舰载炮光结合武器系统初步设想

王 勇，张 逊

（江苏自动化研究所，江苏 连云港 222061）

0 引言

激光武器具有单次消耗成本低，作战效费比高，打击目标速度快等特点，已成为当前军事发达国家的研究热点。美国作为世界头号军事强国，近20 年来对舰载激光武器技术开展了持续、深入的研究，海军和国防部已开展3 种可用于海军水面舰艇的激光器的研究工作，包括光纤固态激光器（SSLs）、板条固态激光器和自由电子激光器（FELs）。美国海军舰载激光武器系统将于2020 或2021 财年实现舰载激光的初始作战能力［1-2］。德国莱茵金属公司在2012 年11 月完成了从目标探测、跟踪到摧毁的全过程作战演示，在2 000 m 距离上击落若干架飞行速度超过50 m/s 的俯冲无人机［3］。

近程反导舰炮武器具有战斗持续时间长、反应时间短、发射率高、效费比大、适装性强等特点，可以有效防御突袭的反舰导弹，弥补近程防空导弹及其他软硬防空武器的不足，成为近程防御中不可缺少的一员，倍受世界各国海军的重视，典型舰炮反导武器系统有美国的“密集阵”系统、瑞士的“海上卫士”系统以及荷兰的“守门员”系统等［4-6］。

舰载激光武器系统与现役近程反导舰炮武器系统，在系统组成、功能、接口、操作使用、战术目的等方面，有很多相同或相似的地方。同时，均有高精度强实时快速反应特性要求。非常适合将舰炮武器系统和激光武器系统的目标捕获、跟踪控制、火控信息处理、武器控制等功能部分相结合，去除功能重复环节，形成火炮与激光武器相结合的武器系统。同时，通过将这两型武器相结合，可以互相弥补不足。激光武器受天气影响较大，但可以有效拦截机动目标；火炮武器不受天气影响，但对机动目标具有天然的劣势。正是基于以上原因，本文提出了将火炮与激光武器相结合，组成炮光结合武器系统的设想。

1 国外舰载激光武器系统及炮光结合系统的发展

国外军事强国如美国、德国等，在激光武器方面进行了持续的投入，部分项目已开展海上验证试验，并根据军事发展需求，进行激光武器系统和近程防御舰炮武器系统相结合的设计工作［1-3］。

1.1 美国舰载激光武器发展现状

美国海军研发的光纤固态激光器演示样机被称为激光武器系统（LaWS），激光束功率为33 kW。海军一度设想将LaWS 用于光电传感器致盲（或可逆干扰）、反无人机与光电制导导弹，同时用于增强雷达跟踪，并预期将其单独装在舰艇上或加装在现役的近程防御舰炮武器系统上。海军已资助开展激光武器与近程防御舰炮武器系统集成的相关研究，以支持后一种方案。2014 年8 月，美海军将LaWS系统部署在“庞塞”号军舰上，该舰部署于波斯湾并作为临时的前线海面前进基地，对舰载激光在实战环境下的工作性能进行了持续评估。同时在美海军研究办公室快速响应能力计划的支持下，系统正在升级，以验证接受“密集阵”武器的目标信息的可行性，从而实现激光武器的单人操作，即通过“密集阵”武器系统来控制战术高能激光武器，如图1 所示。

2008 年1 月伊朗小船事件促使美海军开始研制战术激光系统（TLS）。该激光系统的功率为10 kW，设计该系统的目的是将此激光器安装在诸多海军水面舰艇甲板上的Mk-38 25 mm 单管炮上，如图2所示，以验证美国海军提出的将激光武器与近程防御武器系统集成设计方案的可行性。TLS 系统将提升Mk-38 炮系统打击目标的能力，如对付小型船只；也可以协助舰上其他武器，如导弹等，精确跟踪目标。

图1 集成在“密集阵”武器系统上的LaWS

图2 集成在MK38 机枪上的战术激光武器

1.2 德国舰载激光武器发展现状

德国莱茵金属公司与欧洲导弹集团（MBDA）德国公司充分利用商业现成高功率光纤激光器技术，各自研制出自己的高能激光器验证机。这两家公司主要使用了自己的内部研发资金，来成熟化各自的解决方案，不过，两家公司近期进行的试验也得到了德国联邦国防军一定程度的支持。

莱茵金属公司和联邦国防军于2016 年2 月份在德国海军舰艇上完成了高能激光武器系统样机的联合测试。本次测试的激光武器样机输出功率10 kw，安装在MLG27 轻型舰炮炮座上，用于测试海洋环境下的技术有效性。测试期间，样机完成了对无人机、小型水面艇、地面静止目标的跟踪，覆盖了低机动性和高机动性的不同目标。测试结果将对未来研发海军用高能激光武器产生重要影响。莱茵金属公司认为，安装于MLG27 托架上的10 kW～20 kW级激光武器，具备消除海上威胁目标的可能性，譬如快速攻击艇、水面摩托艇、快艇及无人机等威胁。

MBDA 德国公司基于反射镜光学波束形成技术研制出一种高能激光器，已对其进行了一系列陆上试验。2016 年10 月，MBDA 德国公司成功在德国北海沿海的一个军事训练基地，对这种高能激光器进行了真实环境条件下的试验。试验目的是通过对空中目标的模拟攻击来验证这一高能激光器的光束制导和跟踪系统。试验过程中，该武器得以在包括夜间环境和恶劣天气环境在内的各种条件下，成功跟踪所有目标。

图3 MBDA 德国公司激光武器系统

2 舰载炮光结合武器系统的需求分析

2.1 水面舰艇近程防空作战环境分析

现代海战中水面舰艇防空体系面临的空中威胁，传统的主要是来自各种飞机包括隐身飞机和反舰导弹的威胁；而现代舰载防空体系除对付飞机特别是各种隐身飞机和反舰导弹的威胁外，还出现了一些新的威胁，主要是反辐射导弹和严峻的电磁环境等。

反辐射导弹利用电磁辐射信号进行被动寻的制导，对防空预警、火控、制导雷达乃至引导飞机构成了最直接的威胁，同时具有飞行速度快、制导精度高等特点，可在电子干扰环境下搜索、攻击目标，因此，也就更难防御。

历次局部战争表明，电子对抗已成为空袭作战和防空作战的重要手段。就水面舰艇而言，在未来防空作战中所面临的电磁环境具有以下特点［7-8］：

1）攻防双方电子对抗中的传感器频谱越来越宽，除微波波段外，可发展到红外、可见光波段；

2）电子硬杀伤手段更加先进，命中概率更高；

3）电子对抗中的干扰功率高，目前机载干扰机达10 kW 量级，舰载干扰机达几十千瓦量级。

2.2 舰载防空反导激光武器系统的作战需求

基于对水面舰艇防空作战环境的分析可知，未来海战中，来袭空中目标具有以下特点：

1）目标飞行高度向低空、超低空和高空两极发展。

对海攻击机、反舰导弹利用低空、超低空突防，以缩短被对方防空系统发现的距离和降低被发现的概率。飞航导弹和战术反舰弹道导弹利用高空飞行来增加射程和增大突防概率。

2）目标飞行速度向超音速或亚超结合方向发展。

反舰导弹在射程需求越来越远的情况下，利用超音速来缩短飞行时间，降低对方的捕捉概率，减少防空系统的预警时间，提高突防能力。

3）空袭目标将采用灵活多变的、先进的战术。

在对舰攻击时，来袭目标一般采用多目标、多群、多方向、多批次、多类型密集饱和攻击战术。

由于传统的小口径舰炮、舰空导弹武器系统在进行防空作战时具有对探测、解算精度要求高，战时弹药补给困难等不足，而且由于舰炮、舰空导弹速度受到限制，从发射到与目标相遇时间长，对目标毁伤效果评定时间长，一旦第1 次射击没有拦截成功，系统作出再次抗击的时间相应减少，这也将使防空系统难以再次组织拦截。

为使防御武器的速度达到极限速度——光速，激光武器等新概念武器得以产生和迅速发展，而且近年来激光技术的日益成熟和成本降低，使得激光武器在用于舰艇防空反导时的优势和特点凸现出来。

2.3 舰载战术高能激光武器作战时的优点

舰载战术高能激光武器在防空反导时与传统的舰炮、舰空导弹武器等相比，具有独特的技术性能，主要有以下几个方面：

1）以光速出击，反应迅速，不受地球引力的影响，直线攻击目标。射击时不需要考虑传统火控的“弹丸飞行时间”，特别适宜对付强机动来袭目标。

2）作为一种无惯性射束，激光可随时向任意方向攻击，机动灵活；也没有普通枪炮发射时的冲击力。

3）由于激光武器只消耗化学燃料或者电力，不需要弹药库，它们可连续射击的总次数仅受限于可用化学燃料，或对固体激光器而言，可产生电力燃料的数量以及冷却系统限制。

4）战场生存能力强。不受外界电磁波干扰影响。不可被拦截，电子战干扰手段几乎不影响其战斗能力。

5）作战费效比高。激光武器系统成本在于其研制、生产和维护成本，其发射只消耗能量，每次射击成本本质上是化学燃料或产生电力所需燃料成本，这往往很低。不同于火炮、导弹武器，激光武器（尤其是使用电力的固体激光器或自由电子激光器）大大降低了对武器后勤保障要求，与防空导弹等其他武器相比更具效费比。

6）打击目标的精度高。一旦接到目标指示，激光武器可使用低功率波束捕获并跟踪目标。这种波束可以很精确地聚焦到目标任何位置，甚至可以选择其脆弱部位实施攻击。

7）激光武器的发射功率可调整，通过发射功率和出光时间的控制，可调整对目标造成的破坏，消除或限制附带损害，毁伤效果可控，实现致命或非致命的多样用途。

8）无污染，发射后不造成二次毁伤或污染。激光武器属于非核、生、化杀伤武器。

基于以上认知，可知舰载战术激光武器可实现低成本、可持续、杀伤可控的快速精确打击，能够有效提升舰艇防空反导、信息攻防和近区防卫作战能力与多样化军事任务执行能力，进一步完善海军装备作战体系，催生新质作战能力，具有明确的作战应用需求。

3 舰载炮光结合武器系统设想

舰载炮光一体化武器系统的优点主要体现在以下几个方面：

1）节省重复环节及甲板占用面积

舰载激光武器系统与现有近程反导舰炮武器系统，均有高精度强实时快速反应特性要求，在系统组成、功能、接口、操作使用、战术目的等方面，均有很多相同地方，非常适于将目标捕获跟踪控制、火控信息处理、武器随动控制等相结合，有效去除功能重复环节。

2）可增加对目标的有效拦截次数

若采用“炮光合一”一体化射击及控制方案，则可有效增加防空武器对目标的拦截次数，这主要是因为舰载激光武器的传输速度为光速，光束从出筒到与目标接触的时间几乎为0，且激光的转火速度快，可应对无人机等机群目标。

3）提高了舰炮武器系统的射击效能

激光武器的高精度跟瞄数据不仅可为激光武器使用，还可为舰炮、导弹等武器提供高精度的目标跟踪数据，能够大幅提高舰炮武器的射击诸元精度，减少舰炮武器系统射击时的脱靶量和射击诸元解算时间，从而有效提高舰炮武器系统的射击效能。

3.1 系统使命任务和作战对象

1）使命任务

a）在舰载防空体系对抗中担负末端防御任务，高效拦截突防的反舰导弹、反辐射导弹、大口径炮弹等已突破我中远程防御的敌反舰武器，提高我舰防空体系整体作战效能。

b）在舰载对海作战体系对抗中担负打击敌方舰艇任务，有效打击敌方的水面舰艇、小艇等水面目标。提高我舰艇对海作战整体效能。

c）以火炮、激光综合模式配属于舰艇中高空、中远程防空和对海打击导弹武器系统中，提高其生存能力。

2）主要作战对象［9-11］

a）导弹类目标：反舰导弹、反辐射导弹等；

b）炮弹类目标：大口径炮弹、迫击炮弹等；

c）舰艇类目标：作战舰艇、水面小艇、橡皮艇等；

d）飞机类目标：固定翼飞机（含无人作战飞机）、武装直升机等；

e）“低慢小”类目标：轻小型无人飞机、中型遥控航模、动力伞、空飘气球等。

3.2 系统主要配置和功能

舰载炮光结合武器系统主要包括综合火控系统（综合火控设备和光束指向器）、高能激光武器、火炮，以及捷联垂直基准等，其主要功能见下页表1 所示。

3.3 舰载炮光结合武器系统关键技术分析

3.3.1 舰载炮光结合武器系统总体技术研究

炮光结合武器是将火炮和激光两种不同类型的武器通过共用跟踪传感器和火控系统而集成在一起，是动能武器和定向能武器的结合，从打击目标类型上来说二者存在很大的重叠。从提高舰艇防御和打击能力出发，结合炮光结合武器系统的使命任务，必须研究系统作战使用的能力需求和发展目标，论证系统主要战技指标，设计火炮与光束指向器，以及高能激光器的集成方案，并考虑火炮射击时的震动、烟雾对指向器跟踪的影响，以及装备的维护保障需求。

3.3.2 炮光结合防空武器火力控制技术研究

炮光结合武器的火控系统承担着火炮武器的解算和发射控制，亦承担着激光武器系统的解算和发射控制。火炮是传统的动能武器，只能实现对目标的硬杀伤，而激光武器是能量可控的定向能武器，可实现对目标的“软硬”杀伤。对于炮光结合武器系统来说，如何实现激光与火炮武器的火力的优化分配，并快速火力交接是炮光结合武器系统充分发挥作战效能的关键。

3.3.3 炮光结合防空武器效能评估技术研究

影响舰载激光武器作战效能的主要因素有激光武器的性能、激光的传输路径及打击目标的特性等，其中激光武器的性能主要有激光器的功率、连续出光时间，激光的波长、光束质量，光束指向器的发射口径及火控系统的跟踪瞄准精度等［12-18］；在评估激光武器效能基础上，如何评价炮光结合系统的效能，找到一种有效评价该系统的优劣方法，更好地达到预期效果，为炮光结合系统各部件的战术技术性能指标提供某些必要的限制和最低标准，为系统研究设计、实验、验收、评审提供一个总的依据。

表1 系统主要设备的功能

4 结论

激光武器具有出光速度快、功率可调、受天气影响大等特点，而火炮武器不受天气影响，但对机动目标具有天然的劣势，同时这两型武器系统，在系统组成、功能、接口、操作使用、战术目的等方面，有很多相同或相似的地方。随着激光武器系统日趋成熟，本文提出了将火炮与激光武器相结合，组成炮光结合武器系统的设想，并分析了舰载炮光结合武器系统的优点、主要配置、主要功能和涉及的关键技术，力图为舰艇武器的发展提供思路。