2020年5月22日,美国太平洋舰队对外宣布,已于5月16日成功测试了功率达150千瓦的“激光武器系统演示”(LWSD)MK 2型舰载高能激光武器系统,一架目标无人机在测试中被击毁。与传统武器相比,激光武器到底有何优劣?除LWSD 系统外,美海军还有哪些激光武器项目?此次LWSD 系统试验成功,是否意味着激光武器就此登上海战舞台?要想理清这样一些问题,还得从激光武器的基础原理说起。
所谓激光,即原子中的电子汲取能量后从低能级跃迁到高能级,再从高能级回落到低能级的时候,以光子形式所释放的能量。这种被激发出来的光子束(即激光),其中的光子光学特性高度一致,与一般光源相比,单色性和方向性更好,亮度更高。因此,可以将大量光子在一个极小的空间范畴出,大幅度提高这一范畴内的单位体积内的包含的能量,从而破坏并点燃目标。激光武器便是利用激光的这一特性研制的。此外,由于激光具有方向性好和亮度高的优点,除可作为杀伤性武器外,还能用于测距、制导甚至炫目干扰,特别是前两种应用方式早在数十年前就已有用化。
由于激光指向性极好,可以像一串连续的子弹一样,通过直射“弹道”对目标进行打击,因此理论上讲,所有直瞄射击武器都可用激光替代。以美国典型MK44型30毫米机关炮为例,其炮弹初速不过1080米/秒,M16步的初速则为 960米/秒,与上述两款武器相比,光速可达30万千米/秒,几乎在发射的瞬间就命中目标,这一特点使得激光武器射击精度要比弹丸武器高得多,而且不需要非常复杂的火控系统以设置提前量,几乎能实现“指哪打哪”。从这个方面看,激光武器的运用前景极为广阔。当然,这一杀伤方式也决定了,激光武器只能打击视距内目标。
尽管激光武器看起来优势显著,但要想发挥激光武器的威力,必须有充足的电能保证,这就制约了其应用范畴。目前,不少国家虽然都在研制单兵激光发射器,但这类武器受能耗所限,只能对目标达成炫目干扰效果。真正有一定杀伤力的激光武器,仍是搭载在各类大中型平台上的大型激光发射器,它们可依靠平台提供的电能,以较大功率直接杀伤目标。
具体到舰载激光武器,由于现代海战交战距离大幅度的增加,无论反舰作战,还是防空作战,其交战距离大都超出视距范畴。这种情况下,各国研制的舰载激光武器,主要目标便是取代现有的舰载近防系统,承担起拦截来袭导弹的任务。此外,针对类似快艇、无人机之类非传统安全威胁目标,由于其速度、机动性和体积都要比导弹之类目标更容易攻击,因此成为现阶段激光武器打击的主要目标。
作为目前世界上最强的海上力量,美海军在激光武器研发上起步很早,早在20世纪80年代就启动了“舰用高级中红外化学激光器”(MIRACL)项目。不过,由于化学能激光器使用有毒化学品作为动力源,存在重新装填困难、工作过程中缺乏安全性等问题,因此,在2000年后,美海军改以固态激光器为主要进展方向。
按美军设想,舰载激光武器大多数都用在拦截小型快艇、火箭弹、迫击炮弹,无人机、反舰导弹、弹道导弹等目标。由于这些目标性质差异很大,拦截的难度也不一样。为此,美军按照逐步推进,不断的提高技术性能指标的原则,在2011年制定了海军激光武器进展的“三步走”策略。
第一步,在2017年前后,美军计划形成第一代舰载激光武器的初始作战能力,这些激光武器的功率在60到100千瓦左右,大多数都用在对抗无人机、反舰导弹的电子设备、快艇及敌方各类光学侦察设备,这些激光武器安装条件不高,对电力需求不超过400千瓦、冷却能力不超过68冷却吨,既可安装在新型舰艇上,也用于老舰改装升级。
第二步,到2022年前后,计划装备功率300到500千瓦的高性能激光武器,进一步增加激光武器的射程,使其具备协助编队其他舰艇拦截反舰导弹的能力。这一级别的激光武器系统,不仅耗电能力达 2.5 兆瓦,冷却需求也达到 560冷却吨,现有作战舰艇很难满足其使用上的要求,因此,在美军计划中,这类激光武器主要装备在未来新型水面舰艇上。
第三步,2025年后,为包括航母在内的下一代水面舰艇配备功率在1兆瓦以上的大型激光发射器,系统耗电也将增至10至20兆瓦,冷却能力增至1400冷却吨,这种激光武器除满足之前的作战要求外,还将具备拦截弹道导弹的能力。
为实现设定目标,美国近年来推出了一系列舰载激光武器研制计划。在光纤固体激光器、片状固体激光器和自由电子激光器3个领域里,有多款激光武器的研制取得进展,部分产品甚至达到一定有用化的程度。
其中,光纤固体激光器取得的进展相对最大。2010年前后,美国有两款光纤固体激光器,其中较小的一款被称为“战术激光系统”(TLS)。作为应对2008年伊朗小艇靠近美舰事件的重要措施,这款只有10千瓦的小型激光器,其功率及体积都较小,可直接装到美军MK38型25毫米机关炮一侧,与火炮一起完成对小艇目标的攻击。此外,由于TLS功率较小,该系统还能作为一个一般的激光发射器,用于目标的指示与跟踪。2011年3月,美军要求 BAE 系统公司在波音公司的协助下,以280万美元的经费研制一台 TLS 原型发射器,并按计划将其投入试验。不过,这套系统此后长期处在试验状态,并未实际部署,BAE公司也只是将其作为MK38舰炮的一个附加功能进行宣传。
此外,美海军还尝试过,将7束15千瓦的固态激光合成一束105千瓦激光的“海上激光演示”(MLD)项目(一种片状固体激光器)并计划研制300至600千瓦的高能激光武器。“自由电子激光器”(FEL)也一度进入美军视野,但最终因原型机功率只有14.7千瓦,远低于预期的100千瓦,且体积巨大,不足以满足需求,美海军于2011年3月决定暂缓该计划,把精力先集中到固体激光器上,以便尽快研制出有用化的激光武器系统。
为此,美军决定以LaWS系统为基础进一步放大功率,研制功率更大的激光武器。2017年,由于“庞塞”号船坞运输舰退役,美军在挑选下一代激光武器测试平台时,挑选了舰体更新、安装空间更大的“波特兰”号船坞运输舰,并在2019年秋季为其加装了LaWS系统的下一代产品——“激光武器系统演示”(LWSD)MK2型,该系统又被称为“固态激光成熟型”(SSL-TM),由诺-格公司领衔,BAE系统、雷神等多家公司联合研制。LWSD系统使用150千瓦激光器,是LaWS系统的5倍,杀伤力较后者明显地增强。从媒体公布的试验照片看,与LaWS系统相比,LWSD系统的转塔部分体积显著减小,这将减轻跟踪随动系统的负担,进而提升LWSD系统的瞄准速度,以便同时应对多个方向的来袭目标。
事实上,除了刚完成试验的LWSD系统外,美军也在推进另一款低功率激光系统的试验部署,即“海军光学炫目”(ODIN)。该系统通过干扰来袭目标的光电和红外传感器,以达成拦截目的。按计划,美军将把ODIN系统部署到“伯克”ⅡA型驱赶舰上。2019年11月,此前曾试验LaWS系统的“杜威”号驱赶舰,在舰艄平台上安装了一套ODIN系统,用于相关试验。目前,关于ODIN系统的功率、杀伤效果等具体参数虽尚未公开,但从该型激光武器的杀伤原理看,其应为一款功率低于30千瓦的产品。与此同时,美军还在研制一款名为“舰载激光武器系统”(SNLWS)增量1的60千瓦的高能激光器(有潜力升级到150千瓦),该项目也被称为“集成光学眩晕与监视的高能激光”(HELIOS)。
从上述激光武器计划看,美军目前使用的试验平台要么是驱赶舰,要么是船坞运输舰。之所以挑选这些舰艇作为激光武器试验平台,一是,因为这些舰船吨位较大,舰上有相对充裕的空间进行改装,可安装体积和重量都较可观的激光发射系统及相应的火控、冷却设备;二是,这些大型舰船有相对充裕的供电能力,能满足激光武器在试射时的电力供应。
实际上,当下美海军研制的激光武器,虽项目繁杂且不乏试验性部署的型号,但均属于美国激光武器进展计划第一步的范畴,从威力上看,这些激光武器目前只能攻击诸如小艇或低速无人机这类目标,尚不能用于拦截反舰导弹。
用激光武器拦截导弹,重点是,在短时间内使用高能激光集中照耀到来袭导弹的某一点,进而通过高温破坏导弹结构及内部设备,以达到拦截效果。从这一角度看,在拦截激光能力有限的情况下,通过导弹机动幸免同一位置被连续照耀,或在导弹表面使用反射效率高或散热效率高的材料,都能在某些特定的程度上增加激光武器的拦截难度。要知道,即使美军最新测试的LWSD系统,其功率虽达到 150千瓦,但攻击单个目标仍需4至5秒,乃至更长时间。考虑到这些激光武器最大杀伤距离只有1.5千米左右,如果面对的是3马赫俯冲攻击的超声速反舰导弹(每秒速度可达1020米),激光武器根本没办法保证在导弹命中前摧毁目标。当然,这些激光武器也能够最终靠攻击来袭导弹导引头,进行反导拦截作战。不过,在1.5千米左右的距离上,激光武器即使能摧毁导弹导引头,凭借惯性继续飞行的反舰导弹,仍能给舰艇造成一定损害。
综上所述不难发觉,美军虽完成了LWSD系统的试射,不少媒体都称这“将要重新定义海上战争”,但从目前舰载激光武器的实际水平看,即使传统的末端预防任务都难以胜任,更别说改变海战了。
此外,随着舰载激光武器能耗慢慢的变大,对舰艇的供电能力也提出更加高的要求。按美军设想,300到600千瓦的高能激光器,理论上已满足拦截反舰导弹的需求,相应地其耗电量也从现有的数百千瓦提升到兆瓦级(最高可达2.5兆瓦)。由于耗电量巨大,一旦激光武器开火,势必会影响舰艇全舰供电。以伯克级驱赶舰为例,该舰配有3台2.5兆瓦的艾莉森 AG9140燃气发电机,目前可基本满足舰上日常需求。然而,如果再额外增加1至2台数百千瓦的激光武器,将会使全舰电力系统负荷进一步加大,势必影响别的设备的运行。要知道,现代驱赶舰上电子设备众多,其中不乏如多面阵相控阵雷达这样的耗电大户。对伯克级这类防空驱赶舰而言,战时第一要保证其搭载的 AN/SPY-1 相控阵雷达能有效运行,以便随时掌握空情。加装激光武器后影响到AN/SPY-1 雷达运行,那就得不偿失了。事实上,伯克级驱赶舰在设计之初,供电能力虽有一定冗余度,但从“伯克”Ⅰ进展到“伯克”ⅡA,由于设备持续不断的增加,几乎耗尽了设计余量。因此,美国在设计“伯克”Ⅲ时,专门增加了供电能力,以保证新一代舰载雷达能有效运转。由此看来,激光武器能否从试验室走向战场,除逐步的提升自身功率外,具备强大供电能力的搭载平台,也是必不可少的。
特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。
国庆期间出境游的中国游客53.1%选择去日本,最想去的大阪排第3,东京第2……
A股暴涨,35分钟成交破万亿!又有券商软件崩溃,回应:单太大了!有网文作者称已赚300万元,“财富自由了,书不写了”
有技术打底,有市场先机,扫描全能王背后的合合信息登陆科创板,积年累月的高投入转化成优质资产?
抢筹ETF!中报前十大席位暴露私募ETF的全布局,这两类ETF最受重视!