美海軍艦載激光武器發展_風聞

                       

美國作為世界上首屈一指的軍事強國，其新概念武器的發展一直處於全球領先地位，其中包括艦載高能激光武器。基於激光武器本身的特點，及其戰略與軍事需求的影響，美軍海基激光武器相較陸基和空基平台的激光武器發展更快。自從20 世紀60 年代世界上第一台激光器誕生以來，美國就開始研發軍事用途的激光武器。美國在艦載高能激光武器領域的研發工作已經進行了數十年，在多項關鍵技術上取得了突破。

發展沿革

按照技術路線和成熟度，美國海軍艦載激光武器大致可分為兩個大的階段。第一階段是從1960年首台激光武器誕生開始至2000年左右的氣動和化學激光武器時代；第二階段是從上世紀80年代開始興起的固態激光武器和自由電子激光武器時代。

第一階段：氣動和化學激光武器

項目的早期，美國海軍致力於發展當時技術最成熟的CO2氣動激光器系統。雖然早期研製的氣動二氧化碳激光武器達到了武器級水平。但是幾次演示試驗結果均不理想。二氧化碳激光需要大口徑的主鏡，機動困難，高精度跟蹤難，最後海軍終止了該項目的研究工作。

之後，美海軍轉而研製化學激光武器。1973年，美國TRW公司首次研製出氟化氫和氟化氘激光器，這種新的激光器被稱作“海軍化學激光器”（NACL），首台樣機發出了功率為100千瓦的激光束。1977年，美國海軍開始了海光計劃，目的在於開發武器級激光器，即，激光器的功率達到2兆瓦。1980年9月海光計劃的激光器——中紅外先進化學激光器（MIRACL）首次進行試驗。在試驗中，MIRACL發出了3.8微米的紅外波，功率達到2.2兆瓦。海光計劃的另一個成果——激光束定向器（SLBD）於1984年交付。隨後三年的時間內，激光器與光束定向器完成了系統集成。在1989年的試驗中，該激光武器系統成功地摧毀了超音速巡航的破壞者（Vandal）導彈和亞音速飛行的靶機。

第二階段：固態和自由電子激光武器

化學激光器有一定的危險性，其功能和威力存在較大的侷限性；此外激光武器發射時帶來的熱暈效應一直無法解決。到了20 世紀90 年代，美海軍把注意力轉向了固體激光技術和自由電子激光技術，包括：光纖固體激光器; 板條固體激光器; 自由電子激光器。

光纖固體激光器使用柔韌的光纖材料作為介質，該技術廣泛應用於工業切割和焊接金屬，功能強大，技術成熟。美海軍在此基礎上開發了激光武器系統和戰術激光系統。2014 年12 月10 日，部署在軍艦龐塞號上的光纖固體激光武器系統成功地進行了演示試驗。試驗顯示，該激光武器系統在較為惡劣的天氣條件下也能很好地完成使命，各方面的表現令人滿意。

板條固態激光武器的工作介質是由合成結晶材料構成的片狀板條。美軍正在開發軍事用途的板條固體激光器，應運而生的海上激光演示系統就是一種供示範和演示的激光原型機，美軍通過一系列試驗測試了海上激光演示系統在海洋環境中跟蹤和擊毀小型艦艇的能力。

自由電子激光從出現至今經歷了20年，尚處於發展的初期階段，技術還不成熟，但性能優異。自由電子激光器能夠改變自身波長以避免受大氣傳輸的影響，這一優勢使得它特別適合海洋環境作戰，自由電子激光功率可達到兆瓦級，功率強勁，有對付洲際彈道導彈的潛能潛能。但是目前的自由電子激光器體積過於龐大，造價高昂，極大地限制了其使用範圍。自由電子激光器能否充分發揮其優異特性而走向實用，最終將取決於器件能否小型化。美海軍已經研製出處於實驗室環境階段的14.7 kW的自由電子激光器。儘管如此，美海軍還是決定集中精力發展技術成熟的固體激光武器系統，而把自由電子激光技術作為一項長期目標進行研究。

關鍵技術

1）高功率高質量波束

激光武器依靠能量積累對目標進行毀傷，當前的試驗波束功率在100kW級，應對無人機和小船取得了明顯的效果，但是應對反艦巡航導彈、反艦彈道導彈尤其是超高音速導彈，功率則需要到500kW甚至1000kW。

另外一個關鍵要素是波束質量，雖然單模塊的光束質量較高，但需要注意到LAWS和MLD均採用了合成技術，光束質量不可避免的下降；在波束功率及發射單元相同的情況下，到靶功率密度和波束質量的平方成反比，相對於功率參數而言，功率密度是形成有效毀傷的更直接的參數。

2）跟瞄發射系統艦用化

其一就是在艦船搖擺和振動的情況下保持足夠精確的動態指向精度；其二就是光學系統對海洋鹽霧等的環境適應性，比如發射窗口對腐蝕和污染的保護等；其三就是跟瞄發射系統作為甲板面設備的緊湊化、可靠性、維修性、環境適應性等工程化問題。

3）電源和散熱技術

當前的固體激光器大約只有30%的電光轉換效率，比如150kW的激光武器，需求電源功率約500kW，工作體制是短暫和間歇性，從整船配電來講，系統匹配性和經濟型欠優，因此儲能及電源管理技術是一個需要考慮的問題；另外，剩餘70%的能量基本以熱能形式產生，高效的散熱系統也必不可缺。

4）大氣傳輸補償技術

大氣湍流、潮濕和霧霾的大氣條件導致激光束髮散和扭曲變形，降低效能；另外，隨着激光波束功率的提升，熱暈效應也會明顯。遠程激光傳輸一般採用自適應補償技術，但會系統的複雜性和成本急劇增加，近程防禦武器是否需要補償或採用何種新的補償技術尚需進一步通過試驗綜合論證。

5）艦艇的適裝性

適裝性主要有兩方面的內容：一是激光武器系統與現有艦艇作戰系統、火力控制及信息的融合和對接；二是跟瞄發射系統、激光器系統、電源、散熱系統在現有艦艇的整體結構佈局及安裝，體積和重量是主要的約束。

發展路線

總體上看，美海基激光武器的發展還不成熟，距武器化仍有很長的道路要走。美國海軍現在主要以固體激光器主要為主要方向，定位於艦艇近程防禦。另外，由於“自由電子激光器”（FEL）非常適合在海上特殊作戰環境中使用，美國海軍對自由電子激光器情有獨鍾。但自由電子激光器的研製並不順利，由於其技術極為複雜，到目前為止，其實驗室樣機輸出功率僅達到14千瓦，遠低於期望的100千瓦。美國海軍決定暫緩該計劃，把精力先集中到固體激光器上。

2015年7月，美國海軍發佈固體激光武器研究指南，以100～150kW為目標，在2018年開展工程化樣機的海上試驗，主要用於有效攔截無人機和小船。隨後進一步增大至200～300kW，可以對抗某些反艦巡航導彈，甚至幾百千瓦到1MW，將可以對付更多的反艦巡航導彈及反艦彈道導彈。2015年10月，諾·格公司在此次指南競爭中勝出，開始啓動激光武器系統演示驗證程序（LWSD）。

根據實際發展狀況，在2020~2021年這一階段，美國海軍將生產型激光武器系統的激光功率從試驗型的30千瓦增加一倍左右。本階段固體激光器的激光武器系統安裝後主要用於實現對抗小型無人機和小艇等非常規威脅，以及對反艦導彈的光電對抗。

根據美國海軍2011年公佈的計劃，DDG1000和伯克III等新一代戰艦可以提供更高的供電能力，未來將裝備功率更大的激光武器系統，激光束功率將達到300～500千瓦，其供電要求也將會提高到2.5兆瓦，具備攔截反艦導彈的能力。

美國海軍還計劃2025年後裝備激光束功率1兆瓦級別的高能激光武器，從而全面具備攔截從反艦巡航導彈到使用再入機動彈頭的反艦彈道導彈的能力。

典型系統

目前，美國海軍正在平行推進中的有3個激光項目：一是“固體激光器技術成熟化”（SSL-TM）系統，目標是在兩棲艦、驅逐艦上安裝功率150千瓦的激光武器；二是“高能激光和一體化光學炫目監視”（HELIOS）系統，計劃發展60千瓦激光武器，將在2021年安裝至“阿利·伯克”級驅逐艦；三是“海軍光學炫目干擾”（ODIN）系統，也將安裝至驅逐艦。

1）“固體激光器技術成熟化”（SSL-TM）系統

美國海軍曾於2019年10月中旬開始從加利福尼亞州雷東多海灘的諾斯羅普?格魯門公司向聖迭戈的海軍基地運送強大的新型激光武器SSL-TM。在聖迭戈，工人們在“波特蘭”號兩棲攻擊艦上安裝150千瓦的激光器。艦上人員從2019年底開始測試這種新武器。

據報道，2019年美國海軍“波特蘭”號兩棲船塢登陸艦（USSPortland  LPD 27）在太平洋上進行了高能激光武器的試射。在試射1秒過後，在紅外光學儀器下，激光束從紅白色向藍白色轉變，顯然這時候激光發射器的功率進一步加強，光線也更加刺眼。顯然這是一種武器級的激光發射器，場面非常科幻。

“波特蘭”號安裝的SSL-TM的激光武器系統，有望為美國海軍提供一種“功率高達150千瓦的艦載激光武器，它將提高對小型船隻和無人機的作戰效能”。而美軍最終目的是將其用於打擊反艦導彈，特別是應對中俄高超聲速反艦導彈的打擊。

諾格公司是根據與海軍合同為5300萬美元的“固態激光技術成熟”（SSL-TM）計劃建造激光器，該計劃於2015年啓動。SSL-TM以及洛克希德?馬丁公司的相關成果產生的威力和射程設計足以保護船隻免受無人機、小型船隻、巡航導彈甚至彈道導彈的攻擊。

美媒USNI解釋道，美國海軍打算將SSL-TM作為一種學習經驗。軍方選擇“波特蘭”號作為武器平台是因為這艘排水量為25000噸的艦隻擁有足夠的空間和備用電力來有效地支撐諾格公司這台拖車大小的激光器。

2）“高能激光和一體化光學炫目監視”（HELIOS）系統

2014年美海軍曾在“龐塞”號登陸艦測試過30千瓦的SEQ-3激光系統。該激光武器系統自2012年起已經在DDG105號驅逐艦上進行了一年多的海試，並在三次實驗中分別各擊落了1架無人機。HELIOS正是在此基礎上發展而來的。

據美國海軍少將Boxall披露，阿利?伯克級驅逐艦普雷貝爾號將在2021年用HELIOS取代目前使用的系統。它將成為美國海軍導彈驅逐艦部署更大規模艦載激光的第一次。目前，洛克希德?馬丁公司的HELIOS擁有60kW的激光器，但它可以被提升到150kW。

激光將與現有的宙斯盾戰鬥系統集成，並最終為該系統提供高保真度傳感器數據。與雷達不同的是，激光提供了更好的近距離目標數據，而雷達則會隨着物體跟雷達距離的縮小而降低。據HELIOS項目主管Brandon Shelton在採訪時披露，該激光系統將在結構上集成到普雷貝爾號驅逐艦上，包括與艦上電力系統的集成。系統集成目前計劃在今年晚些時候開始，完成時間大約在2020年夏天。

洛?馬公司獲得的這份合同內容包括執行“海軍水面激光武器系統（Surface Navy Laser Weapon System，SNLWS）”項目增量1階段的任務，並研發高能激光及集成光學殺傷監視系統（HELIOS）。根據合同，洛?馬公司將研製並於2020年交付2台測試樣機，其中一台樣機將用於地面測試，另一台則將安裝至“阿利?伯克”Flight IIA型驅逐艦上。這一階段研發工作將於2020年4月結束，總合同累計價值預計將達到9.428億美元。

HELIOS具有遠程情報監視和偵察能力。雖然洛馬沒有説明細節，但我們可以推測，激光武器/炫光的瞄準系統可能具有高清晰度，高功率的數字放大率，允許裝備它的艦艇能夠更為準確地識別出附近的威脅。已經部署在美國海軍戰艦上的許多武器，包括密集陣近距離武器系統和滾動機體導彈（RAM），具有與HELIOS系統類似的攻擊小型船隻和無人機的能力，同時它們還能攻擊更大，更快的飛機和導彈，其射程相差也並不大，那麼HELIOS優勢在哪呢？其最大優勢就是：像HELIOS這樣的激光武器，從最淺層來看，它能夠使用驅逐艦的機載發電系統發射理論上無限數量的激光，這一點就是許多彈道武器完全無法比擬的；而密集陣的連續射擊時間限制為20至30秒，裝備在Mk.49導彈發射系統上的RAM僅能發射21枚導彈。

60千瓦的HELIOS比SSL-TM耗電更少，海軍計劃從2021年開始在驅逐艦上安裝小型激光炮，“奧丁”將作為更強大的HELIOS激光器的概念驗證。HELIOS是美國海軍目前最為重要的激光炮，是美國海軍“海軍水面艦隊激光武器系統”（SNLWS）增量1計劃的一部分。不同於以往的激光炮，HELIOS將“伯克IIA”的宙斯盾整合在一起，除了可以使用高能激光擊毀來襲小艇外，還可以充當激光指示器，為艦上其它武器指示目標。

3）“海軍光學炫目干擾”（ODIN）系統

“ODIN”是一種低功率激光攔截系統，曾用名為LPM（低功率模塊），主要用於致盲來襲目標的光電和紅外傳感器，從而攔截無人機以及依賴光學/紅外製導的武器，此外還能在近距離上對抗某些艦載觀瞄系統（反輕型艦艇）。“奧丁”由美國海軍研究辦公室主導研發，目前尚未透露任何具體數據，對外公開稱這是滿足水面艦隊的需求而研發的一款反ISR（情報監視偵察）武器。

據美國媒體披露，“奧丁”是一種低功率激光武器，通過向敵方光電和紅外傳感器發射調製“眩目”激光束，讓其“失明”。作用方式類似“定向紅外對抗”（DIRCM）系統防禦熱尋的導彈的方式，從概念上屬於“軟殺傷”。據稱，“奧丁”激光武器能夠對抗各種帶有光電/紅外傳感器的艦艇或飛行器，以及巡航導彈甚至彈道導彈。

目前，海軍艦艇普遍裝備了各種電子對抗系統及誘餌彈等，能夠有效對抗雷達制導的武器。但新一代的反艦導彈越來越多使用被動紅外/熱成像制導，或者是雷達/紅外混合制導，大大提高了反電子干擾能力。“奧丁”可以補充海軍主要戰艦上現有的主動和被動自衞武器組合。目前戰艦防禦包括SM-6、SM-3、SM-2、改進型“海麻雀”和“拉姆”地對空導彈、雷達制導艦炮、“努爾卡”誘餌以及SLQ-32和SLQ-59雷達干擾機。

許多被動防禦系統設計用於干擾反艦導彈的雷達制導。但是，越來越多的中俄導彈也採用紅外製導，而雷達對抗對其毫無用處。“奧丁”可以致盲這些導彈，在它們進行攻擊時，使其偏離航道或墜入大海。

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