美國雷射武器有多牛?這也太誇張了!

2020-12-06 中關村在線

「這是一種改變遊戲規則的武器,花大把銀子來搞物超所值,能少送命。」---美國海軍研究辦公室主任馬修.科隆德少將(Matthew Klunder)曰

美國海軍勞斯艦載雷射近程防禦系統(LaWS)

2014年12月,據美國CNN有線新聞網報導,美國海軍在中東地區的波斯灣水域,利用安裝在龐塞號兩棲船塢運輸艦上的勞斯(LaWS)艦載雷射近程防禦系統,成功的擊毀了無人機和水面航行的小艇。

這是一場精心安排的測試,有兩點非常值得重視。龐塞號艦長已被授權使用該武器系統,這意味著如果有無人機或小艇挑釁的話,可以用這種武器來打擊,勞斯系統不是接近實戰狀態,而是已經實戰部署了。

另一方面,測試地選在了素來以高溫高鹽風沙大而著稱波斯灣,環境條件非常荷刻。勞斯艦載雷射近程防禦系統到底是一種什麼樣的武器系統?雷射武器研發方面已經達到了什麼樣的水平哪?我們還得從雷射和雷射武器說起。

雷射武器

雷射(Laser),最初中文名叫做「鐳射」、「萊塞」,1964年,錢學森先生,把這種受激發射的光命名為雷射並從此延續下來。1958年,美國科學家斯沃洛(Schawlow)和頓尼斯(Townes)在試驗室中,用氖光照射稀土晶體,發出耀眼奪目的、會聚在一起的光束,他們把這種光命名為LASER,意思是「受激輻射的光放大」。

1964年,他們因雷射的發現而雙雙榮獲當年的諾貝爾物理獎。雷射的發現在科學界迅速引起轟動,被譽為二十世紀,人類排在原子能,計算機,半導體之後,第四個非常非常重大的發明,譽為最亮的光,最準的尺,最快的刀。

雷射具有高亮度、高方向性、高單色性和高相干性等優秀特性,近幾十年來得到快速的發展,目前雷射已廣泛應用到我們生活中的方方面面的,小到手邊的CD唱片,超市裡的條碼掃描儀,大到雷射焊接、雷射切割,用途非常廣。

雷射問世之初,一貫對高科技裝備情有獨鐘的美國軍方,就想把它搬上戰場,但是要想把雷射變成一種武器裝備可不是想像的那麼容易。首先要解決二個問題,第一個,要求雷射的能量足夠大。第二個難題,就是如何讓雷射的光束克服大氣條件的制約,精確照射到目標的準確部位,也就是說跟瞄問題。

1971年,美國海軍成立了高能雷射計劃管理辦公室,開始進行雷射武器的研製。最初發展方向當時發展較好的是二氧化碳氣體雷射器,但二氧化碳雷射器的功率提升並不快,遲遲不能滿足需要。70年代中期,開始把發展方向轉向化學雷射器。1978年3月,化學雷射器成功擊毀了低空飛行的「陶式」反坦克飛彈,隨之轉而啟動「海石」化學雷射器發展計劃。

上世紀80年代初,美國裡根政府提出的星球大戰計劃,為雷射武器的研發注入了巨額資金,美國空軍把努力方向集中在氧碘化學雷射器(屬於氣體雷射器)上,並以波音704-400F為載機進行試驗,輸出功率達到兆瓦級,目標是摧毀數百公裡外處於助推段的洲際飛彈。美國佬克服了上百公裡傳輸中的大氣層對雷射的偏轉作用研究等關鍵課題,在2010年進行兩次的打靶測試,部分取得了成功。

按原來設想,戰爭時可以同時起飛20-30架裝備雷射武器的波音747飛機,能抗擊約100枚左右的來襲飛彈,但美國軍方認為雷射器功率還要提升20-30倍,所以距離研製目標仍過遙遠,在軍費削減的大形勢所迫下,ABL項目下馬轉為技術儲備,項目名稱也改為ALTB。

上世紀90年代,美國陸軍就開始與以色列聯合研製了戰術高能雷射武器(THEL)。與美國空軍相似,美國陸軍選擇了氟化氘化學雷射器,目標輸出功率達到40萬瓦,可攔截10公裡外的飛機、火箭彈等。1996年,該雷射器在白沙飛彈靶場擊落2枚飛行中的蘇制122毫米火箭彈。

不過這種雷射武器體積巨大,無法裝載在地面車輛上,而且以上兩種雷射武器實際上都利用化學能為原料,每次射擊需要消耗大量的氧碘化學藥劑,即便是身軀龐大的波音747飛機,也只能裝載24次射擊的藥劑。

1987至1988年期間,美國海軍在白沙試驗場,進行一系列打靶試驗,成功摧毀一枚超音速反艦飛彈。至2000年,美國海軍已經發展了「目標-1」和「目標-2」兩種艦載雷射器,分別用於對抗空中目標和反艦飛彈,實際效果不明。

勞斯誕生

2010年,美國海軍水面戰研究中心與科託斯公司籤署了一份價值1100萬美元的合同,用於發展固體光纖雷射武器系統。科託斯公司提出的技術路線與之前美國海軍資助的各種研究完全不同,把發展方向定位為,集成化小功率光纖雷射器。

從技術上講,想要實現雷射武器,首先要選擇雷射器,雷射器是能產生雷射的裝置,相當於民用的電燈泡一類的光源,與民用光源相似,目前能發出雷射的雷射器有上千種,大體上分為固態雷射器、液態雷射器、氣態雷射器、自由電子雷射器等幾大類。勞斯採用的是最簡單也最便宜可靠的光纖雷射器。

光纖雷射器

光纖雷射器(Fiber Laser)是指用摻稀土元素玻璃光纖作為增益介質的雷射器,光纖雷射器可在光纖放大器的基礎上開發出來:在泵浦光的作用下光纖內極易形成高功率密度,造成雷射工作物質的雷射能級「粒子數反轉」,當適當加入正反饋迴路(構成諧振腔)便可形成雷射振蕩輸出。

1988年,美國人施尼茲發明了雙包層摻稀土材料鉺的光纖雷射器,並且描述其基本的工作原理,這種光纖雷射器體積小,能量轉化效率高,最高達70%,最大的優點幾乎是不需要冷卻系統,光纖雷射器發明後,迅速被大量商業化。

科託斯公司採用了6臺IPG公司生產的5千瓦級光纖雷射器,實現總輸出功率32千瓦,以往的雷射武器方案,為了實現高能量聚焦,需要光束相干合成等技術,反射材料的選擇和強雷射作用帶來很大的麻煩,勞斯方案為了降低系統複雜程度,直接跨過了這個看起來的難題,前面說過,光纖雷射器體積小巧。乾脆把6個光纖雷射器緊緊的靠在一起,非常巧妙的解決了問題。

2011年4月8日,美國海軍利用保羅‧佛斯特號防衛系統測試,成功擊毀一艘距離1英裡外的摩託快艇。2012年8月,在加洲外海的聖尼古拉斯島上,勞斯系統首次海上打靶試驗,就成功擊落無人靶機。此後試驗中,先後4次擊落無人駕駛靶機,擊毀最大距離約4公裡,通常過程是先用低能量雷射實現穩定跟蹤,然後發射高能量雷射,大約2秒鐘的時間即可實現擊落。

目前,安裝在龐斯號上的勞斯系統還在進行試驗,美國對方聲稱該系統遠超預期,與動輒數百萬美元一枚的飛彈相比,依次發射成本僅需59美分,儘管如此該系統並沒有在強烈的沙塵暴條件下工作,因為改組條件並不適合於該系統,因為美國軍方認為在這種惡劣條件下攻擊者也不會貿然發動襲擊。

最近6年,美國海軍已經在勞斯雷射近程武器系統的研發方面投入了約4000萬美元,正在研究將密集陣系統與雷射武器系統集成在一起。未來的發展規劃是到2017至2021年,美國海軍將大量裝備這種有效射程約約1.6千米的近程防禦系統。

適用於對抗低強度目標

近年來,無人飛機和無人艦船技術發展很快,如何對付這此體積很小,速度也不快,但數量相對寵大的小目標,給雄心勃勃進行瀕海作戰的美國海軍出了個難題,如果用標準防空飛彈或拉姆等防空飛彈來打,用價值上百萬的飛彈來這打種幾千甚至幾百美元一架的無人飛機,非常不經濟。

用有人操縱的密集陣來打將消耗大量的彈藥,用機槍和小型機關炮來打,有人操縱和武器在搖擺的艦船上,命中率非常低,打上幾百發也不見得能擊毀。勞斯系統每次射擊的成本只有幾十美分(宣傳材料裡稱只有59美分),甚至比一發炮彈還低,還不用考慮彈藥的消耗,非常的經濟。

勞斯雷射近程防禦系統目前已進入成熟發展階段,以整套系統採購價格只有約1500~1700萬美元,要比現有密集陣系統約3500萬美元的採購價格便宜得多,拉姆飛彈系統儘管系統價格不算高,但單枚飛彈價格已經達到了約100萬美元,再加上雷射武器無需彈藥補充,龐斯號上的勞斯系統。

實際上沒有併入全艦電網,只是利用了臺自帶的小型發電機,就實現了供電,目前已經具備了連續滿功率照射2分鐘的能力,並在其後2小時內可充滿80%的電量,以目前試驗中的表現,照射一架無人飛機,只需要不到3秒鐘即可擊毀,勞斯系統的經濟性和可用性,是拉姆和密集陣無法比似的。

雷射武器對無人飛機等小目標,在低強度的衝突中的作用有非常大的市場,隨著高能光纖雷射器和自由電子雷射器的發展,未來必將逐步取代密集陣和拉姆飛彈的作用。

雷射武器已經上艦,未來的近距離對抗中,極有可能無聲無息的打掉對方的光學設備、雷達、彈藥、旗幟甚至人員,連證據都沒有。

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