舰载激光武器系统的发展*

张晶晶

(92390部队　广州　510320)

舰载激光武器系统的发展*

张晶晶

(92390部队广州510320)

摘要舰载激光武器具有快速、精确、不受电磁干扰、效费比高等独特优势,被视为改变作战规则的未来武器。文章论述了舰载激光武器,舰载激光武器的发展动向与分析。

关键词舰载激光武器; 发展分析

Class NumberTN97

1引言

与传统武器相比,舰载激光武器具有快速、精确、不受电磁干扰、效费比高等独特优势,被视为“改变作战规则”的未来武器,其军事应用价值一直备受军事大国的青睐和重视。本文就舰载激光武器、发展动向、发展分析等,作进一步的研究和探讨[1]。

2舰载激光武器

舰载低能激光武器可以对抗导弹上的微光电视摄像机。其基本要求也是实时的探测和识别敌方目标,并自动跟踪和发射激光束,将微光电视摄像机摧毁或致盲足够长的时间，使导弹脱靶;舰载高能激光武器主要由高能激光器,精密跟踪装置和光束控制发射系统组成,可以同时打击目标的多个部位,首先击毁最薄弱的部位,缩短杀伤时间,可用于击毁掠海飞行导弹,歼击机和直升机等[2]。

例如,美国海军正通过“激光武器系统”、“海上激光演示系统”和“自由电子激光”三个项目,分别以光纤激光器、板条固体激光器和自由电子激光器为基础发展舰载激光武器。

“激光武器系统”(LaWS)采用模块化光纤激光器作为光源,总功率达到33kW。2014年8月,美海军在部署于波斯湾的“庞塞”号两栖船坞运输舰(USS Ponce LPD-15)上安装了该激光武器,进行为期1年的试验。LaWS完成一系列实弹射击试验,摧毁了无人机和快艇等多个目标,验证了激光武器在强风、高温、潮湿等恶劣海洋环境下的作战性能。

“海上激光演示系统”(MLD)利用七个15kW掺钕钇铝石固体板条激光器,合成产生105kW激光束。MLD系统安装在退役驱逐舰甲板上,2011年4月,MLD首次从海上移动平台发射激光束,克服大气传输、海浪、武器平台和目标平台之间的运动等障碍,最终摧毁了1.6km外的小艇。

“自由电子激光器”(FEL)是美国海军独有的激光武器项目。该激光器采用电力驱动,同时具有输出功率高和波长可调(以适应不同环境下的最佳大气传输窗口)两大优点,使其非常适合在海上特殊作战环境中使用,这正是美国海军选中自由电子激光器的原因。但自由电子激光器的研制并不顺利,由于其技术极为复杂,到目前为止,其实验室样机输出功率仅达到14kW,远低于期望的100kW,更不要提最终希望达到的兆瓦级,并且其实验室样机体积极其庞大。为了降低开发兆瓦级自由电子激光器的风险,2011年3月,美国海军决定暂缓该计划,把精力先集中到固体激光器上,以便以最快的速度把一种定向能武器引入舰队。

3发展动向

1) 韩国拟研发激光等新型武器应对朝鲜威胁。韩国《亚细亚经济》2015年1月19日报道:据韩联社报道,韩国国防部1月19日在青瓦台向总统朴槿惠汇报的以“统一准备”为主题的2015年工作计划中提出,将着力研发激光、高功率微波(HPM)炸弹、电磁脉冲(EMP)炸弹和无人舰船等新型武器,以有效应对来自朝鲜的威胁[3]。

韩国国防部长表示,韩国国防开支和兵力资源有限,而国家安全逐渐面临来自多方面的威胁。在此背景下,国防部提出了“创造国防”作为未来发展的新模式,将信息通信技术、物联网和大数据等高科技技术应用到国防领域中。为此,韩国国防部选定了四个重点课题并将积极落实,四大课题包括提升军事作战能力、建立创造型军事队伍、提高国防管理效率以及奠定“创造国防”基础。

在建立创造型军事队伍方面,为有效应对朝鲜核武器和大规模杀伤性武器,国防部将到2020年上半年研发出激光、高功率微波炸弹和电磁脉冲炸弹等新型武器。韩国军方从2012年起就开始了激光武器系统概念研究,计划在今年年底完成概念研究并开始研发。国防部还决定打造可在海、陆、空、太空及网络等“五维”空间环境中协调配合的部队,同时构建基于模拟战场的战术演练体系,让韩军战力无处不在。

2) 美国诺·格公司继续生产机载激光探雷系统。军事与航空电子网站2015年2月4日报道:美国诺斯罗普·格鲁曼公司已经收到美国海军的一个合同,要求继续生产AN/AES-1机载激光探雷系统(ALMDS)。合同内容包括生产5个ALMDS吊舱子系统、支持设备、备件和提供技术援助。ALMDS系统部署在MH-60S直升机上。飞机穿越海上航线,利用脉冲激光和条纹管接收器3维成像,日以继夜搜寻和定位海洋表面水雷状物体[4]。

诺·格公司航天系统电子攻击/海事系统集成部主任说,“该项目是一个双赢。机载传感器有能力使海员不受水雷区的威胁,同时我们生产的每个吊舱价格比以前下降,有助于海军满足成本目标。我们期待着继续与美国海军ALMDS项目保持长久合作,并支持2016财年(FY16)的初始作战能力。”

诺·格公司ALMDS项目团队包括负责生产传感器接收组件的阿瑞忒联合公司(Arete Associates);生产高功能激光发射器的尖端光电科技(Cutting Edge Optronics)公司;生产吊舱罩的CPI飞机结构公司(CPI Aerostructures);生产中央电子底盘的柯蒂斯赖特防御解决方案公司(Curtiss Wright Defense Solutions)和生产环境控制系统的梅吉特防御系统公司(MeggittDefence Systems)。

诺·格公司已通过四个低速率初始生产批次向美国海军交付12个ALMDS吊舱,向日本海上自卫队交付四个吊舱,这些吊舱正在EH-101直升机上进行集成和测试。

3) 美国海军陆战队订购埃尔比特公司的通用激光测距机集成能力系统。美国海军技术网2015年3月23日报道:美国海军陆战队授予以色列埃尔比特公司美国分公司一项交付通用激光测距机集成能力系统(CLRF-IC)的合同[5]。

这份价值7340万美金的不确定支付日期和数量的合同(IDIQ)的执行期可到2020年。IDIQ下的首份订单价值750万美金。

根据合同,公司将在新罕布什尔州的梅里马克进行所有工作。谈到该合同,埃尔比特公司美国分公司总裁兼CEO霍洛维茨表示:“我们非常高兴能为美国海军陆战队提供新型通用激光测距机集成能力系统,该系统携带轻便,可随时执行任务,且更能保证徒步陆战队员的安全”。

该设备将替代海军陆战队目前配备的野外装备。埃尔比特公司推出的通用激光测距机集成能力系统是一款轻量级目标捕捉设备,将昼日成像和高精度激光测距能力集成为一体。

该系统具备24小时观测能力,目标测距准确,还可利用激光指定系统确认目标点,并具备多变环境下准确的目标定位能力。

4) 诺·格公司将在“海上激光验证机”基础上研发固态“激光武器系统验证机”。简氏国际防务评审2015年1月4日报道:诺斯罗普·格鲁曼公司早前与美国海军研究局(ONR)签订了舰载激光武器原型机研发合同。该公司近期公布的合同初始细节透露了以“海上激光器验证”(MLD)项目为基础的技术方案,也包含升级版“固态激光器”(SSL)技术。

LWSD合同情况·诺·格公司与海军研究局签订的“激光武器系统验证机”(LWSD)合同共包含三个阶段。诺·格公司空间与任务系统分部将在此合同下设计、生产、集成并支持对一部150kW级舰载固态(电子)激光武器系统的试验。海军研究局于2015年10月证实,授予诺·格公司价值5300万美元的LWSD项目第一阶段合同,主要用于开展项目初始12个月的基础期工作。如果海军研究局全部行使项目第二阶段、第三阶段的所有合同选项,那么合同总价值将增加到9100万美元,整个合同期限也将扩展至34个月。

LWSD项目背景。“激光武器系统验证机”(LWSD)是海军研究局更广泛的“固态激光器技术成熟化”(SSL-TM)工作的一部分,旨在提升固态激光器技术的成熟性,为未来美国海军列编项目打下基础;美海军Flight IIA型阿利·伯克级导弹驱逐舰(DDG-51)已被确定为未来加装该技术的主力候选军舰。

MLD项目情况。诺·格公司空间与任务系统分布此前曾为美海军研究局“海上激光器验证”(MLD)项目研发固态高能激光器原型机,2011年4月,该原型机搭载在EDD-964自防试验船(SDTS)上进行海试,成功击中一艘小型目标船且致使其丧失能力,标志着高能激光器装置首次加装在一艘海军舰船上,并从该舰船获得电力,对抗海上环境的射程内目标。MLD激光武器是在美国防部若干项目所研发技术的基础上研制,包括“战术高能激光器”(THEL)项目精确跟踪系统技术,以及“联合高功率固态激光器”(JHPSSL)项目固态激光器技术。MLD激光器与JHPSSL使用了同样的15kW钕钇铝石榴石固态板条激光器“基础材料”;MLD激光器的光束定向器是在THEL系统光束定向器的基础上改装。

LWSD项目情况。“激光武器系统验证机”(LWSD)项目寻求将一部来源于工业界(industry-sourced)的“战术激光核心模块”(TLCM)与政府配置的子系统(如激光武器控制台及基于软件的预测回避系统)结合起来。与在自防试验船(SDTS)上进行的海上试验一样,LWSD项目还寻求实现技术成熟度(TRL)6级,以支持一个潜在的美国海军列编项目的里程碑决策。诺·格公司证实,LWSD项目将再次应用MLD项目先前验证过的很多技术,不过,将不再使用JHPSSL项目下研发的板条激光器技术,而是选用一种自行研发的光纤激光器方案,该方案反映了“过去几年来的技术进步并提升了光纤激光器的效能”。

LWSD将利用早前MLD项目的技术和经验

LWSD项目阶段。“激光武器系统验证机”(LWSD)项目第一阶段的基础期工作包括技术包设计、相关风险降低研究;第二阶段工作包括组件、集成和系统层面的试验,以及剩余风险降低活动,第二阶段末的单独陆基试验期将用于验证光束控制系统的性能,以及验证“战术激光核心模块”(TLCM)的整体性能。第三阶段为期6个月,在此期间,政府将履行LWSD相关装备责任,并在自防试验船上实施LWSD试验,诺·格公司将提供技术支持。海军研究局表示,从自防试验船上对LWSD进行的海上验证,意欲实施符合舰船自防任务的“昼夜环境下实弹射击”,包括对抗来自敌快速攻击艇/快速近岸攻击艇、无人机及ISR传感器系统的威胁。该项目的目标将是成功命中及挫败单个及多个目标威胁,性能指标显著超出当前及先前的系统。

LWSD的装备与部署。鉴于当前的资金和项目安排仅支持在自防试验船上进行试验,海军研究局的原始LWSD广泛机构通告建议,采用以最小程度改装和成本在Flight IIA型“阿利·伯克”级驱逐舰(DDG-51)上后续安装LWSD的设计方案。诺·格公司证实,其LWSD方案可以进行调整,从而实现以最小程度的改装和额外成本在DDG-51上进行验证。LWSD的部署也受到将30kW级AN/SEQ-3(XN-1)激光武器系统(LaWS)适装于浮动前沿支持平台“庞塞”号上这一固态激光器(SSL)“快速反应能力”作战部署的启发。LaWS是在商业光纤激光器技术的基础上研发,于2014年晚期被认证为美军部署的首部经过充分认可的(fully approved)激光武器系统。

5) 美国研发高能舰载激光武器。可摧毁快艇无人机。据中国国防科技信息网报道:美国诺格公司正在研制高能舰载激光武器,可摧毁敌方小型快艇、无人机、监视传感器等,或使其丧失作战能力[6]。

这种激光武器可利用现有舰载发电系统,因此适装于多型美国海军水面主战舰艇,包括“阿利·伯克”级驱逐舰。美国海军研究署9月22日与诺格公司签署了5320万美元的研发合同,启动固体高能激光武器系统样机(LWSD)第一阶段研发。

LWSD项目旨在以海军AN/SEQ-3(XN-1)“激光武器系统”(LaWS)样机的相关技术为基础,研发激光武器样机。LaWS目前正部署在“庞塞”号两栖舰上,用于对抗无人机或小型快艇。

诺格公司将研发可全天时作战的先进激光武器系统,用于舰艇自防御,执行的任务包括摧毁快速攻击小艇、无人机、用于情报监视侦查的传感器系统等,或使这些系统失效。

6) 德国开展舰炮加装高能激光效应器的海上试验。美国国防更新网站2016年2月19日报道：德国莱茵金属公司及德国联邦国防军成功在公海海域对加装在一艘德国军舰上的高能激光效应器进行了试验[7]。

莱茵金属公司在试验军舰上安装的MLG-27型27毫米轻型舰炮上加装了10kW级高能激光效应器。本次海上试验内容包括使用该高能激光效应器追踪无人机、小型水面艇等潜在目标。虽然试验是无源的,该高能激光效应器并未真正在海上向目标照射激光,而是在陆地上对静止目标进行了单独试验,但这一试验项目还是证实了高能激光效应器在海上作战环境中集成到MLG-27型舰炮上的可行性。

7) 诺·格公司将为美海军提供激光组件修复“多光谱瞄准系统”。美国军事航空航天与电子学网站2016年3月1日报道:位于印第安纳州克兰的美国海军水面战中心宣布,计划授予诺斯罗普·格鲁曼公司一项为期5年、价值4490万美元的合同,用于生产单色二极管泵浦激光指示器、双光束发射器和接收器,以及三光束发射器和接收器,供海军故障分析及“多光谱瞄准系统”(MTS)维修替换[8]。

“多光谱瞄准系统”(MTS)是一种机载前视红外、炮塔传感器包,可以为美国海、陆、空三军及北约激光制导弹药提供远程监视、高空目标获取、追踪、测距及激光指示能力。海军当前的“多光谱瞄准系统”由雷声公司生产,装备在MH-60“海鹰”直升机上。

诺·格公司是MTS电子光学组件的初始设备制造商,海军专家称,为节省时间及成本,计划将相关合同仅授予诺·格公司。

4发展分析

舰载激光武器系统的发展趋势:发展光纤和固体板条激光器、分阶段实现舰载激光武器实战化、攻克技术瓶颈[9]。

1) 发展光纤和固体板条激光器。光纤和固体板条激光器可能成为最先上舰的激光武器系统。由于“自由电子激光器”体积过于庞大,难以与现有舰艇平台集成,而且目前一直处于将功率从10kW提升到100kW的技术攻关阶段,难以在短期内实现舰载部署。在目前预算削减背景下,美国海军须制定一项更加明确、经济上可以承受的激光武器发展战略。基于这些考虑,美海军将放缓“自由电子激光器”的研发,重点发展光纤和板条固体激光器等短期内可实现实战部署的激光武器。目前,33kW级光纤激光器已开始上舰试验,150kW级光纤激光器也将在2018年开始海上试验,就技术成熟度而言,光纤激光器将可能成为首型具备实战能力的武器系统,执行近程防御任务。

2) 分阶段实现舰载激光武器实战化。例如,美国海军将分三个阶段实现舰载激光武器部署:近期(2017年前)重点发展60kW～150kW光纤和板条固体激光器,以执行近距防御性作战(约1.6km)为主,主要打击目标包括光电传感器、小型舰船、无人机、火箭弹等;中期(2022年前)发展300kW～500kW固体激光武器,增强作战距离,具备16km级拦截水面及空中目标能力;远期(2025年后)发展兆瓦级自由电子激光武器,具备摧毁超声速巡航导弹和弹道导弹能力。

3) 攻克技术瓶颈。舰载激光武器在用于实战前,必须解决新型舰船设计、放大功率时如何保持或提升光束质量及各系统集成等问题。在搭载平台方面,由于舰载激光武器电力消耗极大,能否搭载该型武器主要取决于舰艇供电和冷却能力。目前,美国海军现役水面舰艇中,只有“提康德罗加”巡洋舰、DDG-51“阿利·伯克”号导弹驱逐舰具备在作战条件下搭载略高于100kW激光武器能力。为此,美军已开始利用2.5万吨“圣·安东尼奥”级两栖登陆舰研究下一代两栖登陆舰技术,将充分考虑电能供应和可利用的内部空间,从而有效搭载高能激光武器。

5结语

随着光纤和固体板条激光器的研制和发展、分阶段实现舰载激光武器实战化的完善、攻克了舰载激光武器的技术瓶颈。那么,在未来现代化战争和局部战争中,适时运用舰载激光武器,就能够有效地进行防空反导、保护水面舰艇的自身安全[10]。

参 考 文 献

[1] 任国光.高能激光武器的现状与发展趋势[J].激光与光电子学进展,2008(9):62-69.

[2] 张江华.激光在现代军事中的应用[J].中国高新技术企业,2008(20):86-88.

[3] 韩国拟研发激光等新型武器应对朝鲜威胁[N].每日防务快讯,2015-01-23.

[4] 美国诺·格公司继续生产机载激光探雷系统[N].每日防务快讯,2015-02-06.

[5] 美国海军陆战队订购埃尔比特公司的通用激光测距机集成能力系统[N].每日防务快讯,2015-04-03.

[6] 诺·格公司将在“海上激光验证机”基础上研发固态激光武器系统验证机[N].每日防务快讯,2016-01-15.

[7] 美国研发高能舰载激光武器—可摧毁快艇无人机[N].中新网,2015-10-26.

[8] 德国开展舰炮加装高能激光效应器的海上试验[N].每日防务快讯,2016-02-23.

[9] 诺·格公司将为美海军提供激光组件修复多光谱瞄准系统[N].每日防务快讯,2016-03-04.

[10] 汪光华,舰载高能自由电子激光武器[J].现代军事,1999(2):42-43.

[11] 王力民,杨甲胜,耿晓蕾,等.激光武器的发展动向与分析[J].舰船电子工程,2008(6):41-45.

Development of Shipboard Laser Weapon System

ZHANG Jingjing

(No. 92390 Troops of PLA, Guangzhou510320)

AbstractShipboard laser weapon is fast, accurate, and not subject to electromagnetic interference, cost-effectiveness than higher unique advantages, which is regarded as change the operational rules for the future of the weapons. This paper discusses on the shipboard laser weapon, the development trend of the shipboard laser weapons and analysis.

Key Wordsshipborne laser weapon, development analysis

*收稿日期:2015年12月3日,修回日期:2016年1月19日

作者简介:张晶晶,女,博士研究生,工程师,研究方向:指挥自动化。

中图分类号TN97

DOI:10.3969/j.issn.1672-9730.2016.06.005