2023各国激光武器发展程度.docx

2023各国激光武器发展程度目前水平的激光武器硬杀伤能力还是偏弱，有效硬杀伤距离也很有限，主要侧重于软杀伤破坏光电系统，破坏较为脆弱的雷达罩等方面；硬杀伤则主要针对微型与小型慢速无人机，例如四轴大疆，海鹰10,海鹰30此类无人机等。嵋 8美国陆军研制的HELWS小型车载激光器。图1美军的10-15级别小型车载激光器HELWS这种小型激光器多为光纤激光体制，属于电激光器，靠给储能模组充电就可以发射激光，使用非常方便，中国出口沙特的“沉默猎手”激光器也是这种体制。光纤激光器以掺稀土元素光纤为增益介质，通过振荡器或级联放大结构获得大功率激光输出。目前，高功率光纤激光系统的电光效率可达35%以上。由于转换效率高,光纤激光器对泵浦源的功率需求量小，而且产生的废热少，对冷却要求低，因此光纤激光器的结构更加紧凑，重量体积相对较小。同时，光纤激光器的运行无预热时间，操作简单，维护方便，平均寿命长，抗振动能力强。光纤激光器的优点是热管理相对简单、电光效率高、单纤光束质量好、战场环境适应性强等。但它的缺点则是单纤输出功率难以做大，面临较为严重的光束质量变差问题，需要复杂的多纤光束合成系统才能增加功率。图2靶场位置和距离通过实测视频可知，HELWS这个1015kW级别的小型激光器在500米距离上灼烧大疆时大约需要3秒钟时间才能击落目标，如果距离延长到10002000米，则需要十秒钟以上的照射时间才能有效硬杀伤四轴大疆这种小型无人机，极限硬杀伤距离不会超过3000米，而且受气象条件影响也较大。图3DEM-SHC)RAD激光防空系统美军目前已经接收了一个排四辆的DEM-SHORAD激光防空系统用于运用测试，第二批的激光防空系统也在生产当中。DEM-SHORAD的激光器功率是50kW,其主镜面积大约是HELWS的34倍，其威力对大强此类小型微型无人机的极限硬毁伤距离可以达到68公里，也可以对有限的小型炮弹，火箭弹等来袭目标进行拦截，下面可以看看实测拦截效果。在1000-1200米距离上横向对60毫米迫击炮弹进行照射灼烧，用时大约1012秒才击毁目标，当然如果是对迎头来袭的炮弹灼烧的话由于激光越近威力与距离呈平方反比，所以用不了这么长时间，但顶多一台激光器只能拦截两枚同时来袭的此种炮弹，再多就来不及了。在大约600米的距离上，对小型固定翼无人机灼烧，大约3秒钟造成足够毁伤击落。即使是DEMSHORAD,在68公里的极限距离上对小型无人机的照射也要持续2030秒甚至更长时间才能造成有效毁伤，其硬杀伤效能确实是比较弱的。Scaled to the threat.ISkWSOkWPrformar9Sp4< Ifkat IonUASTargets(Group)l. . MlAdditional targetsRockets.Arullefy. m<xt«r$Onboard radar a QOptionalOptionalOffboard radar & C2CompatibleCompatibleOnboard EOdetectsMwTradclnopenslcy馆Track In ground dutterYwMax Otea Range (kmBVRBVRDefeat Range (km)BVRBVRHEL Power (kW15soHfL BatteryMagaaoe (rechargeable180 sec120 secSurvelllancef Batteiy (hours)88Max. Slew Rate (radsec3.03.0W. tayond VlMi R39Foc questions, please contact: EvanHuntrDifecwr, Requirements & Caxbiltties. Hlgh-Energy lasers Raytheon Technologies Evan.Hunt9rtxcofnISkWSysttmKtosLxWxH <wtBeam DJreaOr70Sx.Sx.5User Module310I.Sxlx.5laser Power Module1501x5x25Thermal Module130lx.Sx.5System Rower Module1001x.5x.2SSOkW SystemKNosLxWxH <mtr)Beam Dtre<t<x13575x.75x.75User Module1,1501.5x1×1.SUter Power Module5401.5x75x13Thermal Module9S01.Sx2×1System ft>wer Module5001.5x1.5x5SpectficationsRaytheon¾F TechnologiesThto dXMw dem not <otln tftttoy Of y3bd3M Qtf e UXMmkTralk . AflMBflIIieaCXm« Z US 0Mi AdsMnMraUoa SQcmRTX.com/HELC202> QjrMoa TtcAQgiH COOA看图可知，15kW的HELWS激光器系统全重为760公斤，如果不算供能组件则是510公斤；50kW的DEM-SHoRAD全重是3275公斤，不算供能组件是2235公斤。高能激光武器的硬杀伤能力是比较弱的，有效距离也很近，但软杀伤摧毁或饱和光电传感器方面则有独特优势，可以在很远距离有效破坏敌人的光电传感器或饱和致盲。并且这种固体电激光器的弹药几乎是无限的，只要有足够的电能，每次攻击输出的费用也非常少，很适合用于对抗目前陆地战场上日益泛滥的各种无人机。neuverAirdefenseDEMSHORADFixed iIFPC-HEL(Valkyrie)Depiction50kW-class Laser weapon integrated on a Stryker platform, including on-board target tracking and FAAD C2 interoperability, with residual mbat capability300kW-class Laser system designed to fit on an Army truck in the BCT1 including on-board target tracking and FAAD C2 interoperability, with residual mbat capabilityThreat Set* Groups 1-3 UAS/ Rotary-Wing夕, Rockets, Artillery, MortarsThreat Set* Groups 1-3 UAS/ / Rockets Artillery Mortars Rotary and Fixed-wingMISSIONMISSIONRCCTO will deliver the first prototypesat the platn level in 4QFY22. PEOMS will ntinue to deliver Blk Iprototypes until Technology InsertionPoint (TIP) in FY25RCCTO will deliver the first prototypesat the platn level in 4QFY24. PEOMS will ntinue to deliver Block Iprototypes until TIPin FY27(Guardian)美国陆军目前也在研制比DEM-SHORAD更高一个级别的IFPC-HEL“女武神”高能激光系统，预计输出功率可以达到DEMSHORAD的六倍，用于战时多个合成旅级别作战的防空任务，DEM-SHORAD则是负责多个合成营级别的作战防空任务，更小的HELWS此类激光系统则用于连排级作战的伴随防空保护任务，最终目标是打造从连排级到营级再到旅级的多层次激光防空体系。对于舰载激光武器，美国海军目前正在发展海军水面舰队激光武器系统计划(SNLWS),目前已经发展了30kW级别的LaWS激光器，ODlN激光器，150千瓦级别的SSL-TM激光器进行实装测试。1.aserWeaponIncrementalApproachCXSTmBUBONA:A1>pcvedforPUbbCreiea&eCMrOubonrtmrtedl4美国国防部长办公厅(OSD)机构主持领导的高能激光系统研制，美国海军和陆军的新一代激光武器都要采用OSD的技术，陆军上面的“女武神”激光器就是要采用OSD的激光系统，而美国海军在研制当中的下一代激光器SNLWS增量2/3也要采用OSD的激光系统，输出功率达到300kW级别甚至更高。美国海军认为，目前数百千瓦功率级别的舰载高能激光武器硬杀伤对抗来袭的导弹效能并不好，很难硬杀伤抗击同时来袭的多个目标，主要用途还是拿来烧毁光电传感器或破坏敌方雷达罩透波性能，进行传感器方面的对抗。例如中国海军可以通过使用高能激光照射来快速破坏掉美军JSM,LRASM此类反舰导弹的光电制导系统等。固体电激光器在保证光束质量的前提下，输出功率很难做到兆瓦级别。而能较好达到兆瓦级别的化学激光器则存在系统重量体积过于庞大，使用需要准备预热不方便，消耗大量难以储存的化学介质的缺点，例如已经下马的ABL空基激光器，其1.5兆瓦输出功率，全系统重量达到了82吨，这对于陆基和空基运用来说都是难以接受的。目前看来较为有前景达到小体积兆瓦级输出功率的激光体制是DPAL碱金属激光器，DPAL采用高功率半导体激光器泵浦具有高量子效率和大吸收发射截面的碱金属原子蒸气实现近红外激光输出。激光器中的碱金属工作介质一般为锄(795nm)或钠(894nm)0DPAL以循环流动的金属蒸气为工作介质，通过气体循环流动散热实现高效热管理。同时，DPAL以大功率半导体激光器为泵浦源，能够全电驱动工作，具备单口径功率定标放大能力，兼具固体激光器和气体激光器的优势。它是首个成功的气固融合激光器。DPAL还具有实现轻小型化兆瓦级激光的潜力，据估算兆瓦级DPAL系统的重量将不足2吨。半导体泵浦碱金属蒸气激光器(DiodePumpedAlkaliVaporLaser,DPAL)由美国利弗莫尔国家实验室Krupke教授2003年首次提出并实现。美国导弹防御局期望DPAL系统未来的指标能够达到2kg/kWo近年来DPAL技术取得了快速发展，2016年美国利弗莫尔实验室实现了大于30千瓦的枷激光。DPAL的相关理论和技术均取得了较大突破，其作为激光武器光源的潜力得到初步肯定，但实现百千瓦级或更高功率输出仍有许多技术问题需要解决。首先，碱金属元素化学性质极其活泼，可防止化学腐蚀和污染的增益发生器工程实现难度极大。其次，DPAL的高腔压运转模式，可能对光束质量产生不利影响。目前仍缺乏相应的理论和实验研究。DPAL对半导体泵浦源的光谱特性具有较高要求。能够适应战场环境的高功率、高稳频性窄线宽半导体泵浦源仍需半导体激光业界的进一步推动和发展。美国MDA,C)SD等机构目前都在对DPAL激光器进行攻关研制，但想要研制出达到兆瓦级别实用化的DPAL激光器,可能仍然有长达10年以上的路要走。在机载激光武器方面，美国从七八十年代开始就一直在研究大功率的机载高能激光武器，其中最著名的是ABL空基激光器，这个项目折腾了16年，耗资50亿美元，最终在2012年黯然下马。ABL空基激光器ABL空基激光器的理想是能够在500600公里距离上拦截起飞的敌方导弹，在后期多次修改指标变成400公里和300公里，但这个指标最终也是远远没有达到。ABL空基激光器是化学激光体制，系统全重82吨，输出功率达到1.5兆瓦,主反射镜直径达到1.5米。在2010年2月的测试中，ABL激光器在约80公里的距离上向测试的弹道导弹射击，成功摧毁了起飞的一发液体燃料导弹，但未能摧毁固体燃料的导弹（固体燃料导弹外壳更厚，更不容易被激光灼烧摧毁）。在后续150公里距离的测试中更是未能摧毁起飞的导弹目标。究其原因，激光器的威力不够是一方面，另一方面则是地球大气层带来的吸收，散射，湍流，热晕问题在远距离激光作战中非常明显，越远就会越是受到这些大气扰动衰减的影响，造成激光器威力损耗和光斑扭曲抖动，难以持续稳定照射目标具体部位。ABL空基激光器虽然下马，但其很多相关技术积累却给美国空军目前研发的高能激光系统打下了基础，例如美国空军目前在测试研究中的50kW级别自卫高能激光吊舱，未来准备继续提升威力的机载高能激光自卫系统等。15 km的距离上对导弹进行攻击.则要求激光的束敛角 不超过20 rad;多,大气传输的影响,高精度跟触要求 精照光斑抖动柩阳为光氏化泾的1/37/5网.因此为精确 跟麟照射精度要求在57 rad左右。住高动态时抗条 件下实现rad盘级的跟瞄精度,对机货FIH激光武器 也是巨大的挑故。3机载激光武器发展现状分析自20世纪70年代以来.美W通过多个项目支持 机裁激光武器研究.作.从ALL到ABL、从ATL 到SHiELD项目，图7为美国行要机找激光武器项目 的起始年份。不同项目针对的标不同,但总体分为 故略反导和战术门R两类。通过多年的研究,美国在 机载激光武器研究方面积JKr大情经蛉.但是机载激 光武器始终没仃真正走人故场应用.在这中间存在并 各种技术。工程问题。IUU阀美W空军主要支持的 SHlELD项目为例,简要分析下机会激光武器目肺的 发屐现状。SHiELD项目是美国空军作故司令部和空军研究实 验的AFRL）正在开发的门动防御高能激光监证系统. SHiELD项目计划分为3个方而、两个阶段开展相关研 究I：作.3个方面主要包括提升下 代盆溪环境的激光 器（LANCE ）、激光吊舱研究与发展（LPRD）以及束控 和航审效应研究与发展（BARD ）。两个阶段分为：第1 阶段飞行试启将舲证激光器能够在足鲂远的距肉追踪 目标.并购即以极快的速度打击11标：第2阶段将集成 激Jt器,并在作战环境下评估激光器性能。HlW LPRD项目由波音公司水包，BARD由诺斯罗普格鲁曼公司 承包.LANCE项目由洛得公“怵包划。SHlELD项IlLI经进行< 些地面试验.2019年4 H 23日.在白沙导惮把场完或了试射任务.试射中击落 r飞行中的多枚导弹（JI未透露击落导弹的具体种类和 W）.地面原M!样机如图8所示。该项目的飞行试町 原计划住2020财年开展.（H根据美国战区网2020年6 n 30日报ifi英国空军推迟T SHiELD首次机械验证 试验由2021年推迟到2023年.绐出的原闪昆新冠疫 情和我他技术因素影响。综合而/；.机莪激光武器研究几起儿落.前期进展 班利的SHiELD项也遭遇延期.可见机救激光武器员 然Tf备受关注.11国内外也投入大址的研究经费. 但足面临的技术挑故还是非常大.相关应用的具体m腐 目前并没有得到彻底?决。4机载自卫激光武器的影响与挑战机我nil激光武器n应用.将给现“的变板模式 和航空武器装备体系带来较大的冲击。影响.具体来说 包括以下3个方面。（I ）对传统空版故法的变革。空空与州都有不>!逃逸攻击区的概念,是指£机做 任何形式机动都会被拦i的蚌弹最大、最小发射边界。 般而言.在不可逃逸攻击区发射的导弹,命中微率较 岛,且发射领机可以在此距肉使用发射后脱肉故术,保 此攻效性的同时避免迸人敌方攻击距向.利用先 进的导弹以大程度地我取战场的主动权。但是一Hn7（!M0“加1»日。M»：Q美国空军目前也在研制用于自卫对抗来袭导弹的高能激光武器百千瓦级别威力的固体电激光系统能够有效对抗来袭的地空和空空导弹，通过破坏导弹光电导引头或雷达罩等方式让来袭导弹失能，从而大幅度提高自身的容错率和生存能力。战机高速飞行时的气流扰动与敌我双方的剧烈机动对激光器也提出了不小的挑战，如何设计自适应修正系统以抵消扰动是机载激光系统的关键，预计在2030年前后，我们就能看到实用化的战机高能激光自卫系统实装，为空中作战提供更多的对抗可能性。