的武器。其中,发射带电荷粒子束流(电子、质子或各种重离子等)的叫带电粒子束武器;发射不带电荷的中性粒子束流(氢原子、氘原子等)的叫中性粒子束武器。由于带电粒子束受地球磁场的影响容易倾斜;研制的重点主要放在中性粒子束武器上,并以氢原子为主。而在带电粒子束武器中研制较多的则是高能电子束武器。

在整个粒子束武器的各个组成部分中,高能粒子束的生成装置是核心,而其中又以研究适合武器使用的高能粒子加速器最为关键。从技术上说,感应直线加速器、电子感应加速器、射频直线加速器都有可能作为高能粒子加速器。

粒子束武器通过高能粒子束与目标物质发生强相互作用来达到杀伤、摧毁和识别目标的目的。对于中性粒子束,这种相互作用是离子穿入目标后立即电离,产生带电核并与目标结构材料的原子核发生弹性碰撞与非弹性碰撞;对于带电的电子束,这种相互作用为碰撞激发,主要表现为电离损失和辐射作用。高能粒子束射中目标后通过上述相互作用沉积在目标物质中的能量而毁伤目标。毁伤形式有三种:一是软化或熔化结构材料使之破坏,二是引燃弹头或助推火箭内的炸药或燃料使之爆炸,三是干扰或破坏目标内的电子线路、设备和探测器使之失去作用。

粒子束武器如果研制成功,在未来战争中,部署在空间轨道上的粒子束武器可起两个方面的作用。

首先是作为反卫星的反战略弹道导弹武器。与天基激光武器相比,粒子束武器至少在理论上具有以下优点:一是粒子束武器不需光学部件和反射镜,而用磁铁聚焦粒子束,因而设备坚固;二是加速与聚焦粒子束的加速器与磁铁等设备本身就产生强辐射,不会受空间辐射的影响,适合在空间工作;三是粒子束不仅能把能量沉积在目标表面上,而且能深入目标内部。

●粒子束武器

其次,粒子束武器可用于识别真假目标。中性粒子束用于中段识别的基本原理是“相互作用识别”,即利用中性粒子束对目标进行照射时可以诱发辐射中子、伽马射线和X射线,辐射的射线多少与目标的质量成正比。而真假弹头的最大区别在于质量不同。一般再入弹头的质量是假目标质量的10倍,也就是说,受到中性粒子束照射的再入弹头产生的中子数、伽马射线和X射线的强度大致是假目标产生的中子数和射线强度的10倍。如果能够测量出真假弹头所辐射的射线不同,就可分辨出真假。

总体而言,国外在粒子束武器技术方面的进展,比其他几种定向能武器缓慢。1989年7月,美国利用“白羊座”火箭进行了第一次中性粒子束装置试验,并且首次建立了这类中性粒子束的空间物理数据库。20世纪90年代以来,美国把大气层中的带电粒子束研究转到探索破坏机理方面。

●粒子束激光武器

六、激光武器的军事应用

激光作为一种武器在军事领域的应用,按其输出功率的大小,可分为低能激光武器和高能激光武器两大类。前者在军事上已经得到了部分应用,比如一些激光干扰与致盲装置,而后者尚未真正投入战场。通常人们谈论的激光武器主要是指高能激光武器,又称强激光武器或激光热武器。它是一种大型的能在很短时间内发射高能激光束的装置,可用于摧毁对方的导弹、卫星、飞机、坦克等大型目标。根据不同的作战目标,当前正在研制的高能激光武器主要包括以下四种。

●防空激光武器

1.战术防空激光武器

主要用于攻击战术目标,可通过毁伤壳体、制导系统、燃料箱、天线整流罩等方式,拦截大量入侵的精确制导武器和非制导武器。战术防空激光武器一般采用数十万瓦的连续激光器,发射系统直径一般不超过1米,可装载在战车、军用飞机或舰船上。战术防空激光武器有两类:一类是用于对导弹导引头、整流罩等目标造成软杀伤的激光防空武器,射程可达10千米以上;另一类是用于对导弹等目标的壳体造成硬破坏的激光防空武器,射程一般在10千米以下。

2.战区反导激光武器

主要用于从远距离(200~500千米)对战区弹道导弹实施助推段拦截。实施助推段拦截具有许多优点,例如,发动机正在工作,喷出的高温火焰易被探测;此时导弹飞行速度相对较慢,弹头没有分离,也没有施放诱饵,易于跟踪、瞄准和拦截;助推段飞行一般处于发射方上空,拦截后的弹体碎片,特别是携带核、生物、化学弹头的碎片将落在发射方境内,不会对防御方造成较大的威胁。

3.战略反导激光武器

这种激光武器是美国在20世纪80年代实施的“星球大战”计划期间形成的,主要目的是以卫星为平台,直接发射或中继发射激光,在数百万米的距离上拦截敌人的助推段战略弹道导弹。美军的天基反导激光武器计划,是目前世界上唯一公开的战略反导激光武器计划。它是美军实现远期、有效的弹道导弹防御能力的重要支柱。这一计划有三种设想:一是将激光器和发射系统都安装在同一颗卫星上,并由10~20颗这样的卫星构成覆盖全球的星座;二是采用地基激光器和空间中继镜的方式,可减少卫星部署数量,而且激光器燃料易于补充,发射次数不受限制;三是采用天基激光器和空间中继镜的方式,与第一种方案相比,可减少载有激光器的卫星数量而不影响覆盖全球的能力,但发射成本较高,而且光束控制技术的难度也较大。

●战略反导激光武器

4.地基反卫星激光武器

为争夺制空权和制信息权,一些军事强国都在发展地基激光反卫星武器,并已具备不同程度的激光反卫星能力。但由于反卫星武器的研制受到国际公约或军事条约的严格限制,在政治上和军事上都十分敏感,所以其研究一般都处于秘密状态。美空军拟采用氧碘化学激光器或氟化氘化学激光器,按地基方案发展光束控制系统,从地面向空间轨道上的卫星发射激光。1997年10月,美国进行了一次令世人瞩目的“激光打卫星”试验。据称,试验使用了高功率的“中红外先进化学激光”和“低功率化学激光”照射“靶星”。试验细节虽未公布,但比较明确的是,激光击中了卫星,卫星上的红外传感器测到了激光信号。这次试验是激光反卫星武器研究的一个进展,但不能理解为反卫星激光武器已经成功。受这次试验的提醒,世界各国开始注意研究对卫星(包括其传感器)的保护措施。同时,激光武器的攻防对抗将成为一个研究热点。