远望智库⾼级研究员张⽂昌dmm1
激光被称为“最快的⼑”“最准的尺”“最亮的光”，更有甚者将其称为“死光”。1916年，著名的物理学家爱因斯坦提出“受激辐射”理论。1960年，美国科学家梅曼⾸次制造出世界第⼀束激光和第⼀台激光器。之后，世界军事界⼀直试图将这⼀“死光”武器化。特别是美军，上世纪七⼋⼗年代就开始了机载激光反导的研究，虽然探索之路⾮常曲折，但也不断取得突破，特别是近⼏年更是发展迅速，其发展情况值得总结、借鉴。 YAL-1A
⼀、主要研发活动情况
引道结构图（⼀）黯然落幕的YAL-1A激光攻击飞机
YAL-1A激光攻击飞机⼈所共知，是准备⽤于助推段反导拦截的装备。该机以波⾳747-400F为基础，由波⾳、洛·马和诺·格三⼤公司共同研制。
该机发展计划始于1992年，之后由美空军飞利浦实验室与洛克威尔和波⾳公司牵头，对机载激光武器系统进⾏概念设计。⼯程化研制开始于1996年，要求5年内⽣产出能够拦截弹道导弹的原型机。项⽬原称“机载激光器”（ABL），2009年10⽉改称“机载激光试验台”。项⽬管理⼀开始由美国空军负责，后于2001年10⽉交给美国国防部导弹防御局。
计划开发的核⼼装备，包括6个红外搜索跟踪传感器，1套⼆氧化碳测距弱激光器，1套千⽡级固态跟踪照射激光器，1套千⽡级固态信标照射激光器，1套兆⽡级（演⽰型功率1～2兆⽡，作战型功率2～3兆⽡）化学氧碘攻击激光器。
美空军要求，该机能在12～15公⾥⾼度摧毁距离300～600公⾥远的助推段飞⾏的弹道导弹，⼀次出航攻击激光器可发射40次，每次辐射⽬标3～5秒钟。
基本的作战想定是，先⽤红外搜索跟踪传感器通过探测弹道导弹发动机喷出的热量发现⽬标，之后⽤⼆氧化碳测距激光器测量飞机到⽬标的距离。然后再⽤固态跟踪照射激光器照射导弹，以建⽴连续的精确跟踪，确定瞄准点；⽤固态信标照射激光器照射导弹并接受回光，测量⼤⽓湍流对激光束造成的畸变，使光束控制/⽕⼒控制系统能通过⾃适应光学系统对攻击光速进⾏补偿，确保攻击光速能够聚焦到⽬标瞄准点上。最后由兆⽡级化学氧碘激光器发射⾼能激光进⾏攻击，攻击部位⼀般选择在导弹燃料箱。整个过程不到2分钟。
该机⼀度令美国政界军界充满希望，最初计划研制7架（1架概念验证型，1架⼯程研制型，5架⽣产型），2003年底2004年初进⾏⾸次导弹拦截试验；2006年⽣产出⾸批3架，具备初始作战能⼒；2008年具备全⾯作战能⼒。但该机2000年1⽉⾸飞后，直到2010年2⽉11⽇，才⾸次进⾏拦截试验，⽤1兆⽡激光击毁⼀枚飞⾏中的液体燃料弹道导弹。但随后对不久发射的第⼆枚固体燃料弹道导弹的拦截失败了，原因是系统出现异常。之后，在该年度⼜进⾏的⾄少三次靶试均遭失败。
后经评估，鉴于YAL-1A激光攻击飞机所涉及的七项关键技术没有⼀项完全成熟，美国国防部2011年12⽉决定终⽌该机的研发。YAL-1A激光攻击飞机的研发历时近16年，总耗资超过50亿美元，2012年2⽉14⽇，YAL-1A原型机完成了最后⼀次告别飞
⾏，便黯然落幕。
主要问题：⼀是氧碘化学激光器结构复杂、庞⼤，80吨太重，55千克/千⽡的质量功率⽐太⾼，只能由⼤型飞机搭载。⼆是实际反导拦截距离只有160公⾥左右，距离对固体燃料弹道导弹300公⾥、对液体燃料弹道导弹600公⾥的最⼤射程要求相差较⼤。三是化学药剂消耗量⼤，每次出航均需补充约14吨化学药剂，最多只能发射24次激光太少，费⽤太⾼。四是化学药剂易燃、剧毒、腐蚀性强，排出的废⽓有害，使⽤维护复杂，危及⼈⾝安全。五是12公⾥的作战⾼度不够，⼤⽓对激光的吸收太强，平台抖动效应⽆法克服，激光束稳定性差。六是旋转炮塔和机⾝过热，易引发空中事故，激光系统反应较慢，⽆法连续发射。七是载机波⾳747-400F笨重庞⼤、速度慢、机动性差，⽬标信号特征明显，⽣存能⼒低，靠近敌⽅导弹发射位置不现实，深⼊敌⽅腹地不可能。
主要收获：美军对机载激光器、光束控制和能源制备等技术有了深⼊掌握，对激光器体积、重量和功率的需求，激光器的稳定和作战⾼度，有了更加深刻的认识，为美国后续机载激光反导武器的发展打下基础。
YAL-1A反导⽰意图
（⼆）出现发展曙光的固体激光器
YAL-1A下马的2011年，导弹防御局就启动了“定向能研究”项⽬，以资助林肯实验室的光纤组合激光器和劳伦斯·利弗莫尔国家实验室的⼆极管泵浦碱⾦属激光器的研发⼯作。2012年，这两种激光器架构通过了导弹防御局的可⾏性审查。
光纤组合激光器：以掺杂⾦属元素的玻璃纤维作为增益介质产⽣激光输出。优点是电光转换效率⾼，超过40%；能发出接近理想衍射极限的光束，光束质量⾼；封装后可在极端的温度、冲击和振动环境下可靠⼯作，环境适应能⼒强，免维护，稳定性好；体积⼩，散热性好，塑形容易，可分布安装。缺点是单个光纤激光器的输出功率有限，⼀般不能超过10千⽡。否则功率太⼤，⼤量光⼦进⼊光纤会使其迅速加热，难以及时散热光纤就会⾃毁。需采⽤波长组合技术、相参组合技术，才能汇聚多个光纤放⼤能量，形成更强激光波束。2014年，通过组合42个光纤激光器，使输出功率达到44千⽡。但质量功率⽐太⾼，达40千克/千⽡。近年，正向5千克/千⽡的⽔平迈进。
⼆极管泵浦碱⾦属激光器：以碱⾦属的饱和蒸汽作为增益介质，以半导体⼆极管作为泵浦源。优点是量⼦效率理论值超过90%，废热减少了80%，激光波长能与⼤⽓传输窗⼝相匹配，且位于近红外电学耦合元件的敏感波段，可通过增加单个增益模块的尺⼨来成⽐例地放⼤输出功率，单孔径功率可达兆⽡级，设计简单。缺点是单个模块内处理的能量⾮常⾼，具有⼀定的危险性。2015年，⼆极管泵浦碱
⾦属激光器输出功率达到了14千⽡，累积运⾏超过100分钟。未来⼏年，将向30千⽡冲刺，进⾏120千⽡⽅案设计。
⽬前，光纤组合激光器和⼆极管泵浦碱⾦属激光器被认为是当今世界上最有前途发展成为体积⼩、重量轻、可机（车）载的兆⽡级激光器。
（三）再启“低功率激光验证机”
YAL-1A激光攻击飞机终⽌研发以后，美军并没有放弃空基激光反导构想，⽽是将平均功率兆⽡级的攻击激光器由氧碘激光器改为了⼆极管泵浦碱⾦属激光器或光纤合成激光器，将载机由波⾳747-400F改成了⾼空长航时⽆⼈机，以融合⽆⼈机和定向能两⽅⾯技术优势。这种想法早在2001年阿富汗战争时，在⽆⼈机技术不断成熟的情况下，就产⽣了，并⼀直⼤⼒推进。
2009年4⽉，美空军进⾏了MQ-9“死神”⽆⼈机携带多光谱瞄准系统MTS-B跟踪弹道导弹发射的试验。2011年，美国国防部导弹防御局启动“定向能研究”项⽬，每年安排预算，开展⾼空长航时⽆⼈机激光探测、助推段弹道导弹拦截的研究。2015年2⽉，美国国防⾼级研究计划局和空军研究实验室⽀持的机载⾼能激光武器“航空⾃适应激光波束控制”炮塔已经完成8次飞⾏测试。
2016年8⽉，随着固体激光技术、激光光束控制技术、红外探测技术等不断进步，美国国防部导弹防
御局正式提出了“低功率激光验证机”项⽬，并发布“意见征询书”，寻求运⽤新的途径将⾼效紧凑的激光武器集成到⾼空长航时⽆⼈机上的可⾏⽅案，计划2020年前开展装机试飞,2021年前完成⽬标捕获跟踪、精确瞄准、任务激光器稳定性和杀伤能⼒的演⽰试验，最后与现有反导系统进⾏联合作战概念验证，2023年左右完成。
运动头项⽬的主要开发内容，开发1个100⽡的低功率代理激光器，1个千⽡级的跟踪激光器和1个功率可达150千⽡的任务激光器。激光器电光效率>40%，系统重量和体积要⾮常低。⾼空长航时⽆⼈机飞⾏⾼度约2万⽶，留空时间36⼩时以上，巡航速度0.45马赫；有效载荷最低2268千克、最⾼5670千克，可⽀持1～2⽶⼝径光学有效载荷；能为激光器提供140～280千⽡的电能，供电时间不少于30分钟；具备低震动特性，⾓位移⼩于50毫弧度；具备地⾯持续控制能⼒。
“低功率激光验证机”的研发，将使激光器、探测器、光束控制系统、处理器、电源和热管理系统与⾼空⽆⼈机载平台集成技术，跟踪激光器防区外远程捕获、跟踪和锁定⽬标的能⼒，代理⾼能激光器的瞄准和稳定精度，任务激光器的远距离作战效能，在现有反导系统中的作战概念，等等，都能得到有效验证，标志着美军机载固体激光反导武器已开始从基础科学研究向⼯程化开发迈进，将为后期过渡到研发⾼功率机载激光反导武器，提供必要的技术、实验数据和作战经验，奠定基础。未来，将按⽐例提⾼固态激光武器的输出能量⽔平，达到可⽤于助推段反导的程度。
⽆⼈机携带多光谱瞄准系统MTS-B跟踪弹道导弹发射的试验
分级授权
⼆、发展动因
（⼀）应对弹道导弹四起，谋求战略优势
茶农技艺
攻与防是相伴⽽⽣的两件事。上世纪40年代末，美国和苏联开始异常激烈的军备竞赛，⼤⼒发展核武器及其运载⼯具弹道导弹、轰炸机、潜艇。这时，反导装备的发展也分别在美苏两国开始了，⽬的都是试图既拥有⽆坚不摧的进攻性核⼒量，同时⼜拥有坚不可摧的战略防御能⼒。
上世纪70年代，美国⼀边和苏联签署《限制反弹道导弹系统条约》，⼀边发展机载激光武器。80年代，美国提出“星球⼤战”发展设想。90年代，苏联解体，俄罗斯陷⼊经济困难，⽽此时，美国的反导技术⽇趋成熟，于是在2001年断然宣布退出《限制反弹道导弹系统条约》，趁俄罗斯内乱之机，⼏年内⼀举发展成功中段和末端反导体系，打破了美俄间的战略平衡。
2005年以后，随着经济的不断恢复，俄罗斯⼜⼤⼒开始了弹道导弹的升级换代，严重破坏了美国业已建⽴的反导能⼒。特别是近些年，弹道导弹技术不断扩散，拥有弹道导弹的国家不断增多，美国不时感到有弹道导弹的威胁，美国的全球霸权受到了严峻挑战。
美国⼀边加快弹道导弹升级换代，⼀边不遗余⼒发展更加⾼效的空基激光反导能⼒，⽬的就是要建⽴更加强⼤的攻防兼具的战
略优势。
（⼆）完善反导体系，抢占反导技术制⾼点
美国反导体系虽说是⽬前世界最先进，但还不能说已完善。其中，中段⾼层反导系统GMD拦截成功率不⾼，只有50%左右。中段低层反导系统“标准”-3在34次拦截试验中只成功28次。末段⾼层反导系统“萨德”的拦截成功率较⾼，在15次测试中15次成功，但针对的都是中程以下的弹道导弹，对战略弹道导弹的拦截还是个未知数。
在不能保证对来袭导弹有100%的拦截成功率的情况下，再建起机载激光初段反导系统，实现初、中、末三段相互补充的反导体系，可⼤⼤提⾼美军反导拦截的成功率。
特别是⽬前动能反导技术不断扩散，不仅像俄罗斯这样的⼤国反导装备技术迅速崛起，其他如以⾊列、印度、韩国、伊朗等国家也在不断发展。你⽆我有，你有我优。美军⼤⼒发展⽆⼈空基激光反导武器，就是要抢占反导技术制⾼点，保持绝对领先。
机械曝气机美国⽆⼈机机载激光初段反导⽰意图
（三）初段反导好处多，⽆⼈机结合激光武器更适合
助推段反导优势很多，导弹脆弱，红外信号强，速度慢，尚未释放⼲扰，易被探测拦截。弹头和弹体尚未分离，击落的导弹残骸碎⽚都落在敌国境内，不会给防御⽅带来任何的附带损伤。
但助推段拦截难度也是⼗分突出，发动机助推时间平均在3～5分钟，拦截时间窗⼝极短。动能拦截弹射程有限，飞⾏时间⼜很长，如果⽤动能拦截弹进⾏初段反导，拦截系统必须距离导弹发射地很近，这⽆论在技术上还是战术上，都很难实现。
激光武器就不⼀样了。激光以光速传播，时间可忽略不计；打击精度⾼，能将光束瞄准在弹道导弹的某⼀点上射击，每次射击持续时间3～5秒；激光反导成本低，特别是固体激光反导每次射击成本更低，只有不到1美元；可短时间内对不同⽅向的⽬标进⾏连续打击。机载激光武器机动性强，针对⼀个国家的不同⽬标，或针对不同国家，可随时机动、快速反应。⽆⼈机⽆⼈驾驶，没有⼈员伤亡之忧，可执⾏渗透打击。
（四）激光武器技术不断突破，新希望不断出现
东⽅不亮西⽅亮。在化学氧碘激光器的发展遇到难以克服的困难之时，固体激光器的研发露出了⼀线
曙光。
近些年，以光纤组合激光器和⼆极管泵浦碱⾦属激光器为代表的固体激光器，在功率、重量、波束质量和可扩展性等⽅⾯，都取得了⼀系列突破性进展。
固体激光器输出功率虽然不⽐氧碘激光器，但却具有可实现低质量功率⽐、模块化制造、⽆需复杂的安全措施和后勤保障等优势，已成为激光武器发展的希望，美军重点关注的前沿技术。
⽆⼈机激光反导⽰意图
三、希望与挑战
美军激光武器化应该是不远的事了，实现⽆⼈机载激光助推段反导⼤有希望。这主要体现在以下两个⽅⾯。
⼀是体现在美军固体激光武器的研发进步⼗分迅速。
美陆军短短⼏年已成功试验5千⽡、10千⽡车载、机载激光武器，2017年3⽉⼜接收了洛·马公司交付的60千⽡激光器，还计划2022年试验100千⽡激光器。
美海军已将30千⽡级的光纤组合激光器加装到了“庞塞”号两栖运输舰上，在⽓象条件良好的情况下，激光器的杀伤距离能达到10公⾥左右。2017年7⽉，美国海军运⽤该激光器成功击落1架⽆⼈机。美国海军⼜开始研发“⾼能激光与综合光学杀伤监视系统”，⾼能激光器稳定输出功率可达60～150千⽡，2020年交付。
美空军正在开展“下⼀代紧凑型环境下激光改进”，研发⼩型光纤合成激光器，打算20年后将激光器集成到战⽃机上。
豫公网安备41160202000603
站长QQ:729038198
关于我们
投诉建议