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激光武器

2016-06-20 12:53:02 杭州亭柏激光加工中心 阅读


激光武器(Laser Weapon)是用高能的激光对远距离的目标进行精确射击或用于防御导弹等的武器,也称为战术高能激光武器(THEL)。具有快速、灵活、精确和抗电磁干扰等优异性能,在光电对抗、防空和战略防御中可发挥独特作用。激光武器的缺点是不能全天候作战,受限于大雾、大雪、大雨,且激光发射系统属精密光学系统,也受大气影响严重,如大气对能量的吸收、大气扰动引起的能量衰减、热晕效应、湍流以及光束抖动引起的衰减等。

由于激光武器需要大量的电能,在能量储存设备难微型化(如高能电池[1]  )的问题解决前,比较难实现大规模应用。

研发历史


A 50W FASOR, based on a Nd:YAG laserA 50W FASOR, based on a Nd:YAG laser
鉴于激光武器的重要作用和地位,美、俄、以色列和其他一些发达国家都投入了巨额资金,制定了宏大计划,组织了庞大的科技队伍,开发激光武器。 至90年代初,仅美国政府对激光武器的研究投资就达90亿美元。80年代中后期,苏联和英国的军舰或陆上已有实验性战术激光武器装备,美、法、德等国也作 了大量试验。战略激光武器研究费用高,技术难度大,其前景还有待观察。
激光武器的效费比是比较高的。在防空武器方面,当前主体是导弹,激光武器与之相比消耗费用要便宜得多。例如,一枚“爱国者”导弹要60-70万美元,一枚短程“毒刺”式导弹要2万美元,而激光发射一次仅需数千美元,今后随着技术的发展,激光发射一次的费用可降至数百美元。
6月6日,美国军方在新墨西哥州南部的怀特桑兹导弹试验场首次进行战术高能武器试验,成功摧毁了一枚飞行中的喀秋莎火箭。 美军方官员称,这是世界上第一种以激光为基础的反导系统。美军方还将于近段时期进行该武器击落多枚“来袭导弹”的试验。该系统由美加利福尼亚州的承包商汤 普森·拉莫·伍尔德里奇公司专门为美国陆军和以色列设计制造,开发费用高达2亿美元。该系统尤其适合部署在人口稠密的地方,而且成本十分低廉,据估算,每 拦截一枚导弹只需约3000美元。美国防部正在考虑研制一种机动性能更强、打击范围更广、主要针对弹道导弹的激光拦截技术。
本次航空展上,美国雷神公司展示的最新武器——激光防空武器系统吸引了全 世界的视线。雷神公司称,在5月进行的秘密试验中,该激光武器系统击落了4架无人飞机。事实上,美国陆海空三军正斥巨资研发各种激光武器,下至可以让人致 盲的激光枪,上致能摧毁无人机、火箭弹乃至巡航导弹的高能激光武器。虽然这些武器仍停留在设计和实验阶段,但可以预见,激光武器走上战场只是时间早晚的问 题。  雷神公司2010年7月19日在英国范堡罗国际航空展上播放了一段简短的黑白视频,从视频画面上可以看到,一架无人机首先在空中掠过,几秒钟之后,它突 然变成一团火球,随后坠入海中。乍看上去,这很像小说或电影中外星飞碟击落人类飞机的诡异场面,但事实上,这并非幻觉,而是一次真实的实验。
雷神公司称,此次实验的主角是海军的激光武器系统,试验中,当4架无人机 以480公里时速飞过美国加州圣尼古拉斯群岛上空的海军武器和训练基地时,位于3.2公里之外的美军战舰上的“密集阵”雷达系统开始工作。它利用电光追踪 和无线电传感器探测到无人机的距离和方位等信息,并将其传输给激光武器系统。后者随即发射32千瓦的激光能量束,数秒之内就将无人飞机烧毁。
这一武器由美国海军资助,雷神公司研发,其激光技术取得了重大突破,能够 被部署在战舰上用于中短程防御。据悉,美国雷神公司从汽车工业领域购买了6套现成的商用激光设备,然后将其组装成一套威力强大的激光发射器。该武器与美军 战舰上的“密集阵”舰炮防御系统结合,并使用后者的雷达探测系统瞄准。除了可用于打击无人飞机外,这套系统还可用于打击小型舰只、迫击炮弹和火箭弹。
据2013年4月各大通讯社的报道,美国海军将首次在军舰上部署激光武器,其可击落无人机或瘫痪军舰。美国军方认为,这种武器将进一步改变战争模式。这种激光武器可充电,每发射一次成本不到1美元。第一个激光武器将于2014年安装部署在中东的Ponce军舰上。
2015年5月,媒体报道美国军方目前正在测试一种机载激光武器,能
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够安装在无人机或者战斗机上,美国防部希望有朝一日能够利用激光打击敌方目标,目前机载激光武器正在白沙导弹靶场进行测试。来自美国防部高级 研究计划局的消息,第一个机载激光武器系统已经展示了前所未有的摧毁能力,科幻片中使用激光武器攻击目标的情景很快就有实现,已经非常接近实战的状态,堪 称是一种“死亡射线”。或许未来的空战就使用激光武器相互攻击,一旦被瞄准就意味着被摧毁。[2] 

技术原理


激光击毁目标有两个方面:一是穿孔,二是层裂。所谓穿孔,就是高功率密度的激光束使靶材表面急剧熔化,进而汽化蒸发,汽化物质向外喷射,反冲力形成冲击波,在靶材上穿一个孔。所谓层裂,就是靶材表面吸收激光能量后,原子被电离,形成等离体“云”。“云”向外膨胀喷射形成应力波向深处传播。应力波的反射造成靶材被拉断,形成“层裂”破坏。除此以外,等离子体“云”还能辐射紫外线或X光,破坏目标结构和电子元件。

组成结构

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激光武器是一种利用定向发射的激光束直接毁伤目标或使之失效的定向能武器。根据作战用途的不同,激光武器可分为战术激光武器和战略激光武器两大类。武器系统主要由激光器和跟踪、瞄准、发射装置等部分组成,通常采用的激光器有化学激光器、固体激光器、CO2激光器等。

主要特点

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激光武器是一种定向能武器,利用强大的定向发射的激光束直接毁伤目标或使 之失效。它是利用高亮度强激光束携带的巨大能量摧毁或杀伤敌方飞机、导弹、卫星和人员等目标的高技术新概念武器。强激光武器有着其它武器无可比拟的优点, 强激光武器具有速度快、精度高、拦截距离远、火力转移迅速、不受外界电磁波干扰、持续战斗力强等优点。美、俄、英、德、法、以色列等许多西方国家都在积极 发展强激光武器。激光武器经过三十多年的研究,已经日趋成熟并将在今后战场上发挥越来越重要的作用。[3] 
高度集束的激光,能量也非常集中。举例说,在日常生活中我们认为太阳是非 常亮的,但一台巨脉冲红宝石激光器发出的激光却比太阳还亮200亿倍。当然,激光比太阳还亮,并不是因为它的总能量比太阳还大,而是由于它的能量非常集 中。例如,红宝石激光器发出的激光射束,能穿透一张3厘米厚的钢板,但总能量却不足以煮熟一个鸡蛋。
激光作为武器,有很多独特的优点。首先,它可以用光速飞行,每秒30万公里,任何武器都没有这样高的速度。它一旦瞄准,几乎不要什么时间就立刻击中目标,用不着考虑提前量。另外,它可以在极小的面积上、在极短的时间里集中超过核武器100万倍的能量,还能很灵活地改变方向,没有任何放射性污染。
激光武器具有攻击速度快、转向灵活、可实现精确打击、不受电磁干扰等优 点,但也存在易受天气和环境影响等弱点。激光武器主要指高功率强激光武器,它是一种利用激光束摧毁飞机、导弹、卫星等目标或使之失效的定向能武器。按搭载 的载体不同,激光武器可分为:舰载式、车载式、机载式、地基式、星载式(天基)激光武器系统。
激光武器作用的面积很小,但破坏在目标的关键部位上,可造成目标的毁灭性破坏。这和惊天动地的核武器相比,完全是两种风格。
战术激光武器的突出优点是反应时间短,可拦击突然发现的低空目标。用激光拦击多目标时,能迅速变换射击对象,灵活地对付多个目标。
激光武器的缺点是不能全天候作战,受限于大雾、大雪、大雨,而且激光发射系统属精密光学系统,在战场上的生存能力有待考验。
陆军的快速发射高炮的炮管寿命短,连续发射几分钟后就要更换,而激光武器不存在多次发射的寿命问题。可以预计,未来在弹炮结合防空武器系统的基础上,将出现将新型防空导弹、高炮和激光武器三结合的对空防御系统。其中,激光武器主要拦截从低空、超低空突然来袭的近距离目标,这有可能大大提高对精确武器的拦截溉率,解决当前存在的极近程防空问题,并可用于保卫重要目标,如重要机构、指挥中心、通讯和动力中枢等研制的激光武器的体积一般较大,重量较重,所以各国首先考虑舰载应用。

主要分类


激光武器分为三类:
一是至盲型。前面我们讲过的机载致盲武器,就属于这一类。
二是近距离战术型,可用来击落导弹和飞机。1978年美国进行的用激光打陶式反坦克导弹的试验,就是用的这
机载激光武器机载激光武器
类武器。
三是远距离战略型。这类的研制困难最大,但一旦成功,作用也最大,它可以反卫星、反洲际弹道导弹,成为最先进的防御武器。发达国家的大型水面舰只已开始采用核能作为动力,中型水面舰只的电动化改进也已进入实质阶段,这都为激光武器在舰艇上的应用铺平了道路。
战术激光武器
战术激光武器是利用激光作为能量,是像常规武器那样直接杀伤敌方人员、击毁坦克、飞机等,打击距离一般可达20公里。这种武器的主要代表有激光枪和激光炮, 它们能够发出很强的激光束来打击敌人。1978年3月,世界上的第一支激光枪在美国诞生。激光枪的样式与普通步枪没有太大区别,主要由四大部分组成:激光 器、激励器、击发器和枪托。国外已有一种红宝石袖珍式激光枪,外形和大小与美国的派克钢笔相当。但它能在距人几米之外烧毁衣服、烧穿皮肉,且无声响,在不 知不觉中致人死命,并可在一定的距离内,使火药爆炸,使夜视仪、红外或激光测距仪等光电设备失效。还有7种稍大重量与机枪相仿的小巧激光枪,能击穿铜盔, 在1500米的距离上烧伤皮肉、致瞎眼睛等。 战术激光武器的"挖眼术"不但能造成飞机失控、机毁人亡,或使炮手丧失战斗能力,而且由于参战士兵不知对方激光武器会在何时何地出现,常常受到沉重的心理 压力。因此,激光武器又具有常规武器所不具备的威慑作用。1982年英阿马岛战争中,英国在航空母舰和各类护卫舰上就安装有激光致盲武器,曾使阿根廷的多 架飞机失控、坠毁或误入英军的射击火网。
战略激光武器

战略激光武器可攻击数千公里之外的洲际导弹;可攻击太空中的侦察卫星和通信卫星等。 例如,1975年11月,美国的两颗监视导弹发射井的侦察卫星在飞抵西伯利亚上空时,被前苏联的“反卫星”陆基激光武器击中,并变成“瞎子”。因此,高基 高能激光武器是夺取宇宙空间优势的理想武器之一,也是军事大国不惜耗费巨资进行激烈争夺的根本原因。据外刊透露,自70年代以来,美俄两国都分别以多种名 义进行了数十次反卫星激光武器的试验。 反战略导弹激光武器的研制种类有化学激光器、准分子激光器、自由电子激光器和调射线激光器。例如:自由电子激光器具有输出功率大、光束质 量好、转换效率高、可调范围宽等优点。但是,自由电子激光器体积庞大,只适宜安装在地面上,供陆基激光武器使用。作战时,强激光束首先射到处于空间高轨道 上的中断反射镜。中断反射镜将激光束反射到处于低轨道的作战反射镜,作战反射镜再使激光束瞄准目标,实施攻击。通过这样的两次反射,设置在地面的自由电子 激光武器,就可攻击从世界上任何地方发射的战略导弹。 高基高能激光武器是高能激光武器与航天器相结合的产物。当这种激光器沿着空间轨道游弋时,一旦发现对方目标,即可投入战斗。由于它部署在宇宙空间,居高临下,视野广阔,更是如虎添翼。在实际战斗中,可用它对对方的空中目标实施闪电般的攻击,以摧毁对方的侦察卫星、预警卫星、通信卫星、气象卫星,甚至能将对方的洲际导弹摧毁在助推的上升阶段。

死光武器 - 攻击方式


致盲
利用强烈的激光束对人的眼睛或光学探测器进行射击,会烧伤人的视网膜造成失明从而丧失战斗力或会损坏光学探测器令其无法正确判断目标。
穿孔
高功率的激光束使靶材表面急剧熔化令其汽化,汽化物质向外喷射,反冲力形成冲击波,并在靶材上穿出一个孔。
层裂
靶材表面吸收激光能量后,原子被电离,形成等离子体。向外膨胀喷射形成应力波向深处传播。应力波的反射造成靶材被拉断,形成“层裂”破坏。除此以外,等离子体还能辐射紫外线或X光,破坏目标结构和电子元件。

实际应用


基本应用

一、激光武器装在人造卫星上,可以攻击刚起飞尚在推进阶段的洲际导弹(在起飞后八分钟内),或攻击轨道上敌方的人造卫星。
二、装在地面则可以击落飞机或从上空飞过的卫星,装在船上则可打击来袭之导弹。
三、装在飞机上亦可打击敌机或导弹。

应用实例

1975年10月18日,美国北美防空司令部控制中心报道在印度洋上空的647预警卫星的红外探测器,受到来自苏联西部的强红外闪光的干扰,不能正常工作。
1975年11月17日、18日两天,美国空军的两颗数据中继卫星,由于受来自苏联的红外干扰,又停止了工作。据检查,是红外姿态控制仪失灵。
1980年5月22日,美国负责公共事务的助理国防部长兼五角大楼发言人 托马斯·罗斯,在新闻发布会上说:“中央情报局和其他情报部门业已查明,苏联正在研制一种能够摧毁卫星的激光武器系统。”他接着又说:“但是,这项研究在 美国也在进行着。前苏联在达到的功率方面也许稍稍领先。”
2009年,美国军方在新墨西哥州的白沙导弹试验场测试了一种新型“百夫长”激光炮,该炮的海军型号可能就是这次曝光的舰载激光炮。该武器系统由美国雷神公司制造,这种新式的激光武器系统综合了成熟雷达技术和探测技术。参与试验官员称,作为区域防空激
“阿利-伯克”级导弹驱逐舰DDG-106“阿利-伯克”级导弹驱逐舰DDG-106
光武器项目的组成部分,此次试验将验证新式激光武器的作战性能和效果。
2010年5月31日美国海军宣布,当天美国海军用激光炮在加州海上靶场成功跟踪并摧毁一架无人机。此前担心海上颠簸的平台、潮湿且高盐分的气候环境都可能对激光武器带来不利影响,而美国海军也希望考验激光武器在这种环境中的可靠性。
2012年8月美国研发的“阿利-伯克”级导弹驱逐舰DDG-106“斯托克戴尔”号舰尾直升机平台上安装有一个激光炮发射装置和辅助设备,这是美国首次上舰试验防空型激光炮,美国海军已经测试了诺格集团研制的MLD轻型舰载激光炮,并成功击毁一艘小艇。
2014年1月18日,美国海军计划在军舰上部署激光武器,并于两年内在军舰上测试电磁轨道炮原型。美国海军海洋系统司令部项目经理迈克・齐夫称,这有点类似电影《星球大战》中
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的场景,但与电影不同的是,人在现实中看不到激光束,只能看到打击效果。
2014年2月19日据俄罗斯之声网站援引美联社报道,美国军方2014年夏天计划在波斯湾游弋的“庞塞”号浮动基地装置激光武器。
激光武器可能被用来攻击无人机和快艇。操控激光武器系统只需要一名士兵。与发射导弹和炸弹相比,使用激光武器成本更低。但也有缺陷,如激光在雨天和大气层气流湍急时不会产生效果。
此外,美国海军计划近两年内进行电磁炮的试验,炮弹速度超过音速6倍以上。
美国海军首次为军舰配备激光武器,2014年8月底已被部署装在“庞塞”号大型登陆舰上。[4] 

发展趋势


激光武器的发展现状和趋势:一是发展小型战术机载
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激光武器;二是实施ABL 计划;三是研发天基激光武器;四是研究固体激光器。 激光武器不但反映速度快,而且杀伤命中率特别高。另外一个重要优点是单发成本相当低,每发仅1000~3000美元。所以,发展激光防空武器就成了必然趋势。
由于激光的技术并不成熟,无法轻易制造出大功率的激光器,而且激光耗能极大,需要复杂庞大的供电机构,使得激光武器不能大量投入使用。