美军战术激光武器发展态势分析
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作者: 姬寒珊 刘天华 范晓轩
高能激光武器具有瞬发即中（不需要提前量）和射击目标转换迅速（惯性极小）等优点，用于战术目的，可拦截无人机、战术导弹和巡航导弹等目标。战术激光武器的主要关键技术是紧凑、节能的1百千瓦级激光器和先进的精密跟踪瞄准技术。从整体上说，美军战术激光武器的关键技术仍处于发展之中，主要是需要明确最佳的激光器技术途径，研制配套光束控制系统，以及解决在各种运载平台上的适装性和武器化等工程方面的问题。
重点通过原理样机演示验证关键技术和部件，没有明确型号研制项目
美国海、陆、空军都在积极推动战术激光武器系统的演示验证，但是目前没有任何以型号为背景的激光武器研制计划。美国列克星敦研究所最近发布的一份报告称，当前美军在定向能武器发展方面，采取了慢行、小步前行、观望的方式，需加快其定向能武器的部署计划。事实上，美军在激光器的选择上经历了非常曲折的道路，目前仍然没有确定适用于战术激光武器的激光器技术路线。在这种情况下，美军的试验重点是火控系统、跟瞄系统、电源等部件和平台适装性等工程问题，以及相关的条令、条例和战法演示验证等方面。
陆军加快演示车载高能激光演示验证器
“车载高能激光演示验证器”是基于固体激光器技术的战术防空激光武器样机，由陆军空间与导弹防御司令部主管。该样机的光束控制器可旋转360°并提供全空域覆盖，机动平台为重型增强机动性战术卡车。2013年底，美国陆军完成车载高能激光演示验证器野外测试，试验采用了10千瓦级的固体激光器。试验中，样机借助增强型多模式雷达提供的目标指示信号，摧毁了90多枚60毫米口径的迫击炮弹和多架无人机。武器样机攻击迫击炮弹时，激光束会加热炮弹，使其在空中爆裂解体；攻击无人机时，最初目标是致盲无人机上的摄像机等传感器，试验中又尝试破坏无人机的机身并取得成功。试验的主要目的是验证探测、瞄准跟踪系统的性能，并摸索激光与瞄准跟踪系统相配合的经验，整套系统尚不具备实战能力。陆军计划在2017～2022年开展50千瓦级样机的机动试验，这意味着100千瓦级的机动高能激光武器最快也要到2022年后才能投入作战使用。
海军技术开发与作战研究并行
美国海军正密集开展固体激光器的海上应用演示试验，包括摧毁无人机、移动靶船等。2014年夏，海军将在“庞塞”号两栖运输船坞舰上，由海军第5舰队操控，演示固体激光器的能力。此次试验将采用改进后的“海上激光武器系统”（LaWS），功率不超过100千瓦，将安装在原“标准”武器系统的位置。固体激光器将直接与舰船战斗系统结合，不会增加更多的雷达或者探测器，而是充分利用舰上已经安装的各类装备。整套系统将由舰上水手操作，而不是实验室技术人员。海军表示这将有利于制定适用于激光武器的战术、技术和条令，也利于将激光器与其他系统集成。
在“庞赛”号上，水手们将根据战斗情报中心的指令控制激光器，类似于操作“密集阵”系统，而且激光器系统具有雷达跟踪模式，可以在操作者的控制下通过回旋操作来锁定目标。美海军官员希望火控人员、作战专家和其他操作过“密集阵”系统的人员能够较容易地操作激光器。如果试验成功，激光武器将正式投入作战使用。海军还通过“固体激光器技术成熟计划”，开发新型激光武器样机，计划2016财年开始样机试验。这一系列动作的主要目的是为未来舰载激光武器评估合适的舰艇平台，开发配套的探测、通信和控制技术，这些都是激光武器实际应用所必须的。
美国国会研究服务处2014年4月发布的关于舰载激光器的报告中指出，美海军在2011年5月20日的简报中发布了舰载激光武器广义的计划草案，主要分为3个阶段：2017年实现60～100千瓦的光束功率；2022年之前实现300～500千瓦的光束功率；2025年后实现1兆瓦以上的功率。可见，除战术应用外，海军也在积极开发兆瓦级的战略应用激光武器。
空军计划2030年开发出用于第六代战斗机的激光武器系统
美国空军正在调整其激光武器计划，以满足不断变化的军事需求。美国空军从2009年开始实施“大型飞机电激励激光器”（ELLA）计划，目标是利用电激励固体激光器替代化学激光器，在2020年前开发出一种机载高能激光武器系统。美国空军原计划通过ELLA计划，将美国国防高级研究计划局（DARPA）的高能液体激光区域防御系统（HELLADS）集成到B-1轰炸机上，但该计划最终因技术难度过大而被取消。2014年1月的《空军内情》披露，ELLA计划已于2011年下马，空军已重新计划用15年时间为第六代战斗机研发进攻性激光武器，其功率将达到数百千瓦。事实上，2013年11月，空军发布用于第六代战斗机的激光武器信息征询书，要求到2022年该激光武器达到技术成熟度5级以上（系统组件可以在“合理的真实支持条件下”集成，可在模拟环境中进行测试）。在机载反导激光武器项目下马后，美国空军在激光武器发展方面更加谨慎，但其对激光武器的需求一直存在。
总的来看，明确激光器的技术路线是战术激光武器最紧迫的任务。现有样机试验计划能否转为型号研制，将取决于作战需求，技术成熟度，系统集成的复杂性和经济可承受性。
激光器和光束控制等关键技术水平不断提高
战术激光武器的首选激光器是固体激光器，这种激光器具有结构紧凑、出光效率高等技术优势。基于电激励的固态激光器，以板条固体激光器和光纤激光器为代表，具有体积小、重量轻、效率高、寿命长等特点，目前的输出功率已达100千瓦级，展现出战术应用前景。随着激光器功率的提高，激光武器对光束控制系统等的要求也会更高，研发配套的光束控制系统是战术激光武器实用化的必要条件之一。
板条固体激光器
板条激光器当前的发展已基本达到研制战术高能激光武器所需要的技术水平，当务之急是解决散热问题。
板条固体激光器是美国国防部“联合高能固体激光器”（JHPSSL）计划的主要成果。2009年3月，板条固体激光器输出功率首次达到105千瓦，但其光电转换效率为19.3%，这意味着80%以上的初始能量将成为废热。激光束的产生需要大量的制冷剂进行温度控制，散热问题对冷却系统和能源系统的要求极高，从而导致整套系统体积和重量剧增，不利于在战术平台上使用。而且这套系统基本上是实验室的实验装置，距离作战应用仍存在技术障碍。2011年，美国海军利用15千瓦的板条固体激光器，对1.6千米以外移动的靶船进行了演示试验。从试验图片看，武器系统几乎占据了试验舰（DD964）的整个飞行甲板，如果将功率扩展到100千瓦，舰艇根本没有足够的容纳空间。 光纤激光器
目前光纤激光器的发展迅速，但光束质量和功率有待提高。
光纤激光器结构较简单、散热效果较好、转换效率较高。目前，单模光纤激光器的输出功率已经达到10千瓦。在此基础上，美、德等国已经开始多模块光纤激光器技术及其军事应用研究。2010年，美国利用商业光纤激光器（由6个模块组成，总功率32千瓦）摧毁2架无人机，初步验证了光纤激光器在导弹防御、战术防空等领域的作战能力。2012年，欧洲导弹集团公司（MBDA）德国子公司和德国莱茵金属公司先后完成40千瓦和50千瓦激光器的防空作战演示。2013年，美国陆军空间与导弹防御司令部授予洛克希德・马丁公司60千瓦光纤激光器研发合同，计划2016年实现目标。总体来看，单模光纤激光器的输出功率有限，多纤并束产生的光还是非相干光，能量集中较为困难。
光束控制技术
当前的光束控制技术已能在几千米范围内适应各种激光武器的需要，用于更远射程和更高功率的系统则有待重新开发。
激光武器的杀伤效果决定于激光在同一点上的停留时间，大气湍流、平台晃动等都会影响其杀伤效果，而光束控制系统的主要功能就是瞄准、保持、修正、发射。迄今，国外已研制出不同尺寸，能适应不同类型和不同功率激光器的光束控制系统，其中发射主镜的最大尺寸是1.8米。但是，前期的研究主要针对化学激光器，适用于固体激光器的光束控制系统需要重新开发。2013年8月，美国陆军发布了一条需求信息，寻求可用于50～100千瓦固体激光器的光束控制系统。近年来，针对海上环境、移动舰艇平台的激光光束控制技术取得了较大突破，美国海军已经能够做到将光束保持稳定，这是该系统的机密技术。
基础研究和前沿探索非常活跃，将对激光武器产生革命性影响
积极探索多种光纤激光器光束合成技术
单路光纤激光输出功率有限，通过光束合成可实现更高功率的激光输出。国外采用的激光光束合成方法有光谱合成、偏振合成、相干合成、非相干合成等。其中，光谱合成无需进行相位控制，系统稳定性好，是近期实现大功率光纤激光输出的有效手段之一。美国洛克希德・马丁公司正在开展研究，具体研制工作由该公司下属全资子公司奥库莱特公司（Aculight，2007年被收购）承担，基本技术方案是：利用光谱合成技术将30路单路2千瓦窄线宽光纤激光器合成，实现60千瓦输出。
除上述合成技术外，激光光学相控阵也是实现大功率激光器的有效手段之一。DARPA于2011年启动“亚瑟王神剑”项目，目标是开发激光光学相控阵技术，获得重量只有传统化学激光武器的1/10、输出功率达数百千瓦的高能激光武器系统。2014年，DARPA宣布近期在“亚瑟王神剑”项目下成功开发并测试了21单元激光光学相控阵样机。激光光学相控阵主要由光纤激光器、自适应光学准直器、相位/波面控制系统等组成。光学相控阵概念源于微波相控阵，通常用于目标识别、激光通信、激光雷达等，DARPA将光学相控阵技术引入激光武器的发展思路，具有创新性，同时也具有相当的难度。目前这种方案仍处于技术探索阶段，其激光器输出功率较低。但DARPA计划在3年内，将其功率逐步提高至100千瓦。值得注意的是，DARPA在2012财年已经验证了7个单元阵列在7千米距离处的光束合成技术。为了加快技术转化和应用，DARPA在“亚瑟王神剑”项目基础上派生出一项名为“持久力”的项目，目标是利用光学相控阵技术开发机载吊舱式激光防御系统，以对抗光电/红外制导防空导弹，项目预计2016年9月完成。
光束控制技术为战术高能激光武器走向实用提供重要支撑
高能激光器技术和光束控制技术是支撑高能激光武器的“两条腿”，只有共同发展才能推动战术高能激光武器迈向战场应用。高能激光武器的攻击过程始于光束控制系统。当探测系统发现目标后，光束控制系统从待机模式切换到作战模式，然后转动、捕获、瞄准目标，最终锁定一个精确的攻击点发射高能激光。在激光器参数不变的情况下，其杀伤效果取决于高能激光束在同一点上的照射时间，而战术高能激光武器要想在飞机或舰艇上应用，必须消除平台晃动对激光束稳定性的影响，这对光束控制技术提出了很高要求。此外，大气湍流、海上水汽等也会影响激光束的传播，这都需要通过光束控制系统进行修正。
2013年1月，DARPA授予洛克希德・马丁公司一份价值950万美元的修订合同，作为“自适应光束控制”（ABC）项目的一部分，该合同将通过设计典型光路、等比例炮塔并进行风洞试验，改善战术飞机高能激光武器的性能。同时，美陆军也在寻求可用于50～100千瓦激光器的光束控制系统。由上可见，美国在研究50千瓦及以上高功率固体激光器的同时，也在大力发展与之匹配的光束控制系统。光束控制系统一旦实现小型化、轻量化，结合高能激光器研究已经取得的丰硕成果，必将推动战术高能激光武器走向战场应用。
战术激光武器的各项关键技术正在不断成熟，目前美军已做好了近、中、远期的发展规划，形成了梯次布局，且在发展技术的同时，将其他配套措施纳入整体，统筹考虑。我们在关注战术激光武器发展的同时，也应立足于近期的军事应用，并以此带动各项激光技术的研究和发展，为最终实现实用化激光武器积累技术，铺平道路。
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