导语

4月,美国防部导弹防护局发布信息咨询书,向工业界咨询2025年左右完结兆瓦级激光器地基样机的可行性。兆瓦级激光器是美国专门用于在助推段阻拦敌方洲际弹道导弹的“机载激光器”(ABL)项目的中心组成部分。这是自2011年ABL项目间断以来,美初次就相关技能展开大规模研讨,预示着美欲重启激光助推段反导方案,这将对美全球反导体系缔造和世界战略平衡发生深远影响。

一、美激光反导方案及相关布景

1.美对激光反导方案出资巨大

激光助推段反导方案是美打造全球导弹防护体系的重要组成部分,是美“全频谱”(助推段-中段-末段)阻拦洲际弹道导弹的要害一环。激光反导方案首要依托“机载激光器”项目,经过在波音747-400F型飞机的头部设备一部兆瓦级激光器炮台,使用前沿布置的方法,在400千米外用高功率激光追寻并炸毁敌方处于助推段飞翔的洲际弹道导弹。从1996年至2011年,美先后为该项目投入53亿美元,并于2009年和2010年进行了3次反导阻拦实验,获得部分成功,其间2010年2月的实验成功阻拦了固体和液体燃料弹道导弹,有用阻拦间隔到达160千米。

2.“机载激光器”项目因技能等原因被逼间断

虽然“机载激光器”项目在实验中获得一些展开,但在研制中也暴露出许多问题:

一是项目规划要求太高,与当时技能根底脱节。该项目要求机载激光器可以在400千米炸毁弹道导弹,但激光杀伤技能仍处技能探究阶段,难以到达规划要求,2010年的ABL实验只完结160千米外炸毁方针靶弹,持续进步难度很大。

二是激光器功率遭到飞机体积及载分量的严峻约束。因为进犯间隔过远,发射的激光被空气中的尘埃、水湿等杂质隔绝,发生较大衰减,作用到方针外表能量密度缺乏,而要增大激光器的功率,与搭载渠道波音747的容积及分量构成抵触。

三是技能展开道路过于急进。美军在ABL项目上选用陆基弹道导弹防护体系“边实验边改善”的展开形式,直接进入整机样机实验,不尽善尽美的实验成果使项目堕入危险中。

四是经费超标严峻,项目一拖再拖。过高的技能指标和实践技能之间的间隔导致项目研制展开不断延迟,继而引发严峻的经费超标。

2011年12月,考虑到ABL项目在短期内难以到达技战术要求,一起本钱过高,为减少国防预算开支,美国防部间断该项目。

3.美持续探究激光助推段反导相关技能

ABL下马后,美国导弹防护局并没有彻底抛弃激光助推段反导技能,持续从多个方面隐秘展开研讨:

一是持续开发高能激光技能。从2015年至今,导弹防护局一向赞助两项高能激光技能的研制,即劳伦斯利弗莫尔国家实验室研制的“二极管泵浦碱性气体激光器”(DPALS)和麻省理工学院林肯实验室研讨的“光纤组合激光器”(FCS),方针是进步激光器的功率,一起大幅下降激光器的体积和分量,以备技能老练之后,重启激光助推段反导体系。

二是探究新的激光器搭载渠道。ABL项目间断后,国防部开端推进无人机搭载激光兵器进行助推段反导的概念。因为无人机可更前沿布置乃至深化敌国境内,能在小于400千米范围内炸毁处于助推段飞翔的洲际弹道导弹,因而无人机激光反导成为国防部要点研讨的方向。2017年,导弹防护局联合波音公司、通用原子公司和洛克希德·马丁公司共同完结一项无人机反导技能演示验证实验,将整个体系包括一部盯梢激光器、一部低功率冲击激光器以及一套光束操控体系集成到一架高空无人机上。

二、美激光助推段反导技能下步展开方向

此次美导弹防护局发布关于“推进激光器快速展开”的信息咨询书,旨在推进工业界加大力度研讨大功率激光器,为美军后续重新启动“机载激光项目”打下根底。依据该咨询书,可以看出美未来助推段反导技能的展开思路:

1.完结兆瓦级激光器演示样机

首要任务是验证2025~2026年完结兆瓦级激光器样机的可行性。兆瓦级激光器选用电泵浦定向能技能,是美机载助推段反导的中心部件。之前ABL项目失利,要害问题便是兆瓦级激光器难以到达项目要求。因而,此次国防部宣布的需求文件,要求工业界要点研讨兆瓦级电泵浦激光器,以到达在助推段炸毁敌方弹道导弹的水平,而且可以在未来6~7年内制作出相应的地基演示样机。

2.提出高功率激光器的归纳解决方案

咨询书提出,除进步激光器功率外,还要进步高功率激光器的归纳功能,相关的概念需求包括:一是减小激光器的尺度和分量。为习惯未来的反导作战渠道,有必要约束激光器的尺度和分量。包括激光器及电力办理和热能办理子体系在内的全体体系,其功率密度有必要约束在2~4千克/千瓦。二是进步电-光转化效能。电-光转化效能是机载激光器进步功率下降质量的必要条件,咨询书中要求激光器的电-光转化功率有必要到达48%以上。三是激光发射持续时刻有必要持续2~60秒。四是动力储藏体系有必要确保激光器每次充电可以全功率运转120秒以上。五是研讨激光器运转时的电力办理子体系和热能办理子体系。

3.完结激光器从实验室到工业化的改变

此外,美国防部《2020财年国防预算请求》也透露出未来激光反导的一些展开思路:导弹防护局方案从2020年开端用3年时刻完结“推进激光器快速展开”项目从实验室转向工业部门,并方案2023年开端缔造“具有战略意义的激光器”。为此,导弹防护局将加大资金投入,2020财年用于“定向能演示验证样机开发”项目的资金将比2019年添加75%,从6600万美元进步至1.16亿美元。

4.持续探究未来的激光器搭载渠道

导弹防护局在咨询书中并未清晰提出大功率激光器的搭载渠道,仅仅要求大功率激光器的地上演示样机有必要具有技能老练和质量较轻的技能特色,以习惯未来作战渠道。可见,关于未来是持续使用波音747飞机作为搭载渠道仍是改用大型无人机,现在还未有结论。但据报道,2019年导弹防护局将与波音、通用原子和洛·马公司别离签定价值2600万美元的合同,持续研制将追寻激光器、冲击激光器和光束操控体系集成到高空无人机上的要害技能。

三、对美重启激光反导方案的几点观念

1.激光助推段反导将是美未来反导体系缔造的重心

一是助推段反导是美全球反导体系缔造的“短板”。美全球反导体系缔造包括四大支柱:陆基中段反导体系(GMD,阻拦洲际弹道导弹)、海基“规范-3”中段阻拦体系(可阻拦射程3500千米的弹道导弹,未来可阻拦洲际弹道导弹)、“萨德”末段高层防护体系调配“爱国者-3”末段低层防护体系(可阻拦中短程弹道导弹)、助推段阻拦体系。现在,前三部分都已许多布置并正在逐渐晋级改造,而助推段阻拦体系仍处于技能探究阶段,严峻约束了美全球反导体系缔造。

二是激光助推段反导具有其他反导体系不具有的共同优势。助推段是弹道导弹飞翔进程中最软弱的阶段,此刻弹头与弹体没有别离,整个方针体型巨大,飞翔速度较慢,而且无法像中段/末段那样采纳机动变轨、开释钓饵和多弹头别离等突防办法,更易于盯梢和阻拦。而助推段阻拦面对反响时刻短和需求抵近阻拦等缺点,机载激光器正好补偿这一缺点。因而美对激光助推段反导一向难以舍弃。

三是激光技能正在逐渐走向老练。虽然2011年美军间断了“机载激光器”项目,但经过施行该项目,美在高能激光器技能、动力制备和光束操控等范畴均获得了很大展开。近年来,美持续出资激光研制项目,许多技能难点正在打破,这些为未来新式机载激光反导体系展开打下了坚实根底。

2.大功率、小型化、无人化是美激光反导的展开方向

一是进步功率,现在美军方正在研制的几种激光器,功率现已到达100千瓦级,2015年波音公司曾进行了300千瓦的激光实验,但实践输出功率仅为100~200千瓦,从地上射击空中方针时射程为10千米,而从空中发射冲击地上和空中方针时射程为20千米。导弹防护局期望能在2022年制作实践功率达300千瓦级的激光器,但这与机载激光助推段反导所需的兆瓦级功率还有很大间隔。

二是减小尺度和分量。要将追寻激光器、进攻激光器、光束操控体系、电力办理体系、热能办理体系悉数整合到一个作战渠道中,小型化是必经之路。2018年,麻省理工学院林肯实验室研制的光纤组合激光器的功率密度已达5千克/千瓦;本年劳伦斯利弗莫尔国家实验室行将演示验证的二极管泵浦碱性气体激光器功率密度乃至进步到3千克/千瓦。

三是选用无人机作为搭载渠道。现在,无人机已广泛应用于各个作战范畴,相同无人机也习惯于激光反导项目,美军也正在展开一系列研制和实验方案。虽然现在美还未清晰未来激光器的搭载渠道,但无人机作为未来助推段反导激光器的搭载渠道的可能性大大添加。

3.美打破激光助推段反导的技能难点绝非易事

虽然美目的重启机载激光助推段反导方案,但该方案仍面对许多令人生畏的技能应战,未来能否获得打破仍是个未知数:

一是进步激光器功率与下降激光器分量和体积之间的对立。要将激光器功率进步到兆瓦级,激光器的分量和体积就会严峻影响体系的全体效能,乃至使搭载渠道难以升高至所需的作战高度。

二是大气扰动补偿和渠道振荡问题。因为激光不能拐弯,机载激光器有必要一次性将直径40厘米的激光束聚集到直径不超越1米的导弹上,要在400千米外完结这一方针,对机载追寻设备的精度要求十分高。但因为大气扰动和飞机飞翔时不断振荡,导致追寻设备难以在远间隔聚集导弹。

三是搭载渠道的生存能力和重负荷下长航时运转问题。因为对手的洲际弹道导弹都在远离国界的当地发射,因而反导激光器的搭载渠道有必要尽可能接近国界乃至越界冲击,这对其生存能力提出了很大应战。此外,搭载渠道需求在重负荷条件下进行长时刻的巡航,对其能量供应和动力体系也提出了十分高的要求。

来历 :美国《防务底细》/图片来自互联网

军事科学院军事科学信息研讨中心 陈银娣

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