激光武器的现状与发展分析

I激光武器的现状与发展分析摘要激光武器在现代战争中发挥越来越重要的作用，本文论述了现阶段激光武器毁伤机理，发展现状及未来发展趋势。激光武器按激光生成方法可以分为化学激光器，自由电子激光器，固体激光器等，它们各有特色，目前只有化学激光器达到了实战部署阶段，其他激光器还有待成熟。展望未来，特别是美国，可以看到，在IFX计划、未来机载激光武器、反卫星计划上，激光武器将大有作为，呈现出蓬勃发展的态势。关键词：激光武器；现状；发展AbstractLaserweaponinmodernwarfareisplayingamoreandmoreimportantrole,thispaperdiscussesthepresentlaserweapondamagemechanism,developmentsituationandfuturedevelopmenttrend.Laserweaponbylasergenerationmethodcanbedividedintochemicallaser,free-electronlasers,solidstatelasers,etc.,whichhavedistinguishingfeatureeach,currentlyonlychemicallaserreachedtheactualcombatdeploymentstage,otherlasersremainstobemature.Lookingtothefuture,particularlyintheUnitedStates,cansee,inIFXplan,thefutureairbornelaserweapons,anti-satellitescheme,laserweaponwillgoalongway,presentedthevigorousdevelopmentthesituation.Keywords:LaserWeapon;Status;DevelopmentII目录摘要.............................................................................................................IAbstract.....................................................................................................I引言.............................................................................................................1一、毁伤机理.............................................................................................2二、激光武器的现状分析........................................................................3（一）化学激光器.................................................................................................3（二）自由电子激光器.........................................................................................4（三）固体激光器.................................................................................................6三、激光武器未来发展分析....................................................................7（一）IFX计划.....................................................................................................7（二）未来机载激光武器.....................................................................................8（三）反卫星计划.................................................................................................9四、结束语...............................................................................................11参考文献...................................................................................................121引言激光武器是一种定向能武器，它利用强大的定向发射激光束直接毁伤目标或使之失效。用高能量，大功率的激光束代替常规子弹攻击目标物体，是由于激光武器具有：（1）高速度，激光以光速进行传输，从激光器出口到目标的时间可以不计，争取了作战时间。（2）反应灵敏，激光器射出的光束质量近于零，可在短时间内对不同方向的来袭目标进行打击。（3）命中精度高，激光武器是将能量汇聚成很细的光束准确的对准某一方向射出。（4）杀伤力可控，可通过调整和控制激光武器发射激光束的时间或功率以及射击距离来对不同目标分别实现非杀伤性警告，功能性损失，结构性破坏.(5)抗电子干扰能力强，激光武器射出的是激光束，现有的电子干扰手段对其不起作用。基于这众多优势，激光武器将在反导，反卫星和破坏敌方信息系统中得到广泛应用。2一、毁伤机理激光武器之所以有如此巨大的杀伤力，主要在于它的高能量和高功率。一般通过以下三步对目标物体实行毁灭性的破坏。第一：热作用破坏，只要激光功率足够高，被激光照射的目标物体局部会瞬间汽化，当持续汽化很强烈时，材料蒸汽高速喷出，同时将部分凝聚态颗粒或液滴一起冲刷出来，从而造成凹陷甚至穿孔。第二：力学破坏，蒸汽高速喷出时，对目标物体会产生强大的反冲作用，这使得在目标物体内部形成激波，激波传到目标物体的背面，产生强大的反射。外表面的激光与背面的激光对目标物体形成前后夹击，使目标物体变形破裂。所以即使没被烧蚀摧毁，也会因为受力学破坏而严重影响其技术性能。第三：辐射破坏：当激光照射到目标物体表面时，被汽化的物质会被电离成等离子体云，等离子体云辐射出紫外线和X射线，对目标物体造成损伤。3二、激光武器的现状分析激光武器经过不断的开发和研究，目前已有了重大的进展，低功率激光武器已经开始装备部队，高功率激光武器也日渐成熟。按不同分类方法可将激光武器分为不同类型，从作战性能上可分为低能激光武器和高能激光武器；按激光生成方法可以分为化学激光器、固体激光器、液体激光器和自由电子激光器等，其中激光器是激光武器的关键技术部分。本文按激光生成方法的分类对激光武器的现状进行分析。（一）化学激光器利用工作物质的的化学反应所释放的能量激励工作物质产生激光，例如以氟化氮作为氧化剂使得乙烯燃料在燃烧室内发生燃烧，在燃烧室的下游，氘氦混合气体被注入燃烧后的尾气中，产生自由的DF分子，这些分子在激光器的谐振腔内受激发后，产生激光。目前常见的化学激光武器有氧—碘激光器，氟化氢激光器，氟化氘激光器等。其中氧碘化学激光器首先被美国用于ABL计划（机载激光器计划），试图采用氧—碘激光器在12千米高空摧毁320千米正在进行助推飞行的有敌意的导弹。在发展ABL项目的同时，1977年美国空军发明了新的氧碘(COIL)化学激光器，它的能量转化效率达到20%作用，后来继续发展用于现在空基激光器(ABL，现已经改名为ALTB)。图1ABL计划4（ABL计划使用波音747-400F飞机作为载机，装载功率更高的氧碘化学激光器，设计目的是能拦截同时发射的5-10枚弹道导弹）氧碘激光器具有更大的功率，在体积、功率、重量和可靠性上形成了一个平衡。但是目前为止，化学激光器共有的缺点就是需要耗用大量的化学燃料，这使得体积庞大，且排放的尾气对环境会造成污染甚至伤及自身。（二）自由电子激光器自由电子激光器(FEL)利用自由电子的受激辐射，把电子束的能量转换为激光。具体实现是电子从原子脱离后，通过线性加速器加速到高能态，这些高能态电子被导入到摆动器，迫使它们以光子的形式释放出能量，当光子进入谐振腔后，光子在谐振腔两端的反射镜之间来回运动，并激发出更多相同频率的光子，最后形成一簇连续的光束发射出去。上个世纪80年代星球大战计划就是使用大功率陆基自由电子激光器进行防御，但由于成本技术和战略转向等原因取消，但仍为美国自由电子激光器的发展打下了基础。美国海军研究实验室(ONR)从1996年开始自由电子激光器的研制，2004年激光器功率已经到了10KW，2007年达到25KW。2009年根据报道，美国海军研究实验室分别和波音与雷锡恩公司签订合同，提供100千瓦级自由电子激光器的初步设计。另据美国《导弹防御内情》报道，美海军研究实验室(ONR)定向能项目负责人QuentinSaulter称，自由电子激光器(FEL)将可能在2020年前部署成为舰船防御敌方导弹的武器，并最终将安装在例如DD(X)等下一代驱逐舰以及CVN—21等级的航空母舰上。该激光器最近被放置在美国能源部“托马斯国家加速器”实验设施中，它由ONR定向能计划负责提供资金，但是研究成果同样可供陆军、空军、工业界以及研究学术界使用。该激光器的灵活性和波长范围是它优于其他类型激光武器的主要原因。Saulter称，FEL提供的强光束，能够被调谐到一个特定的波长，并且比从常规激光器得到的光束功率更高，FEL能被调谐到不同波长的能力使它成为舰船防御的更合理的激光器类型——因为它的光束不受大气干扰，而在海面上这种干扰非常5严重。他们的研究表明在近海作战中，热晕限制了高能激光束的大气传输，因此，也就限制了激光武器的效能。而传统的DF化学激光器的波长对于沿海的环境并不是最佳的，使得至少60%发射功率在攻击过程中被大气散射。图2自由电子激光器主要结构和工作原理的示意图《导弹防御内情》的报道称，经过20多年的发展，美国海军已经已建成了兆瓦级的DF化学激光器(MIRACL)和海石束定向器(SLBD)，目前它们是构成位于新墨西哥州的白沙导弹靶场的“高能激光系统试验装置”的主要武器之一，一直用于试验和验证几种激光武器概念。随着近年来作战环境发生了巨大变化，美国海军也开始了它的作战转移，即从远洋作战转变为沿海作战，作战形式也由进攻型海战转变为舰只自卫，因而，应对日益严重的巡航导弹威胁成为海军高能激光武器计划的主要目标。作为海上应用的激光器，克服海洋环境引起的传输效应是至关重要的。美国海军多年来一直努力开发大功率定向能技术，但由于化学激光器的工作波长，使其发射的激光在到达目标之前容易被大气吸收，因此不得不放弃了大功率化学激光武器的开发，但对利用激光器保护舰船对付巡航导弹的研究资助一直没有放弃。FEL的出现被美国海军相关机构认为是一个更好的替代品。2005年6月，FEL获得了25千瓦的红外激光，并成为世界上同类激光器中功率最高的激光器。海军研究后方管理者JayCohen在2005年5月的一次工业界会议上称，“我们将在接下来的5年里达到100千瓦，这是实现杀伤所需的最低功率。”尽管自由电子激光器同时还具有高效率，高功率，激光质量好等优