高能激光未来武器非常规武器

这种武器将比常规弹药或武器系统更快、更精确和更隐身地打击目标。此外，高能激光武器(HEL)能够打击空中、地面、海洋和空间等领域的目标。防御性高能激光武器(HEL)可用于对抗间接火药(火箭、大炮和迫击炮)、飞机、水面舰船、车辆，甚至弹道导弹。进攻性高能激光武器(HEL)可用于进攻性空中支援，甚至可用于战略空袭任务。

高能激光武器

• 概述
  • 加强武装保护的未来武器
  • 想想当前用于摧毁敌人目标的定向精确制导弹药(PGMS)的激光指示能力。现在，想象一下用能释放足够的热能直接使目标失效而不使用常规弹药的高能激光武器(HEL)代替激光指示器。这种武器将比常规弹药或武器系统更快、更精确和更隐身地打击目标。此外，高能激光武器(HEL)能够打击空中、地面、海洋和空间等领域的目标。防御性高能激光武器(HEL)可用于对抗间接火药(火箭、大炮和迫击炮)、飞机、水面舰船、车辆，甚至弹道导弹。进攻性高能激光武器(HEL)可用于进攻性空中支援，甚至可用于战略空袭任务。
  • AARON ANGELL美国海军陆战队大学高级作战仿真学院毕业生，被分配到未来行动，G-3，第二代海上后勤小组，II海军远征部队。
• 应用
  • 未来，高能激光武器(HEL)将在整个联合部队使用，以大幅度改善部队对军事和民用基础设施和居民的武装保护。
  • 在给定时间内，高能激光借助零飞行时间，比常规武器表面上可以迎击和影响更多的目标。
  • 本文将正在进行中的研究和激光技术的发展联系起来，表明高能激光武器（HEL）将成为现实。本文也阐释了关于高能激光防御性武器和进攻性武器在战术上和战略上应用的概念，清晰地介绍了高能激光武器在未来联合作战中可能的应用。
• 高能激光武器
  • 首先，需要了解什么是高能激光武器。目前军事上，激光功率超过1千瓦便定义为高能激光武器。然而，大多数用于军事的在研或在测高能激光武器，战术级激光能量从几十到百千瓦，战略级高达数兆瓦【1】。发射小于1瓦的强激光照射可在不到1秒内造成永久性眼损伤，而平均功率输出达300瓦至1千瓦通常工业激光切割【2】。与此相比，这些例子远远低于目前正在测试的军事高能激光武器的激光功率输出测量值。这展现了由高能激光武器造成毁伤和损害的巨大潜在影响。另一种分类高能激光武器的常见测量方法是发射的单脉冲能量超过30千焦耳。达到这一测量值，只要0.2到0.4焦耳每平方厘米(cm2)超过10纳秒就能烧蚀皮肤，而只要10千焦耳每平方厘米(cm2)在0.2s内就会对无装甲的飞机或导弹结构造成破坏【3】。其他的标准也可以用来对不同类型的高能激光武器进行分类，但是，上述功率和能量参数是区分高能激光武器和低能激光器的两个关键指标。
  • 利用高功率发射和脉冲能量，高能激光武器将在初始交战的数秒内对目标产生超常热效应。大多数情况，最佳获得效果时间将在2到4秒之间。在某些情况下，高能激光武器可能与目标交战不到一秒就达到预期的效果。即使有这么短的交战时间，高能激光武器也可以：
  • 诱发“内含高爆火药的爆炸反应”【4】。目标内含高爆火药被加热超过自动点火点，或燃料被加热超过燃点，或被轻易摧毁。
  • 穿透关键表面(脆弱的飞机机翼、水艇的外壳，甚至是车辆的轮胎)，从而破坏或防止被瞄准威胁的关键能力。
  • 点燃关键的表面或部件(至少会暂时分散注意力)。暂时或永久地破坏光学或控制系统，阻止传感器正常工作，甚至使操作人员失明【5】。
  • 无论高能激光武器热效应对目标引发爆炸、穿孔、燃烧还是致盲，其影响都将是可测量和迅速的。
• 必要性
  • 由于高能激光武器封装在一个系统中，提高了速度、精度和隐身能力，因此它们在未来军事应用中的应用是不可避免的。
  • 此外，高能激光武器的速度使其优于大多数常规武器系统和弹药。激光以光速工作，从激光发射到对目标产生冲击目标几乎瞬间完成。在积极识别之后，高能激光武器以“零飞行时间”【6】立即打击目标。相比于大多数常规的亚音速和超音速武器系统和弹药，这将把目标交战时间减少几秒钟甚至几分钟【7】。这种几乎瞬时打击目标的能力实际上消除了敌人反应时间。另外，由于零飞行时间，高能激光武器与常规弹药相比表面上可以在给定时间内攻击和影响更多目标【8】。
• 特点
  • 高能激光武器的另一个显著优点是远距离精度。激光在本质上是精确的，医学手术的应用已经证明了这一点。现在，放大手术室中外科手术激光能量输出，并将其放置在战场上——这赋予了该词新的含义“外科手术打击”。然而，在一个巨大的战场上，对可能移动(或者机动)目标进行精确的外科手术式打击需要精确瞄准。为了克服这些挑战，诸如高分辨率激光雷达和大功率相控阵收发信机等先进系统也正在开发，以提高远距离获取、识别和跟踪目标的准确性【9】。此外，另一新的发展，即采用连续更新模板进行精确瞄准点维护，可用于将敌机系统的识别转化为指向特定系统弱点(如油箱、机翼、光学、装甲较少的区域等)【10】。将外科手术精确地高能激光与辅助的先进获取、识别、跟踪和瞄准系统相结合，将产生一个有前途和有效的高能激光武器系统。
  • 最后，隐身高能激光武器在战场上使用时会增加心理冲击。蒙哥马利在谈到军事创新演变时写道：“神秘的武器具有心理效应”【11】。高能激光武器当然可以归入这类神秘武器，因为，敌人直到为时已晚可能也不知道其是否正在使用或甚至已经在战场上。大多数激光是在肉眼看不见的光谱中工作的，因此激光可能不会立即被敌人的接收探测到。事实上，等到目标探测到激光效应时，已经没有时间做出反应。目前，只有数量有限的现有系统在使用时具有高能激光频率和带宽检测能力。为了减少激光武器的影响，真实目标的响应机动可能包括改变速度、姿态或高度、反击、或向隐蔽位置移动。然而，即使敌人察觉到激光的影响，他也可能不知道激光的来源方向或距离，因为激光“射击”中没有冒烟的枪或燃烧的闪光。因此，敌人可能无法有效地进行反应机动。至少在一开始，即使是高能激光武器的声音和外观，更不用说高能激光武器射击，不会被敌人识别，这就使得一个独立的激光武器系统很难被定位。当前探测高能激光武器系统或高能激光武器效果的能力有限，将导致未来战场上的战术不对称。
• 使用
  • 由于高能激光武器封装在一个系统中，提高了速度、精度和隐身能力，因此它们在未来军事应用中的应用是不可避免的。与现有常规武器相比，高能激光武器为包括间接火药、飞机、水面舰艇、车辆，甚至弹道导弹提供优势。2008年，美国军方正式承认高能激光技术作为未来武器的潜力，授予波音公司了高能激光技术演示合同。这一正当解释认可了高能激光武器可以填补的能力差距：”1)击败飞行中的弹药，如火箭、大炮、迫击炮、反坦克制导导弹和便携式地对空导弹，2)超精确打击，几乎没有附带伤害，3)破坏电子光学(EO)和红外(IR)传感器，4)在远距离使地雷和其他弹药失效【12】。”
• 场景
  • 2009年，时任负责作战发展和整合的海军陆战队副司令美国海军中将乔治·弗林正式承认了在固态激光技术最新进步，指出“对抗主要的低空无人驾驶航空系统(UAS)威胁的近乎零时间飞行，低发射成本，表面上的‘深弹夹’能力【13】。”高能激光武器有广阔的应用场景，跨越陆海空天多个领域。以下是对目前的研究和开发试验的材料和分析，展示了在战场上使用高能激光武器的潜力。
  • 背景：现在是2020年12月。朝鲜已采取军事行动威胁韩国。朝鲜和韩国关于岛屿领土和海上边界的国际争端已经升级。朝鲜增加了位于东海岸和西海岸基地的海军舰队的规模。在这些基地中，朝鲜海军部署了大量鱼雷艇、导弹艇和巡逻艇，以保卫东南沿海和西南海岸。来自商船的报告显示，这些船只经常出现在离海岸10至30英里之间的水域。朝鲜空军加强了对南部沿海领空的空中巡逻。朝鲜军队似乎也在向南方调动力量。平壤似乎摆出姿态，在中央控制下进行有限的军事行动，以便首先挑起针对他们的军事行动，意图立即进行强有力的反击。
  • 场景1：2020年12月1日，朝鲜从朝鲜大陆发射170毫米和152毫米炮弹，对延坪岛进行炮击。虽然约有100发子弹打向该岛，由于联网的陆地和海上激光防御系统，实际上只有50发炮弹击中，没有人员伤亡，也没有而对关键基础设施造成破坏。美国陆军此前部署了陆地激光防御系统(LLDS)，以保护居民中心和延坪经济港口港免受火箭和大炮攻击。此外，来自乔治华盛顿战斗群的海军舰艇最近被进行了海上激光防御系统(MLDS)，用于舰船和地区防御火箭、导弹和无人驾驶飞行器(UAVs)。12月1日，联网的LLDS和MLDS开始对所有发射到延坪岛的港口和城市炮弹进行强制引爆。
  • 地面部队已经在寻求将高能激光武器用于攻击火箭、火炮和迫击炮(Ram)威胁。诺思罗普·格鲁曼的天空卫士激光防御系统已经证明在5公里范围内有效地对付面空导弹威胁【14】。天空卫士，最近被称为战术高能激光(THEL)，受到了美国和以色列军队关注。激光技术的进一步发展使得移动战术高能激光(MTHEL)成为一种点防御武器，可以布防到基地、关键作战节点或人口中心，用于攻击和摧毁面空导弹威胁，进行武装保护。在试验期间，移动战术高能激光对抗并摧毁了28枚122毫米和160毫米卡秋莎火箭、多枚炮弹壳体和迫击炮炮弹，以及迫击炮的一次突然攻击。移动战术高能激光是一个集装箱大小的半挂车，今天可以部署到远征环境，以保护军事、民用基础设施或人员【15】。此外，雷神公司开发了一种用于短程防空对抗面空导弹威胁和飞机。2006年6月，雷声公司在其密集阵近战武器系统的炮塔上安装了一台高能激光，该系统已被用于舰载和陆基短程防空系统。最初已知被称作激光区域防护系统的短程点防护高能激光武器包括一台20千瓦光纤激光器和一台安装在密集阵底座顶部的光束指向器。在试验期间，激光区域防护系统在550米范围内引爆了一枚60毫米迫击炮弹【16】。移动战术高能激光(MTHEL)和激光区域防护系统是一种潜在的战术武器，能够在局部地区末端防御拉姆导弹威胁。
  • 高能激光武器也将用于防御敌人的进攻性飞行器。2008年12月，波音公司在其复仇号防空系统上成功地测试了一种千瓦级激光武器，该系统击落了一架无人机。捕获、跟踪和瞄准系统捕获并跟踪了三架小型无人机；然后用高能激光“在操作相关范围内”将其烧穿一个洞，击落其中一架无人机【17】。虽然这可以被认为是对付无人机的一个小成功，但它表明了远征机动战术高能激光反飞行器，保护关键基础设施甚至静止战术护送队的能力。
  • 场景2：2015年12月2日，朝鲜导弹艇从南浦特別市海军基地以西约20英里处向诺曼底号上发射了两枚地对地导弹(SSMs)。维克斯堡号启动了两套海上激光防御系统，持续6秒，使两枚地对地导弹到达诺曼底之前被引爆。与此同时，诺曼底号在手动模式下使用海上激光防御系统与朝鲜导弹艇交战。导弹艇在引擎被激光武器点燃20秒后无法正常工作。
  • 在海上防御方面，使用高能激光武器有很大的潜力。2010年6月，美国海军称为激光武器系统的雷神海上版本的带有密集阵基座的高能激光在海上模拟作战遭遇中发现、接触并击落了一架“代表性威胁”无人机【18】。最近，2011年4月10日，海军在几英里远的地方点燃一艘小船的舷外引擎，展示了使用高能激光对付水面舰艇的能力【19】。相比传统方阵每分钟消耗3000至4500发20毫米子弹的密集阵，海上高能激光的另一个优势是理论上友好的“深弹匣”效果。此外，激光武器系统所需的高功率在船上也很容易获得。无论是在岸上还是在海洋环境中，高能激光武器都能提供对地面和空中威胁的点防御。
  • 场景3：在位于黄海的乔治华盛顿战斗群附近执行作战空中巡逻(CAP)任务时，美国海军F/A-18超级大黄蜂被陆基扇形雷达照亮，大概与SA-2发射器有关。作为回应，F/A-18机载激光防御系统(ALDS)立即与雷达操作系统交战，使其在SA-2发射之前无法操作。
  • 对地面目标的进攻性空中支援也将通过高能激光武器得到加强。与地面部队不同的是，尽管尽管会被植被会严重削弱，飞行员对战场的“鸟瞰”往往不受地形的阻碍。尽管如此，飞行员将经常使用直接开火高能激光武器进行进攻性空中支援。这是美国空军先进战术激光(ATL)概念。尽管设想安装在包括V-22型捕食者的其他飞机上，目前安装在C-130型飞机上，但ATL是作为一种兆瓦级近距离空中支援武器而设计的【20】。2009年9月，ATL从一个未透露的高度和距离用8秒的时间穿透了一辆无人驾驶的固定车辆【21】。实际上，效应似乎是可以忽略不计的，由移动飞行器产生的精准高热量揭示了利用高能激光的近距离空中支援与有限的高价值目标作战的现实。
  • 相对于海军舰艇、飞机、关键设施或一群军事或文职人员的损失而言，即使每套高能激光武器损失几百万美元也是微不足道的。
  • 场景4：2015年12月3日，美国空军的一部分F-16猎鹰当时正在韩国首尔北部指挥执行战斗空中巡逻时，被四架米格-19农夫咬住，其结果是立即和短期的空对空交战。所有四架米格-19农夫都被摧毁了：一架被20毫米炮弹击中，一架被AIM-7麻雀摧毁，两架被ALDS摧毁。当两架F-16分别使用常规弹药各自迎战一架米格-19型飞机时，其各自的机载ALDS瞄准并引爆了其余两架敌机的副油箱。
  • 飞机进行反空战的能力由于高能激光武器将大大提高。它可以提供与飞机和飞行员与主要任务截然不同的反空中能力。换言之，飞行员在执行其指定的航空任务(例如进攻性空中支援或空中侦察)时，高能激光武器可自动识别、捕获、瞄准和攻击敌方导弹或飞机。高能激光武器的防空能力将提高飞行员的生存能力，特别是在非为此目设计的飞机上。
  • 机载高能激光武器不仅仅用于保护战术战斗机和攻击飞机。国防高级研究项目局高能液体激光区域防御系统比赛的目标是在3立方米空间内制造150千瓦激光武器，重量不超过5千克/千瓦。其目的是在不中断飞机的主要功能的情况下，制造一种小型的机载高能激光，可以装在轰炸机、运输机或加油机上。该项目的里程碑包括在2011年进行同时击落两枚SA-10级地对空导弹的地面试验，然后在2012年-2013进行一次机载试验【22】。这些试验正在鼓励战术防御高能激光武器超越军事应用的发展。
  • 场景5：2015年12月4日，朝鲜从北方的一个省发射了一颗飞毛腿导弹。在韩国釜山附近，联军正在对朝鲜进行接收、集结、前送和整合，以应对朝鲜潜在的后续地面行动。美国空军战略机载激光防御系统在朝鲜领空发现、迎战并引爆飞毛腿导弹。飞毛腿导弹爆炸残留物弹落在朝鲜境内。
  • 高能激光对弹道导弹的战略打击提供了希望。美国空军持续研究和发展，从战略防御计划演变为使用激光武器对抗弹道导弹。具体来说，AL-1A机载激光(ABL)被设计用于打击助推阶段弹道导弹。其目的是对助推器的外科造成轻微的破坏，从而导致灾难性的失败和最终的爆炸。作战概念是将反弹道导弹部署到威胁弹道导弹攻击的国家边境，并在导弹清除云基后探测、跟踪和攻击导弹。这些碎片将落回到发射武器国家或其他安全环境。一旦该系统更加成熟，它就可以用来对付短、中、洲际弹道导弹，以及高空飞机和巡航导弹【23】。2010年2月，导弹防御局宣布ABL击落了一个装满液体的飞毛腿导弹状目标【24】。然而，在2010年10月最近一次的试验中，“初步迹象表明，该系统获得并跟踪了目标的尾焰(火箭排气)，但从未过渡到主动跟踪。因此，高能激光没有发射。”【25】即使最近遇到了这些挫折，这一主动行动也很可能会产生一种战略高能激光武器，以提供弹道导弹防御。
• 挑战
  • 在武器成为司空见惯之前，必须克服的障碍是成本、反激光防御和附带损害。这些障碍都不是不可逾越的。另外，即使高能激光开始运行，这些障碍也可能仍然存在。
  • 一个成本效益分析是必要的，以确定正确的时机，以整合英国国防部(国防部)的武器库。2006年，诺思罗普·格鲁曼公司表示，由于非经常性的开发成本，它的第一套天防系统将耗资1.5亿至2亿美元，但成本将降至每个系统2500万至3000万美元【26】。通过进一步研究和开发激光动作三个组成部分：激光介质、泵浦源、共振腔，这一价格很可能会进一步降低【27】。与失去一艘海军舰艇、一架飞机、一座关键设施或一群军事或文职人员高昂的价格相比，即使每件高能激光武器成本几百万美元也要小得多。高能激光的货币成本很高，然而在某些时候，对于武装防护来说，这种成本将被认为是值得的。
  • 当考虑到全球竞争对手可能也在开发高能激光武器时，时间也是一种成本。俄罗斯正在研制阿尔马斯-安提厄尔定向能源武器(HEL DEW)防空系统，该系统已经与一架目标无人机作战。使用这种武器的预期概念同美国和以色列的THEL一样，但是有更强的能力打击地对空导弹和点防御PGMS【28】。俄罗斯还开发了机载阿尔马斯-安提厄尔 A-60 HEL DEW试验台能力。此外，2007年，国防部提出证据表明，中国人民解放军资助了一项发展完善和先进的高能激光计划，旨在攻击低轨道卫星、巡航导弹和PGMS，同时还提供了点防御【29】。最近，印度公布了关于其测试一种激光弹道导弹防御系统的信息，该系统有能力产生25千瓦的脉冲，据报可在7公里范围内摧毁一枚弹道导弹，以及一台能够在10公里范围内与飞机交战的防空激光。印度的激光研究甚至产生了一种手持式激光传感器，识别即将到来的激光威胁【30】。虽然俄罗斯、中国、印度的高能激光武器能力似乎没有美国那么强大，未来的军备竞赛也是有可能的。因此，在开发用于军事应用的高能激光武器时，即使是时间也是一种成本。
  • 虽然高能激光武器的精确性可能会减少附带伤害，但是必须做更多的研究来预测和控制这种伤害。
  • 有效对抗高能激光的成本也将很高。每一项创新都要被对抗，这只是时间问题。一种看似明显的激光武器对抗是使用一种反射率高的材料，这种物质可以消散，也可以充分反射激光能量。在许多情况下，这些表面材料的创新只会使高能激光的热效应延迟几秒钟。对于对手来说，这种对抗在财政上是昂贵的且临时的，同时生产商将不得不重新设计和现场修改现有设备的材料，或者设计全新的设备。
• 弊端
  • 最后，必须进行预先考虑高能激光武器可能的附带伤害。在战略层面，国防部正在制定“分散预测避免”措施，以防止卫星在杂散激光轨道上的意外附带损害。在战术层面，高能激光武器可能导致非故意的永久和临时人员致盲。随着材料反射率的进一步提高，“热反弹”甚至有可能造成附带损害。虽然高能激光武器的精确性可能会减少附带伤害，但是必须做更多的研究来预测和控制这种伤害。
  • 整个联合部队使用高能激光武器即将成为现实。他们将以“零飞行时间”提供对抗常规武器系统和弹药精确和几乎无法探测的直接开火能力。高能激光武器将大大改善对民用和军事基础设施以及居民的武力防护，在陆海空天对抗火箭、大炮、迫击炮、飞机(载人和无人驾驶)、水面舰艇、车辆和导弹。此外，进攻性高能激光武器将提高火力支援、防空和打击能力的速度和精度，同时也为从非传统飞行器平台提供火力打击提供能力。由于高能激光武器在防御和进攻的能力和容量方面提供了如此大的进步，在未来的冲突中，它们将被列入军事武器库。
• 参考文献
  • 1 Major Billy Short, Office of Naval Research, email correspondence to author, December 9,2011.
  • 2 Industrial Laser Systems, LLC, Laser Cutting Services and Systems,“Important Laser Information,”available at .
  • 3 Bengt Anderberg, Laser Weapons: The Dawn of a New Military Age (New York: Plenum Publishing, 1992), 93.
  • 4 J. Thomas Schriempf and Brian Hankla,“Navy HEL Lethality Program,”lecture given at the High Energy Laser Joint Technology Office Directed Energy Professional Society Annual Review, Albuquerque, NM, May 5, 2010.
  • 5 United Nations, Convention on Prohibitions or Restrictions on the Use of Certain Conventional Weapons Which May Be Deemed to Be Excessively Injurious or to Have Indiscriminate Effects, Protocol IV on Blinding Laser Weapons, Article 1, negotiated and adopted in Vienna, October 13, 1995, says, “It is prohibited to employ laser weapons specifically designed, as their sole combat function or as one of their combat functions, to cause permanent blindness to unenhanced vision, that is to the naked eye or to the eye with corrective eyesight devices. The High Contracting Parties shall not transfer such weapons to any State or non-State entity.”
  • 6 For the physics, see R.P. Feynman, R.B.Leighton, and M.L. Sands, The Feynman Lectures on Physics (Reading, MA: Addison-Wesley Publishing Company, 1963).
  • 7 Carlo Kopp, “High Energy Laser Directed Weapons,”Technical Report APA–TR–2008–0501, May 2008, 3.
  • 8 Anderberg, 96.
  • 9 Dan Marker,“Hi-power Phased Array Transceiver (HiPAT),”lecture given at the High Energy Laser Joint Technology Office Directed Energy Professional Society Annual Review, Albuquerque, NM, May 5, 2010.
  • 10 Andrew Scott,“Precision Aimpoint Maintenance using Continuously Updated Templates (PAMCUT),”lecture given at the High Energy Laser Joint Technology Office Directed Energy Professional Society Annual Review, Albuquerque, NM, May 5, 2010.
  • 11 Montgomery C. Meigs, Slide Rules and Submarines: American Scientists and Subsurface Warfare in World War II (Washington, DC: National Defense University Press, 1989), 214.
  • 12 Kopp, 46.
  • 13 Ashley G. Johnson, Office of Naval Research brief,“POM13–07: Ground Based Air Defense On the-Move,”July 9, 2010.
  • 14 Jefferson Morris, “Northrop Unveils Skyguard Laser Air Defense System,” Aviation Week, July 13, 2006.
  • 15 Kopp, 37-47.
  • 16 Ibid., 53.
  • 17 Graham Warwick,“Boeing Claims First Laser UAV Shootdown,” Aviation Week, January 27, 2009. In 2007, Boeing used an earlier variant of the Avenger laser to neutralize improvised explosive devices and other unexploded ordnance.
  • 18 David Wichner, “Laser Ship-defense Test a Win for Raytheon, Navy,” Arizona Daily Star, June 4, 2010.
  • 19“Laser Gun Fired from U.S. Navy Ship,” BBC News, April 11, 2011.
  • 20 Kopp, 48.
  • 21“Boeing Advanced Tactical Laser Defeats Ground Target in Flight Test,”media release, September 1, 2009.
  • 22 Graham Warwick, “Solid-state Laser Programs Advance,”Aviation Week, January 11, 2009.
  • 23 Kopp, 14-36.
  • 24 Robert Wall,“Airborne Laser Shoots Down Scud-like Target,”Aviation Week, Defense Technology blog, February 12, 2010.
  • 25 “Airborne Laser Test Bed Exercise Conducted,”Military Defense Agency news release 10–NEWS–0014, October 21, 2010.
  • 26 Morris.
  • 27 Anderberg, 18.
  • 28 Kopp, 54–60.
  • 29 Ibid., 65.
  • 30 Jay Menon, “India Looks at Laser Weapons for Air and Missile Defense,” Aviation Week, April 28, 2011.