潘晨 李瑞景
21世纪以来,激光武器发展迅速。一个标志性的事件是2014年,美军首次将激光武器系统安装到“庞塞号”船坞登陆舰上,并部署至波斯湾进行相关测试,最终成功摧毁了小型无人机、火箭弹以及汽艇等目标。但是,在激光武器真正走向战场前,还有不少难关需要攻克。以下将与您一起探讨目前激光武器的弱点,以及未来的发展方向。
美军“庞塞号”船坞登陆舰
目前存在的问题射程不足是硬伤 激光武器的使用必须考虑到地球曲率,激光武器与手枪、狙击步枪一样属于直射武器,发射后的激光不会中途拐弯,无法达到所谓的“指哪儿打哪儿”。在这种情况下,站在地表打一束激光,于5千米处就将飞向太空;如果要打35千米处的地表目标,需要比其高100米才能击中。这种情况下,不符合交战距离越来越远的趋势,同时也容易暴露目标。
干扰严重是通病激光在大气传播中,比较容易受到干扰和损耗,如尘埃、雾霾、雨雪等都会对其进行散射或者吸收,从而影响稳定性以及打击效果。美军在测试激光武器时发现,由于海面附近的湿度大、水蒸气含量高,所以激光武器对于10千米外的目标基本没有毁伤能力。此外,战争往往瞬息万变,战场环境更为复杂,武器系统一定要能在外界多重干扰的情况下长续航作战、全天候作战。由精密的光学仪器组成的激光武器系统,能否在恶劣的天气条件下长时间使用也有待考验。
地球曲率示意图
成本高昂是制约 现代战争往往打的就是“经济仗”,哪个国家的经济实力越强,就越有可能取得胜利,这在激光武器方面的表现尤甚。以美国克拉托斯防务与安全解决方案公司制造的XN-1系统为例,虽然它单次发射的成本仅需1美元,但考虑到整套系统的造价高达4000万美元,而激光的输出功率却只有30千瓦,故该套系统实际的费效比非常高,现阶段还无法达到大规模实战装备的标准。
反应时间长是弊端虽然激光武器的“炮弹”速度能达到惊人的10.8亿千米/小时,但是整个系统很难像步枪那样脱离瞄准镜“盲狙”,必须要依靠探测系统的支持,同时也不能省略跟踪和瞄准的时间。此外,30千瓦的激光想要有效毁伤目标,还需要激光束持续照射1秒以上。除非激光的功率达到兆瓦级别,否则不能瞬间消灭目标。
体积过大是弱点 目前的激光武器能效转化率约为1/4,即发射30千瓦的激光“炮弹”需要功率为120千瓦的庞大电力系统来支持,这种笨重的“充电宝”大大降低了激光武器系统的机动性。此外,如果想让激光系统持续工作,那么冷却系统也必不可少。控制设备、冷却系统、激光发射器以及供电模块所组成的武器系统的体积和重量,往往随激光束功率的增加而增加。
激光在海面受到干扰,散射严重。
激光武器在复杂战场环境使用假想图
未来的发展趋势提升性能是当务之急目前,激光武器系统的集成度低,系统过于庞杂,就像老式的“大哥大”手机一样供电系统重量占比高,影响机动能力。未来的武器研发趋势,应该是追求以“小”“快”“灵”为主的高度紧凑型的系统。此外,激光光源是激光武器系统的核心。半个多世纪以来,科学家们为了提升激光武器的发射功率,先后使用了不同的介质。从气体激光器、化学激光器、固体激光器到目前的电子激光器,逐漸将功率从不到1瓦提升至千瓦级别。目前,最先进的光纤激光器已经能够实现稳定的百千瓦级输出,在多次的打击测试中,向世界展示了其针对小、慢、近目标的潜在摧毁能力。不久的将来,激光武器在陆、海、天基各平台上都将有非常广阔的应用场景,特别是对陆战车、汽艇、无人机等装备来说都是一种颠覆性的武器装备。未来,激光武器性能的提高还需在纳米材料的发展上寻找稳定可靠的光源,把发射功率提升至兆瓦,从而将射程提升至上百千米,达到目前短程导弹的水准。
波音747改装体积庞大的激光武器
增强适应性是大势所趋 温湿度、雾霾、雨雪、光照等环境条件的变化,在现实中制约着激光武器的实战效果。未来,在设计研发时优先要考虑的就是战场条件的影响。未来战场上的无人车、无人机越来越多,要利用内置的物联网传感器实时感知大气扰动,从而在发射激光束时,用人工智能算法做到毫秒级别的弹道修正,以消除并适应环境所带来的不利影响。此外,跟踪瞄准的精度是影响激光武器系统火力水平的重要因素。目前,激光武器系统所采用的光学探测器,容易受到背景亮度、气象等条件的影响,尤其在千米开外,目标与背景融为一体,很容易跟踪丢失。在未来战场上,敌方更是大概率配备主、被动反侦测技术,这就对探测系统提出了更高要求。未来可以将光学系统、红外系统、水平系统等多种方式结合,采取系统自适应切换的方式来反制。例如,在光学条件不足的情况下,切换至红外遥感,目的就是为了保证在激光武器攻击过程中,光束始终保持在目标要害部位。在风高浪急的海面,使用“斯坦尼康”式的多轴稳定系统可保证攻击部的稳定等。
拓展兼容是发展之道 激光武器系统作为一种快速发展中的新型武器系统,优缺点都十分明显,不能寄希望其解决战争中的全部问题,但作为现有火力打击体系的有力补充,激光武器能在一些特殊的平台发挥意想不到的作用。例如,在天基武器平台上部署激光武器,打击敌方的卫星,从而破坏敌方的指挥链路,使其“致盲”。未来的天基激光武器的形状将类似于目前的空间站,长约50米左右、总重量在100吨以上,由武器舱和服务舱组成。武器舱配备激光打击系统,服务舱配备计算、转换、冷却、供电等设备,舱外配置2~3个可360度旋转的炮塔。随着可控核聚变以及储能技术的不断发展,届时其发射功率有望达到兆千瓦级,单次即可瞬发摧毁目标。
激光武器正从影视作品中大踏步地走向战场,并且具备扭转战争局面的颠覆性能力。即使目前仍然存在诸多不足,各国仍旧会持续不断地加大投入与研发,从而抢占科技制高点。
天基激光武器假想图