《星球大戰(zhàn)9》中的激光武器

1960年美國科學家西奧多·梅曼制造出了第一臺激光器，自此光學這一古老學科進入了全新的紀元。

以現(xiàn)代的眼光看，梅曼的激光器極其簡陋，即便如此利用“死亡光線”消滅敵人的想法伴隨著激光的發(fā)明就縈繞在軍事家們的心頭。

自1970年以來，美國實施了多項機載激光器計劃，其中，廣為人知的機載激光武器系統(tǒng)（airborne laser,ABL）和戰(zhàn)術(shù)激光武器（tactical laser weapon, ATL），然而設計結(jié)果與實際效能有較大偏差，最終未形成裝備。導演喬治·盧卡斯在《星球大戰(zhàn)》中用超級激光武器“死星”炸毀了奧德朗行星，但是在科幻作品之外，激光武器至今未能應用于實戰(zhàn)。

01 初識激光和激光武器

用一束高能激光射向敵目標并產(chǎn)生巨大的熱量，最終將敵目標摧毀。

激光武器用一束高能激光射向敵目標并產(chǎn)生巨大的熱量，最終將敵目標摧毀。

然而產(chǎn)生一束能量足夠高的激光并非易事，一臺激光器包含了泵浦源、諧振腔和增益介質(zhì)，電能通過泵浦源轉(zhuǎn)移入增益介質(zhì)中，這些能量再通過增益介質(zhì)和諧振腔的相互作用轉(zhuǎn)移到激光內(nèi)。為了獲得更加強大的能量，激光還需要經(jīng)過放大器放大，在這些復雜的過程中只有一部分電能最終轉(zhuǎn)移到激光中，其結(jié)果是激光系統(tǒng)功耗將明顯大于其輸出激光的功率。

對用工業(yè)加工而言，激光器的能量損耗無非是生產(chǎn)成本問題，對于激光武器而言這種能量損耗卻有嚴重影響。一套高功率激光系統(tǒng)的功耗和體積將十分巨大，例如世界上最大的激光核聚變裝置——美國國家點火裝置，占地約為一個足球場大小，其激光脈沖的瞬時功率甚至大于全球發(fā)電站輸出功率的總合，憑借這樣巨大的能量足以把燃料加熱到一億度，并施加足夠的壓力引發(fā)聚變反應。

美國國家點火裝置（局部）

國家點火裝置這樣現(xiàn)代工程奇跡雖然能量巨大，但是與激光武器相去甚遠。

一套合格的激光武器系統(tǒng)必須足夠緊湊才能安裝在各類武器平臺之上，此外精密的激光系統(tǒng)必須能夠承受戰(zhàn)場惡劣環(huán)境中各類震動、干擾和污染。有些激光器的增益介質(zhì)有毒，如果采用了這樣的增益物質(zhì)，激光武器也必須能夠由士兵安全地操作。

這些苛刻的要求對于那些處于超凈恒溫實驗室中、精巧無比的激光系統(tǒng)而言不可能被滿足的。

激光武器的威力也令人懷疑，在工業(yè)上，精準聚焦后的激光可以輕易地切割鋼板，但是激光武器不可能把激光在幾公里外聚焦成平方微米級別的小光斑。

有學者針對用激光毀傷導彈鋼制殼體進行了估算，認為在不考慮導彈自旋的情況下，激光功率在每平方厘米上有1093 W并且照射三秒才能融化導彈的鋼制殼體，可以想見用激光燒穿坦克堅固的裝甲將更為困難。激光武器雖然看起來十分科幻，但是在當下，它的威力很難和炮彈、導彈這類傳統(tǒng)武器相媲美。

02 廉價的無人機和廉價的反制手段

無人機具有零傷亡、全壽命周期成本低等特點，可替代有人機執(zhí)行4D任務。

2020年9月，阿塞拜疆和亞美尼亞兩國間為了爭奪納卡地區(qū)控制權(quán)而爆發(fā)了戰(zhàn)爭，兩國間的斗爭從陣地延伸到了網(wǎng)絡空間，交戰(zhàn)雙方的戰(zhàn)地信息借助網(wǎng)絡迅速傳播，兩軍都積極地發(fā)布摧毀對方軍事裝備的視頻，以此打擊對方的士氣。

阿塞拜疆依靠TB-2等無人機大量摧毀亞美尼亞車輛，無人機如死神般收割車輛、火炮和步兵的視頻在社交媒體上瘋狂傳播，向全世界的網(wǎng)民直播了一場無人機戰(zhàn)爭，這樣一場規(guī)模和技術(shù)水平都相對有限的武裝沖突震撼了世界。

早在這場社交媒體上的無人機大地震之前，無人機的巨大前景就引起了各軍事強國的注意。無人機具有零傷亡、全壽命周期成本低等特點，可替代有人機執(zhí)行4D（枯燥、惡劣、危險、縱深）任務。隨著無人機相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，其戰(zhàn)場優(yōu)勢在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中不斷凸顯，近30年來，美軍在科索沃戰(zhàn)爭、阿富汗戰(zhàn)爭和伊拉克戰(zhàn)爭中使用無人機完成了大量任務。

根據(jù)美國國防部《2011-2036年無人系統(tǒng)綜合路線圖》，截止2010年9月，美軍在伊拉克和阿富汗戰(zhàn)場總計投入約8000個無人地面平臺，在超過125000個任務中使用。美國安全研究中心于2014年1月發(fā)布《為機器人時代的戰(zhàn)爭做準備》，其中指出:“未來將在沒有作戰(zhàn)人員干涉的情況下自主選擇并打擊目標,進而催生出自主作戰(zhàn)概念”。

無人機的大量使用給傳統(tǒng)的防空兵器帶來了嚴重挑戰(zhàn)。納卡沖突中阿塞拜疆軍利用巡飛彈破壞了亞美尼亞軍部署的S-300遠程地空導彈系統(tǒng)，先進昂貴的地空導彈面對無人機時出現(xiàn)了“大炮打蚊子”的窘境。

在不久的未來，無人機蜂群將席卷戰(zhàn)場，它們會用龐大的數(shù)量、小巧的體型和低廉的價格直接壓垮防空系統(tǒng)，這一趨勢必然催生新的防空需求——迅速、精準、大量、低成本地消滅無人機，而激光武器具有滿足以上全部需求的潛力。

2008年，波音公司開始為美軍開發(fā)定向能武器系統(tǒng)（Directed Energy Systems），他們使用固體激光器作為武器系統(tǒng)的激光源，并且將武器系統(tǒng)的使用目標定位于追蹤并摧毀RAMD目標，即火箭（Rockets）、火炮炮彈（Artillery）、迫擊炮彈（Mortars）和無人機（Drones）。

RAMD目標的共同特點是體積小、數(shù)量多，美軍將激光武器的打擊目標定位于RAMD表明了其對激光武器的認識達到了新的高度，發(fā)掘出了激光武器相對傳統(tǒng)武器的真正優(yōu)勢，即光速殺傷、高精度、超大彈倉和單發(fā)成本低。

RAMD目標的小體積使得追蹤它們非常困難，而激光武器卻能以光速瞬間將能量傳到于目標上，同時這些小目標通常不具有厚重的裝甲，用相對較低的激光功率就可以摧毀。

如果只損壞目標上的光電系統(tǒng)使之失能，那么所需的激光功率將更低；一套“通古斯卡”防空系統(tǒng)僅裝備有8枚防空導彈，而激光武器只需要燃油就能不斷射擊；用導彈擊落一架無人機需要10萬美元，用激光擊落一架無人機需要只花費5美元的燃油費。

使用高能激光于1.6 km外摧毀火箭靶

03 裝備于直升機上的激光武器

美國對安裝在AH-64“阿帕奇”武裝直升機上的，高能激光武器進行了成功測試

2017年，美國雷聲公司發(fā)布消息稱對安裝在AH-64“阿帕奇”武裝直升機上的高能激光武器進行了成功測試，這標志著激光武器首次在旋翼機上實現(xiàn)部署。本次試驗包括激光功率在內(nèi)的具體技術(shù)細節(jié)并未透露，但是通過雷神公司的宣傳視頻依然可以對其激光武器獲得一些基本的了解。

2017年美軍于AH-64上試驗的激光武器吊艙

從互聯(lián)網(wǎng)搜索所得的視頻中看，本次試驗中的激光武器為吊艙形式，安裝在AH-64左側(cè)的短翼上，吊艙前端裝有一個轉(zhuǎn)塔，激光的瞄準、光束控制和照射應該是通過這一轉(zhuǎn)塔完成。吊艙通過電纜與機體相連，激光武器的能源與控制應該是通過這些電纜完成的，由于激光武器能耗極高，吊艙中應該同時具有儲能或發(fā)電的結(jié)構(gòu)。

類似形式的吊艙同樣出現(xiàn)于洛馬的戰(zhàn)術(shù)機載武器系統(tǒng)宣傳視頻中，掛載了激光武器吊艙的F-15戰(zhàn)斗機利用高能激光攔截了?？諏?，該系統(tǒng)定位于攔截導彈，個人推測其源于自衛(wèi)高能激光演示樣機(Self-protect High Energy Laser Demonstrator，SHiELD)項目。

該項目由美國空軍研究實驗室(AFRL)主導，AFRL傾向于采用吊艙式獨立結(jié)構(gòu)以利于飛機安裝、減少氣動影響和成果在不同飛機平臺(包括無人作戰(zhàn)飛機)間的移植應用。不同于洛馬戰(zhàn)術(shù)機載武器系統(tǒng)，2017年雷神于AH-64上加裝的激光武器攻擊了一個地面目標。

美軍試驗中的激光武器攻擊畫面

考慮直升機能夠提供的能源以及該激光吊艙的體積，這次實驗中激光武器的功率較低，而將攻擊目標設定為地面目標的原因較難猜測，可能的原因有：

1、源于對直升機作戰(zhàn)任務應為打擊地面目標的固有印象；

2、在直升機上使用激光武器跟蹤一個高速小型目標存在技術(shù)困難，且美軍當時并未突破這個困難；

3、其技術(shù)水平比想象中高，能夠在直升機上裝備功率極高的激光武器，足以有效毀傷地面目標；

4、本次試驗的目標僅為初步驗證。

04 對直升機機載，激光武器研究應該考慮的因素

直升機機載激光武器需要在功耗、重量和作戰(zhàn)效能等方面進行取舍

直升機機載激光武器需要在功耗、重量和作戰(zhàn)效能等方面進行取舍，并與導彈、火箭彈和航炮等傳統(tǒng)武器形成優(yōu)勢互補，豐富直升機在作戰(zhàn)中的功能，應對現(xiàn)代戰(zhàn)爭的新變化。

明確為什么要在直升機上加裝激光武器，其作戰(zhàn)場景應該是什么對于構(gòu)思直升機機載激光武器極為重要。激光武器的應用場景可以分列為以下幾類：

1、 打擊坦克、碉堡等硬目標，所需激光功率極高；

2、 打擊輕型車輛、人員等軟目標，所需激光功率較高；

3、 破壞各類平臺上的光電設備，使之失能，所需激光功率較低；

4、 攔截RAMD目標，提供新型的野戰(zhàn)防空能力，所需激光功率較低。

激光器的輸出功率大小決定了其體積、重量和功耗的大小，加裝激光武器吊艙勢必壓縮其他武器的空間。采用吊艙形式是非常有必要的，這樣可以在使用中滿足用戶不同情況下的使用需求。就目前的技術(shù)情況而言，采用較低激光功率的激光武器更為合適，這也是SHiELD項目現(xiàn)在的路線，首先使用較低功率的激光器完成激光武器的技術(shù)探索，再采用更高功率的激光器。

美軍直升機機載激光武器概念圖

當前可能實現(xiàn)的是利用幾萬瓦功率的激光武器對無人機實現(xiàn)攔截，破壞光電設備，殺傷敵步兵，引燃油料等。適合的場景是在武裝直升機或通用直升機上加裝激光武器吊艙的同時加裝反坦克導彈，直升機伴隨突擊入敵后的輕裝部隊作戰(zhàn)，支援地面部隊完成反坦克任務的同時保護地面部隊免受敵無人機的打擊。上圖所示的是美軍直升機機載激光武器概念圖，概念圖中AH-64采用了類似的掛載方案，值得注意的是，該概念圖為了美觀將激光繪制為紅色，而實際上相當多的高功率激光工作于近紅外波段。

此外，我們亦可利用目前對直升機和無人機的研究基礎，就高能激光對直升機和無人機的毀傷效果開展研究，確認加裝在各種平臺上的激光武器攔截低空飛行器的效果，探尋規(guī)避高能激光傷害的方法，例如，當收到激光武器照射時快速俯沖，增加對方瞄準的難度，并利用旋翼揚起大量沙塵或水霧，阻擋高能激光的傷害。

關(guān)鍵詞： 機載激光武器