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渐露峥嵘的激光防御武器系统
来源：中国网 时间：2008-4-7 17:51:13 评论 1 条 查看评论


　　图1：波音公司的机载激光系统采用自适应光学激光技术，以兆瓦级的激光束瞄准弹道导弹目标并予以摧毁。化学激光发生器将能在弹道导弹的助推段将其摧毁。


当激光技术从实验实走向战场时候，梦想通过激光击毁以超音速飞行的来袭导弹就变得更加接近现实了。今天，多种类型激光技术的研究正取得突破性进展，可以预见，在不久的将来，士兵和平民就可能免受从像迫击炮那样简单到像核装药洲际弹道导弹那样复杂的各种威胁了。

在激光武器名册里顶级装备当属机载激光系统了。去年夏天，该系统用低能量激光发生器演示了跟踪、瞄准和照射空中目标的强大功能。到2009年秋天，一个完整的激光系统就可以使用兆瓦级的激光发生器随时准备击落弹道导弹了。

　　“机载激光器是第一种任何人都可以使用的空中定向能激光武器系统。”机载激光武器系统项目主任、美国空军劳伦斯.A.多伯罗特上校说，“这将使我们的作战样式发生革命性改变。在光速的战场上我们还有许多没有遇到过的事情，因而，机载激光器是指明未来前进方向的探路者。”

　　多伯罗特上校在过去的两年里参与了这个已经取得重大进展的项目。在去年夏天的试验中，该系统使用红外跟踪系统和激光跟踪系统锁定了一个失控的目标---KC-135飞机。该系统的激光信标照射目标并测定在大气中的变形量。这些数据依次不断地被系统主激光发生器接收并修正大气失真，尔后对目标实施打击。主激光发生器采用的是低能量光束，以防止靶机被摧毁。

　　该系统的主高能光束是由化学激光发生器激发，具有自适应光学系统。当激光信标接收到信号时，系统在激光束发射出去之前通过透镜进行一系列的变形，使之成为具有杀伤力的光束。实际上，该系统可以通过调整透镜来补偿大气引起的变形。经过镜头变焦后，然后发出一道最集中最有效的预调光束来打击目标。

　　主激光器的能量全部来自于化学反应和涡轮泵，而涡轮泵燃油反应的能量又是来自于过氧化物气体发生器。该系统很少有激光器是由飞机自带的引擎能量来推动的。它不需要额外的能量单元，上校解释说。

　　在过去的几年里，克服了最难的技术整合问题，多伯罗特上校说。该系统的许多技术直接来自于实验室。一个独立的高能激光发生器由六个能产生兆瓦级能量的激光模块组成。在此之前，还没有一个人能依次激发这六个模块，上校解释说。在加利福尼亚爱德华空军基地的一个机库内，为这种结构而建造的试验台是由一架老式波音747飞机客舱和机身组成。工程师们在经过早期调试后可以持续激发激光器近七十次。

　　自适应光学系统由地基天文学家进行测试，他们能消除星光失真—就是肉眼所见的星光闪烁—产生高强度光点来对抗那些哈勃太空望远镜。工程师们努力消除大气光束的失真。

　　信息处理技术实际上已经超出了预期，上校说，在这项漫长的项目中，工程师们能处理各种各样的过渡信号。

　　当前，高能激光发生器正在往飞行器上安装。地面测试将在今年夏天进行。其它空中试验用来评估打击比亚音速飞机更快的目标。多伯罗特上校解释说，已经进行了一次对在急速爬升过程中超音速飞行的F-16战机的跟踪和瞄准试验。当激光瞄准塔回转并保持在目标范围内时，低速目标和超音速目标在速度上的不同并不能影响激光系统跟踪目标的能力，上校提示道。


图2：诺期罗普格鲁曼公司空间技术部门的一名技术人员正在检测通常用于监控红外激光束激发的诊断仪器，该公司实验室正在为美国军用联合高能固态激光发生器(JHPSSL)项目做演示。实验的成功为固态激光发生器能量从27千瓦到最终目标100千瓦铺平了道路。


如果地面测试成功的话，通过扩大系统包络等措施，2009年8月的测试将随之进行。工程师们将试图找出飞机携带一个兆瓦级激光发生器的极限能力。这方面的努力包括测试不同类型目标，空中飞行器和导弹。第二个装备激光发生器的飞机也将建成并投入使用。

　　最大的潜在陷阱可能不是技术问题，而是预算。明年将迎来一个新的政府和国会，没有人能预测他们的优先预算将是什么。

　　一些地基定向能系统会得到财政支持。其中主要的是通过在火箭弹头聚集热能使之爆炸从而摧毁火箭的红外激光系统，而不是建造一个采用突发的能量来摧毁弹丸的系统。他们中大都采用固态技术，这使得产生激光能量不需要像化学激光器那样大量的后勤支援。

　　由雷声公司研发的激光区域防御系统或LADS，是建立在用于保护美国海军舰艇的密集阵近距防空系统之上的。

　　亚利桑那州图森市雷声公司负责先进导弹防御系统和定向能武器系统的副总裁迈克尔.布恩解释说，激光区域防御系统的研制工作大约开始于两年前。最初的目标是保护在巴格达、绿区的美国军队免遭迫击炮袭击。为了很快建造一个激光防御系统，公司寻求采用场外现成的技术在六个月内生产出一台原型机。

　　工程师们选择了一个由空军研究实验室研制的20千瓦固态光纤激光发生器，尔后再由公司激光区域防御系统研发部进行重新设计改装。这个激光器能发射一条1微米的红外光束来加热来袭弹头，直至弹头爆炸。在最后的六个月期限内，工程师们在正式的试验中在500米距离上打下了两枚迫击炮弹。

　　用密集阵武器系统所进行的试验显示出激光系统可以摧毁来袭迫击炮弹或火箭，因此一些陆基密集阵系统被部署到伊拉克和阿富汗。为部署激光区域防御系统，公司计划用装备20千瓦激光发生器的20毫米密集阵武器系统替换传统的20毫米密集阵武器系统。激光系统将使用原有的密集阵系统的雷达和指挥与控制系统。今年晚些时候的试验安排将全面评估激光区域防御系统抗击来袭迫击炮弹的能力。如果这些试验成功了，该系统将随时进行部署，布恩说。

　　布恩指出，20千瓦激光发生器同传统密集阵武器系统一样有一个射程的问题。但是，先进的固态激光发生器功能正在逐步增加，这将极大地延伸激光防御系统的射程。这将使激光系统比密集阵系统更加有效。而且，激光系统将是“弹药无限”。布恩说，因为它只需要源源不断的电力来将光子送到来袭目标上。

　　“我们正进入一个真正拥有可部署并能为今天而战斗的激光系统时代。”布恩强调说。

　　当强大的激光系统因其可用而逐步被接纳时，现有的20千瓦单元就有能力击落喀秋莎火箭弹，也包括迫击炮弹。即使是无人飞行器，特别是其影像传感器将成为可用的目标。

　　这些强大的固态激光系统可能出现在两个由陆军资助的独立研究团队中。它是联合高能固态激光系统（JHPSSL）项目的一部分，两个研究的目标都是发展100千瓦固态激光系统，这种系统可用于击落来袭炮弹和小火箭。

　　其中一项研究团队，在加利福利亚州诺格公司领导下，在去年早些时候已经完成它的第一个里程碑。建设一个4千瓦的增益操作模块，并将这些模块整合进激光链，然后依次整合其余部分从而制造出激光系统。诺格公司联合高能固态激光系统工程第三期项目负责人杰伊.马默解释说。

　　这个系统有效地将几个独立的激光光束连贯地整合成一个单一激光光束。这条光束是一条1.06毫米的红外光束。

　　激光链通常为15千瓦，马默继续解释说。组合这些链将使设计师得到自己想要的任何光束能量。在二期工程，双链技术产生了能量为27千瓦的光束。这显示了多链模块激发激光的能力和为获得足够质量的光束而进行波前校正的必要性。

随着激光链试验的成功，公司的工程师们也自信地认为他们能增强系统的能量。工程师正在努力使这一技术更加紧凑和更好地演示，马默说。实现这些目标将可以从双链系统中产生出质量更高的30千瓦光束。这也就是说加入更多的激光链就可以达到产生出100千瓦光束的目标。年内就可能达到，他认为。

　　马默认为大部分的技术障碍已经被克服。剩下的主要是大量的工程问题。当这些问题都被克服时，它有可能扩大规模，制造出能量超过100千瓦光束的目标。最后，工程师们将达到电力极限，马默承认，但是这一限制尚未确定。

　　第一次使用的将可能是移动式地基激光系统，他认为。舰艇也可能为近程防御系统安装这种类型的激光系统，最后，这个系统可能被安装在飞行器上。

　　联合高能固态激光系统工程的另一个研究团队是由马萨诸塞州威尔明顿的特克斯通防御系统公司组成。这项工作围绕名为ThinZag的公司专利技术进行的，这项专利技术由特克斯通防御系统公司激光系统主任丹.泰勒博士研发。

　　在此技术支持下，厚板被制造成设计薄板，以便热量能轻易提取。它的Z字型格局有助于均衡不一致的格式。这个几何形状允许在一个小型单一模块中使用多个大型板块。单一模块是基础，然后多个模块进行排列作为功率振荡器。

　　板块也是用陶瓷钕、钇铝石榴石（YAG）制成。这便能造出比用水晶材料制造大得多的板块。这些板块结构可达到几个厘米高，几十个厘米长。

　　特克斯通防御系统公司技术副总裁约翰.珀利斯声称，这种理念允许只用一个简易的配置就可建造大型激光装置。“它相当简单，而且，基于这种基本原理，不用花费上千个组成部分，你就能建造很大的激光发生器。”他强调说，它也只能产生一束光，因为这个系统没有打算处理多光束融合。

　　只用一个模块，这个设计就已经产生出20千瓦激光束。泰勒解释说，公司已经配置了两个单元来发电，并且下一步将增加第三个单元。为了达到100千瓦目标，激光发生器将要求有六个模块。“以前我们用一个模块，而其它的都还未用。”他说，“如果你将两个模块放在一起并当作功率振荡器来运行他们，那么将六个连在一起就没有什么新的工程或物理学问题了。”

　　珀利斯警告说，当它扩展到六个模块时，该公司不能指望这条道路上“毫无新意”。然而，该公司预计，它的进展是不断的重复。泰勒认为，这儿对模块数量有一个限制问题，特别是工程师积累了比他们能掌控的更多的增益时候。那就有可能克服建造大型和更强大模块来产生高能光束，尽管数量很少。物理和制造技术都是潜在的限制。

　　制造技术作为支撑帐篷长柱子中的一根，珀利斯强调。激光特有的精密光学元件和资源受限的国外材料。这些任务长期地左右和影响着进程。因为设计的改变可能是一个主要的问题。另一个方面是异国材料的供应问题，特别是那些来自海外的资源。

　　控制光束是研发中最具挑战性的任务了，泰勒承认。固态激光发生器的失效和必需的热量管理产生需要控制的相位误差。他声称，公司在这个领域已经取得成功。

　　国家试验室继续进行固态激光发生器的研究，固态激光发生器已经更新了好几代。这种激光发生器采用五个陶瓷YAG激光二极管就能产生出67千瓦的激光光束。这标志着能量和材料都在发生着变化。实验室正在采用四个由陶瓷钕、钇铝石榴石（YAG）制成的二极管板块，但是它在两年前转用采用陶瓷YAG了。

　　固态热能激光项目主管/首席工程师罗伯特.扬曼莫托解释说，实验室改变材料有几个原因。YAG激光块容易制造而且大小适中，这也能转化为更大的激光功率。钕GGG只能被制成六英寸大小。而且，水晶材料比水晶钕材料更抗压。

　　透明陶瓷板块也允许有更大的灵活性。实验室里板块掺杂YAG激光，而这提供了更好的均匀温度，改善了激光光束质量。该实验室目前购买YAG激光板块，该板块由日本化学公司生产。但在透明陶瓷的激光增益介质研究方面，它也有其自身的内部研究和开发力度。

　　扬曼莫托表示，该实验室还没有得到进行最后攻坚所需的资金。它将继续努力以现有的设备来改善光束质量。实验室希望进一步验证其边泵结构作为关键，来显著改善光束质量，这将又可能导致需要更多的资金。

　　译自：美国信号杂志2008年3月刊

　　作者：罗伯特.K.阿克曼