運行神速的雷射武器
雷射武器是利用雷射直接攻擊目標的定向能武器,俗稱「死光武器」。按照雷射武器的功能可大致分為用於光電對抗、防空等的戰術雷射武器和用於反衛星、反天基武器站及反洲際彈道飛彈等的戰略雷射武器。雷射武器是靠雷射束射中目標後產生的熱破壞效應、力學破壞效應以及輻射破壞等效應來摧毁目標的。其中熱破壞效應稱作熱燒蝕,是雷射武器的主要破壞效應。目標受到雷射照射後,其表層材料會吸收雷射而被加熱,產生軟化、熔融、汽化、直至電離。這樣就在目標上造成凹坑甚至穿孔。如果目標是人眼,則很易燒壞眼角膜、屈光介質或視網膜。其它效應同樣會使目標遭到破壞。雷射武器主要由雷射器、精密瞄準跟蹤系統和光束控制與發射系統組成。
雷射器是雷射武 器的核心,它用來產 生有殺傷破壞作用的 雷射束,如研究與發 展中的二氧化碳雷射 器、摻釹釔鋁石榴石 雷射器、化學雷射器、準分子雷射器等。精 密瞄準跟蹤系統可引 導雷射束精確地對準目標射擊,並判定破壞效果。由於雷射武器是靠雷射束直接擊中目標並穩定地停留一段時間而產生破壞效果的,因而對瞄準跟蹤的速度和精度要求很高。國外已在研製的有紅外、電視和雷射等高精確度的光電瞄準跟蹤系統。光束控制與發射系統的作用是根據瞄準跟蹤系統提供的目標、方位、距離等數據,將雷射束快速、準確地聚焦到目標上,並力求達到最佳破壞效果,其主要部件是反射率高並耐強雷射輻射的大型反射鏡。國際上已在研究採用輕質複合材料鏡,並積極研製相控陣式的光束髮射鏡。為克服大氣可能對雷射束的影響,也在發展採用相位校正技術的自適應光學系統,如可變形鏡等。
由於雷射也是光,也有光固有的特性,既能使雷射武器具有快速、反應靈活、命中率高和抗電子干擾等特性,特別適合用於攔截低空來襲的飛機、飛彈和大規模進攻的洲際飛彈等,也存在著隨射程增加,射到目標上的雷射光斑增大而使功率密度降低、破壞力減小和受大氣作用特別是受天空中的雨、霧、雪與戰場上的煙塵、人造煙幕影響的缺點。因此,雷射武器不能完全取代現有武器。目前,大國對雷射武器的研究十分重視,組織了龐大的隊伍,投入了巨額資金,因而取得了 長足的進展。例 如,一系列的激 光武器打靶試 驗,用雷射破壞 了不同距離的光 電裝備,用雷射 武器裝置擊落了 炮彈、靶機、反 坦克飛彈和空空飛彈等飛行目標。現在,最成熟的雷射武器應屬雷射致盲武器,這種武器不但可在戰場上使用,也可用來維持治安,其它武器也會逐漸成熟並投入戰場。由於雷射武器是又一類新的武器,因此也遭到世界愛好和平的人民的反對,國際上已有禁止發展和使用雷射武器的要求。
攻擊人眼的雷射致盲武器
1988年9月20日深夜,一名韓國警察偷偷潛入某國住漢城(今首爾)奧運村的女運動員宿舍,企圖非禮一名女體操運動員。當這位警察跳窗而入,受到女運動員斥責、抗議仍動手施暴時,運動員大聲呼救報警,警察只好急忙按預定逃跑路線逃走。但是,就在他跑出幾十米之後,只見面前一道金光,他頓時兩眼一團漆黑,甚至來不及揉一下眼睛,便在急速的奔跑中跌倒在地,隨後幾名軍警將其擒獲。這時,他才清醒過來,他被捕了。而使他被捕的東西,就是在各個監視網點上和電視攝像機同步掃瞄的雷射致盲武器。雷射致盲武器是利用雷射束照射人眼和武器裝備中的光電傳感器等元器件,使之受到干擾、迷茫、過載或造成損傷的一類雷射武器。這類武器可使觀測儀器失效,跟蹤與制導系統失控,彈頭引信失靈,也可使射手等人員因視覺障礙而失掉作戰良機,並且會產生強烈的心理威脅。雷射致盲武器是一種有效的光電對抗裝備,能夠起到干擾、壓制或阻遏敵方的觀測、跟蹤、射擊或精確制導武器進攻等作用。雷射武器可用來維持治安、震懾或捕捉盜竊犯、強奸犯、縱火犯等犯罪分子。美國等許多國家在研究和發展此類雷射致盲武器系統方面取得了很大進展。例如美國研製的「鮭魚」雷射致盲武器即將裝備美國陸軍部隊。權威人士指出,在美國擬定的非致死性戰爭戰略中,雷射致盲武器將是美軍非常重要的一種非致死性武器。
百發百中的雷射制導炸彈
雷射制導炸彈是用雷射進行制導的航彈,簡稱雷射炸彈。雷射炸彈前部裝有雷射導引頭和控制艙,尾部裝有彈翼。投彈時,飛機機載目標照射器向目標發射雷射束,導引頭則接收從目標上散射回來的雷射作為導引信號,再通過光電變換形成電信號,輸入控制艙,控制彈翼,從而實現制導飛行,直至目標。雷射制導炸彈由於使用了雷射制導,從而大大提高了炸彈命中的精確度。雷射制導炸彈可算是最早用於戰場的雷射武器。在越南戰爭中,美國使用了25000顆雷射制導炸彈,摧毁堅固目標1800個,命中率大大提高,高于歷史上任何一次空中投彈精度。因而聲名鵲起,曾廣泛地被新聞界稱之為靈巧武器、靈巧炸彈。雷射制導炸彈具有投彈命中率極高、不受光電干擾等優點,但也不是不可防護的武器。就在越南戰爭中,美軍大量使用雷射制導炸彈轟炸越南交通樞紐、倉庫、電站等重要目標時,越南軍民使用多種措施,成功地保衛了重多戰略目標。其中安富發電廠防空作戰的成功,說明雷射制導武器也是可防的。他們運用煙幕,同時使電站發射水蒸氣,配合遮蔽電廠,從而使美軍雷射制導炸彈空襲失敗。有一次空襲,美軍投彈多枚,只有一枚落在電廠圍牆附近,其它炸彈均不知落在何處,最終保衛住了這座河內最大的電廠。
預卜厄運的雷射報警器
雷射報警器是一種裝備在坦克、戰車、軍艦和飛機上用來探測敵方雷射制導武器、雷射測距機、雷射雷達和雷射武器等的被動偵察設備。20世紀70年代初開始研製,目前僅少數型號,如美國的直升機雷射報警器。雷射報警器根據雷射的特性,在雷射束變成電信號之前加雷射識別裝置,以鑑別信號是否由雷射源發出的,然後確定雷射的各項參數,如波長、脈寬和光強,然後經放大器處理放大後送入微處理機進行分析、對比、處理,最後,一路以聲光等形式發出報警,告知有雷射照射到本雷射報警載體平台(如車輛或飛機);一路則直接通知干擾對抗系統,如發射煙幕彈,將雷射束遮蔽,以減少雷射照射和反射光束,從而保護報警器載體。隨著雷射武器、雷射測距機和雷射雷達等武器裝備的出現和發展,雷射報警裝置將越來越多地出現在軍隊的防護系統之中。
精確萬分的雷射測距機
距離對於準確射擊是非常重要的工作。雷射測距機就是利用雷射測量目標距離的一種先進裝置。雷射測距的工作原理是:首先向目標發射雷射,然後接收從目標上反射回來的光束並同時測算出雷射束往返這段距離的時間,根據此時間便很容易地算出目標距離,因為光速是一家喻戶曉的定值。雷射測距機一般由發射、接收、處理、顯示和控制等部件組成。它具有測距精度高、抗干擾、作用距離遠等優點,既可用於單兵觀測,又能安裝在導航和火控系統中使用。雷射測距機已有較長的歷史。20世紀60年代初研製成功的第一代紅111第三代雷射測距機使用二氧化碳和一些新型固體雷射測距機等。這些新型測距機可以克服上述傷害人員眼睛和在惡劣環境中傳輸性能差的缺點。
防空作戰中的武器精品—雷射防空武器
防空作戰武器多種多樣,雷射防空武器可謂是防空作戰武器中的精品。雷射防空武器是利用雷射攔擊空中來襲目標的雷射武器,也稱防空雷射武器或防空光炮。這種武器通過干擾、破壞關鍵光電元器件或毁傷殼體等方式,能夠攔截飛機和精確制導的炸彈、炮彈、飛彈和火箭等,可在多層次的綜合防空系統中發揮獨特的作用。其中對巡航飛彈的防禦,意義尤為重大。為了雷射防空武器的實施,人們研製的器件有氣動雷射器、電激勵雷射器和化學雷射器等。雷射防空武器可有車載、艦載和陸基等部署方式。
科幻式的單兵武器—雷射手槍
我們在美國、日本等的科幻動畫片中,常常可見到未來的人類使用的種種死光武器,其所射擊的目標,無不被它所摧毁。目前,美國陸軍正在研製的一種雷射致盲武器雖沒有科幻片中的武器那樣厲害,但也確實是單兵作戰的銳利武器。
雷射手槍採用藍寶石雷射器,輸出的雷射波長為780納米(極小的長度單位),用氦一氖雷射器輔助瞄準目標。研製中的雷射手槍樣槍有兩種。一種的輸出雷射能量為0.5焦耳,另一種為4焦耳。兩種雷射槍均可以使熱成像裝置、雷射測距機以及人眼致盲。其中一種手提式樣槍由兩部分組成,即雷射發射機,包括諧振腔、激勵源和冷卻器等,這些均裝入一個長35.6厘米、寬5.1厘米和高11.4厘米左右的鋁製殼體內,還有作為第二部分的可拆卸的槍托和手柄等。可以看出,此種手槍還只能算一個裝置,尚不能走向戰場。
ABL—跨世紀的工程
ABL是機載雷射器的簡稱。美國從1992年開始,投入大量人力、物力和財力,加緊研究ABL,到2008年投入使用,其目的是把高能雷射載入12000多米的高空,使大氣不能阻礙雷射的傳播,有效殺傷空中或太空的目標,尤其對各種中程飛彈威脅極大。
1996年,美空軍參謀長羅納德·福格里曼將軍指出:「機載雷射器是40年來戰場技術最革命的進步,無聲、 長距離、光速且致 命的雷射武器在高 威脅的防空環境中 潛力是驚人的。機 載雷射武器應與隱 身的發明、GPS的 研究(全球定位系統)和曼哈頓項目(美核子彈計畫)並駕齊驅。」美國的ABL工程受到各國軍方的高度關注。
美國空軍早在20世紀70年代就開始研究機載雷射器。不久,首套機載高能雷射器問世,簡稱為ALL,在試驗時,它成功地捕捉並擊毁一枚 AIM—9B「響尾蛇」空空飛彈。但是,它採用的雷射波長為10.6微米,比較長,雷射束傳輸距離近,體積過於龐大,很多部分不適于實戰要求。
在海灣戰爭中,伊拉克發射的「飛毛腿」飛彈對多國部隊造成很大的威脅。美國曾用「愛國者」飛彈攔截「飛毛腿」飛彈,結果發現,「愛國者」飛彈的攔截率極低,並且它的價格又十分昂貴,難以滿足實戰的需要。在美國國防預算中,一直把
防禦彈道飛彈作為一項重要內容,投入了大量經費,取得了明顯的成果。尤其是對於飛彈的末段攔截研究充分,較為成功。美軍認為,機載雷射武器是飛彈助推段攔截的有效方法。如果澈底解決了這一攔截方法,則對敵人射來的飛彈攔截就萬無一失了。
實際上,美國研製ABL有很多有利條件,已經具備一定的技術基礎。首先,波音747飛機機身寬敞,可以把沉重的雷射器載至天空並停留一段時間。其次,空軍武器實驗室(後併入菲利浦斯實驗室)已於1977年研究出化學氧碘雷射器。1984年第一臺超音速氣流化學氧碘雷射器進行了演示驗證。1987年發明瞭磁增益開關的脈衝化學氧碘雷射器。1989年進行了700瓦高功率連續波倍頻演示驗證。
化學氧碘雷射器是世界上波長最短的高功率化學雷射器。它是由氯氣與鹼性過氧化氫反應產生氧分子的激發態,受激氧傳遞共振能量激發碘,經雷射放大區得到波長為1.315微米的雷射。該雷射可以按比例放大到很高功率,可以在適當的壓力與溫度下工作,光束質量完全可以滿足機載雷射系統的要求。雷射器的運行方式為連續波或脈衝式。總重量為45.4噸,一架波音747飛機可攜帶該系統及發射約40次雷射所需的燃料。1994年進行了一系列演示試驗。它能摧毁AIM—9「響尾蛇」空空飛彈和BQM—34巡航飛彈模型,在增加功率情況下可追擊中程彈道飛彈。並且,在陸軍高能雷射系統試驗基地用中紅外雷射器試驗,攻擊「飛毛腿」飛彈和坦克複式裝甲不鏽鋼板。結果,在1~3.5秒內目標碎裂。在雷射束控制系統方面,過去ALL因飛機震動源與大氣湍流的影響會使雷射束抖動,攻擊目標精度較低。
ABL,比ALL先進得多了,雷射束輕微抖動。它照射300千米遠的目標,只在20厘米~30厘米之內抖動,精度較高,基本保證了高能雷射束能準確打擊目標要害點。
另外,自1992年起,美國菲利浦斯實驗室就開始分析大氣湍流對雷射束的影響和對自適應光學系統為這些湍流進行補償能力的影響。自適應光學系統利用計算機控制鏡子,在一秒鐘內數千次調整形狀以補償大氣湍流的影響。休斯公司和洛克希德·馬丁公司專門研製雷射光束導向器,具有豐富的經驗。他們在波音747機頭安裝大旋轉塔,塔上安裝光束導向器。根據空軍的計畫,將在光束導向器中安裝無源紅外傳感器。該系統可在360°範圍內進行掃描,機載雷射器系統的最佳發射角度為10°~30°,晴天還可以更低一些。波音747飛機將連續18個小時作8字形飛行,只要與陸基、艦載和機載雷達密切配合,就可以全面掌握空中情況。指揮官根據預先制定的作戰原則,對威脅作出反應。
ABL工程設計要求:波音747飛機飛行高度為12000多米,當飛彈穿過雲層距飛機480~960千米時,機載雷射器可發現來襲飛彈,先發射一束低能雷射束照第一枚飛彈,利用反射回來的雷射測定飛彈的位置、來襲方向和飛彈與飛機間的空氣湍流等參數,並以每秒500~1000次的速度調節自適應光學系統,使高能雷射束射嚮導彈的增壓燃料貯艙,只需照射3~5秒鐘,就可使飛彈爆炸,接著對付其它的飛彈。整個過程都是用計算機控制,自動化程度高,反應速度相當快。
機載雷射器非同一般武器,具有很多特點,主要有:
一是通過在助推段攔截飛彈把戰區推向敵人領空。ABL可以部署在己方或友方領土或領空,密切監視敵方行動而不侵犯他國邊界,不公開挑起戰爭卻擺好架子,以其強大的摧毁能力震懾入侵者。一旦發現敵方飛彈襲來,就在助推段將飛彈擊毁,使飛彈的殘骸落在敵方陣地,使敵人承擔戰爭責任。不僅如此,可在裝有化學、生物、放射性材料的小彈頭布撒前將其飛彈擊毁,使其汙染敵方本土。這樣也威懾敵方不敢使用該類飛彈。
二是可承擔多種任務。ABL可提供精確跟蹤和目標識別,可追蹤到飛彈的發射地點,它能與空軍的機載預警與控制系統、海軍的機載預警與地面環境集成系統及陸軍的區域防空和點防空系統交換空中情報;可提供晝夜連續監視、探測、攔截飛彈,並能迅速轉移目標,精確度遠遠超過靈巧武器或飛彈;可充當要害目標的防禦保護平台,具有有效的自衛能力;在戰爭初期可擔任指揮控制中心。此外,還擔負兩項秘密使命:可以神不知鬼不覺將敵方低軌道衛星與空中飛機擊落。因為目前各國都開始重視低軌道小衛星的研究,美國空軍已制定計畫,準備在軍事衝突期間讓ABL在白沙飛彈靶場或東西海洋沿海上空巡邏,待機擊落敵方衛星。
三是成本較低。空軍預計花費50億美元就能製造出ABL,並裝備在7架波音747飛機上。這些費用僅僅是「愛國者」飛彈、戰區高空區域防禦系統和海軍高低層防禦系統等飛彈末段攔截系統的費用的幾分之一。一枚「愛國者」飛彈價值100多萬美元,用它來摧毁一枚1~10萬美元的普通飛彈有些得不償失。然而,ABL發射一次僅需1000美元的化學物質,用它來擊毁一枚普通飛彈就划得來。另外,一個「愛國者」飛彈連需配備6輛運輸車和12輛加油車,只能進行48次發射,而5架ABL攜帶足夠燃料可發射200多次,還能與其它武器相配合。
1996年,ABL處於整機設計階段,空軍撥款7億美元作為演示和批准階段的研製費。有6家公司組成兩個小組競爭這項工程。一個小組是由波音公司、洛克希德·馬丁公司和TRW公司組成,另一個小組是由洛克韋爾公司、休斯公司和E公司組成。他們均以波音747—400飛機為基礎進行設計。兩個小組都造輿論表明自己的實力,以求奪標。空軍計畫選定主承包商後到2002年論證飛機,2006年得到具有初等作戰規模的3架飛機,到2008年得到具有完全作戰能力的7架飛機。
雖然美國空軍對研製ABL充滿著信心,然而實際上還存在著一系列問題:第一,週期長,變化多。從1996年開始整機設計到2008年正式投入使用,前後達12年之久。其間,也許會導致威脅的改變,也許當ABL實際運用成熟時已產生新的威脅,這種武器系統究竟能否對付日益擴展的威脅還很
難說。第二,飛機有限而本身性能欠佳。為解決一個大的地區衝突需要部署7架波音747—400飛機才能進行全天候作戰。如果出現第二個大的地區衝突還需7架波音747—400飛機組成編隊,顯然供不應求。一旦部分飛機被摧毁,戰區覆蓋與攔截飛彈的能力必然降低。波音747—400機型較大且以8字形飛行,易被識別。第三,空軍只規定了12000米的雲層,而有時雲層會厚達18000米,因而在陰雲密布的環境中,ABL的效能會降低很多。第四,因為雷射不能穿過雲層或稠密的大氣層,因而不能對付低空飛行的飛彈,如通過編程控制在低空飛行的巡航飛彈,這對ABL是嚴峻的挑戰。第五,ABL在不加油的情況下只能在空中待命6小時,若要長時間執行任務。一個機隊至少需要一架C—17運輸機和2架空中加油機,空中加油與添加雷射燃料都是問題。
儘管如此,ABL仍是叩開21世紀大門的新一代雷射武器,必然引起新的光電對抗。現在,針對即將出現的ABL,人們也在尋求對抗措施,主要是:針對機載雷射器的眼睛即光束導向器內的紅外傳感器進行干擾,但只適用於其預警飛機未出動之前;對己方飛彈進行加固和使其自旋提高抗雷射束攻擊的能力;改變己方飛彈發動機噴焰亮度的形狀,使其紅外探測器不能準確定位。特別需要偽裝防護飛彈的致命位置如飛彈增壓燃料貯艙,或以耐高溫反射鏡保護;利用各種電子對抗方法,干擾和壓制敵方ABL的C3I系統,施放欺騙性誘餌使敵方無法探測、追蹤和攔截目標;使用煙幕、懸浮微粒掩護飛彈發射;發展可在低空及超低空飛行的帶有一定電子戰能力的飛彈;使用雷射武器對抗ABL是最有效的方法。可以預見,在多年以後,還會有更多、更好的方法對付ABL。