[质的跃进]跃进

　　据英国《每日电讯报》7月19日消息，在美国加利福尼亚西海岸的一次秘密军事测试中，激光武器首次被用在海军战斗行动中，并击落4架无人机。整个实验最值得关注的地方就是此次美国采用的是固体大功率激光器。而美国一直以来长期研究的重点是化学激光器。本文笔者就美国激光反导武器研究情况进行介绍，并且对美国由化学激光器转向固体激光器研究方向的重大影响进行分析。
　　
　　美国化学激光武器研究情况
　　
　　激光的意思是“通过受激发射光扩大”，它是一种方向性极好、功率密度极高的光辐射，因而一直以来研制激光武器都是各国努力的方向。
　　美国激光武器研究的传统方向是化学激光器。化学激光器通俗来说，就是通过化学反应实现工作物质受激，然后发射激光的激光器。1983年美国推出的“战略防御倡议”或称“星球大战”计划，实质上就是一个全面激光战略武器系统的研制计划。美国陆海空三军都分别研制和试验了适宜本军种需要的激光战术武器，但是激光器本身都统一采用了化学激光器。
　　美国空军此方面成果尤其夺目，按照战略战术激光器并举的方针，主要将研制重点放在空基战略反导激光器和机载战术激光器上。空基战略反导激光器又称机载激光武器[ABL]，是美国开发的一种高能激光武器系统，利用安装在由波音747-400F飞机改装而成的YAL-1A机头转塔上的兆瓦级激光器，摧毁来袭的处于助推阶段的弹道导弹。ABL采用高能氧碘化学激光器，激光器的燃料由过氧化氢和过氧化钾组成，然后与氯气和水结合。2009年8月，空基激光反导系统成功模拟拦截了一枚带有试验用传感器的靶弹，具有里程碑意义。ABL激光反导系统主要用于战略防御，而美国空军另外一个激光武器研制项目先进战术激光系统(ATL)则是完全的激光进攻武器。ATL飞机是波音公司设计的，以C-130H“大力士”运输机为机体，装备了化学激光器、光束控制系统、传感器和武器系统控制台，激光旋转炮台从机腹伸出，能发出宽度约10厘米的激光波束，并在15公里的战术距离内命中地面目标。
　　由于重视基础研究且有长远规划，美国的化学激光器研究逐渐成熟，大多数系统都已经进行了实验，某些系统已经即将投入实际工程应用。但是根据此次美国舰载战术激光器的实验情况来看，美国正打算将研究重点转向固体激光器。
　　
　　美国为何转而研制固体激光器
　　
　　激光器产生激光的关键在于激发反应物质的离子，使其电子跃迁到高能级，这个过程被称为“受激”。受激后离子的电子会返回本身的低能级，这个过程就会发射激光。化学激光器主要是靠化学反应来使工作物质受激，这就产生了一连串问题。
　　化学激光器本身工作必须消耗“燃料”，也就是受激的工作物质，而这些工作物质不是在战场上容易获得并且易于运输或者保存的，都是封装于高压罐中的有毒气体，而且不同的化学激光器需要不同的工作物质。偏偏化学激光器本身对于燃料的消耗又比较巨大，比如美国陆军的“鹦鹉螺”反火箭激光器实验拦截俄式火箭弹，自身携带的燃料只够50次射击，ABL携带的燃料只能发射20-40次就必须重新补给。因而化学激光武器的燃料运输、保存和补给加重了后勤负担。人们希望用于武器的激光器本身可以重复使用并且其能源或者原料容易取得，而固体激光器本身可重复使用而且不需要任何燃料，只需要一种战场上很容易取得的能源――电能。也就是说，只要你有一台功率足够的发电机，固体激光器就可以不间歇地进行反导或者反卫星任务，这个持续作战能力确实相当诱人。尤其是执行战术反导的激光器一旦因为燃料不足中断，就意味着自己的士兵完全暴露在敌方导弹和火箭弹的火力之下，更强调持续力。
　　另外，化学激光器的化学反应是有废物和废热产生的。空基和海基激光器废物处理相对麻烦，尤其是空基平台就算是有足够的燃料用于发射激光，但是如果废物处理系统已经饱和，就会丧失独立作战能力。海基平台由于军舰空间较大，废物问题并不明显。陆基平台虽然可以将废物经过封装后丢弃，但是依然需要后勤把废物运输至指定地点彻底处理。空基和海基平台由于空间较大，可以采用液体循环冷却等方式对激光发射器的废热进行及时冷却。但是对于陆基平台而言，液冷或者复杂气冷系统就过于奢侈了。冷却系统复杂的管路会彻底让陆基平台丧失机动性，这也是目前陆军战术反导激光器需要六辆车辆才能拼装成整个系统的原因之一。而处理不当的废热则会造成自身红外特性明显，战场上生存概率降低。
　　固体激光器则没有上述麻烦，与化学激光器最大的区别在于工作物质。固体激光器的工作物质是把能产生受激发射作用的金属离子掺入晶体而制成的用电为能源的激发光源照射工作物质，工作物质中的金属离子因此受激而释放激光。如果系统能够承受发射激光的功率，只要电源供电，激光器就可以持续发射，并且工作物质可以重复使用，不需要燃料，没有废物产生，基本避免了化学激光器的先天弊病。不过在深知固体激光器优点的情况下，美国一直进行化学激光器研究，主要因为固体激光器功率提升较难，目前其发射激光功率可以满足战术反导的需要，但是无法满足战略反导和反卫星的需要。
　　经过在化学激光器研究方面几十年的磨练，美国对于激光产生机理和激光波束质量控制等方面的认识逐渐成熟。美国防部高能激光联合技术办公室集中了各军种和一些军事机构的人力和财力，于2002年9月开始实施“联合高功率固体激光器”(JHP固体激光器)计划。当时的计划是在2007年(后来推迟到2008年)演示验证平均功率100千瓦的固体激光器对10公里射程内的目标造成硬破坏，最终目标是要发展一种具有高束质量的小型、轻量、高平均功率、高脉冲能量的固体激光器，用于执行地面短程防空和反导、军舰自卫(反巡航导弹)和机载平台的精确打击任务。
　　JHP固体激光器计划分三个阶段。第一阶段14个月由海军管理，将探索如何同时获得高功率和高束质激光而降低技术风险，通过开展模拟、分析设计等一系列工作，探寻降低风险的途径和技术，为建立大功率运行机制打下扎实的技术基础。第二阶段12个月(后延长了12个月)由空军管理，将利用这些技术研制平均输出功率25千瓦的固体激光器，而且探索放大到100千瓦。第三阶段36个月(初始计划到2008年)由陆军管理，目标是将25千瓦固体激光器定标放大到100千瓦，并能最终集成进作战平台。
　　在2005年，第一和第二阶段的工作已经结束，4种不同的技术和方案经过激烈竞争，最终诺格公司和达信公司胜出，分别获得5670万和1000万美元合同，从2006年开始研制100千瓦激光器，期限3年。而最近试验的舰载反导固体激光器的研制厂商雷神公司并没有赢得竞争。现在达信公司和诺格公司都处于整个计划的第三阶段。雷神公司退出这个计划后，则与海军共同开发舰载战术反导激光器并取得阶段性成功。
　　
　　美国研制激光武器的重要影响与启示 　　
　　从武器杀伤理论的层面来说，激光武器是现在惟一能够做到直接能量杀伤的武器系统。冷兵器时代到热兵器时代，虽然武器有质的飞跃，但是依然没有摆脱需要能量中介进行杀伤能量传递的杀伤模式。比如，刀剑需要将人力转化为机械能，再通过武器的动能作用于目标以实现杀伤，而热兵器时代的枪炮也是将火药的化学能转化为动能，通过具有动能的弹头来实现杀伤能量的传递。而激光武器则是直接发射杀伤能量(光能)作用于目标，减少了能量转换的环节，意味着整体系统效率的提升，因为每个转化环节都有能量的浪费。激光在大气中传播，其衰减基本源于大气的吸收和空气分子的反射折射，这与枪弹面对的超音速飞行的巨大的空气阻力相比，是相当小的能量损失代价。虽然目前激光器本身将化学能或者电能转化为光能的效率还有待提高，但是目前的实验已经表明激光是一种高效直接的武器系统，必将开创一个革命性的战争态势。
　　从战略武器运用角度来说，激光反导反卫星武器完全不存在导弹反导反卫星武器运用上的复杂性，其主要研制难度在于产生高质量高能量密度的激光，本身武器的运用则很简单，瞄准直接照射即可，如果有误差，实时就可以修正。而导弹反导反卫星武器地面只需要发射机构，但是运载弹头(或者说是杀伤能量)的导弹就复杂得多，需要复杂精密的制导系统、高性能火箭发动机和完善的航天测控网络，而且一旦脱靶，除了再打一枚之外别无他法，哪有激光武器发现射偏可以立刻修正的从容?可以说激光战略武器一旦解决激光的功率密度和光束质量问题，就再没有限制其发展的关键性技术问题。ABL空射反导激光器发射一次激光脉冲仅需要1000美元左右的成本，相比于上千万美元一枚的反导反卫星导弹，可谓是“多快好省”。
　　从战术武器运用角度来说，激光武器赋予地面或者海上作战部队进行高效反战术导弹的能力。由于火箭弹、反舰导弹飞行目标小，速度快，高度低，常规末端反导系统的反应时间严重受限，对于无制导系统的火箭弹还可以有效应付，但是对于可进行规避机动的先进反舰导弹就有些力不从心了。激光战术反导武器完全不存在类似问题，只要系统发现目标，哪怕是还未精确瞄准都可以先发射再说，然后再进行实时修正，并且由于激光是光速传输，完全不用估算提前量瞄准，整个反导火控系统复杂程度都可以大大降低。而且固体激光器在电能充足的情况下，有理论上无限的持续作战能力，可以大大提高整个舰队对抗反舰导弹饱和攻击的能力。在目前反舰导弹对于激光武器尚无有效反制措施的条件下，成建制使用战术反导激光器可以达到战略级别的作战效果。根据此次试验击落四架无人机靶机的情况来看，美国已经从测试激光器功率和光束质量的基础实验进步到了测试反导激光器战术性能的新阶段。预计2016年左右，这种系统可以完全满足实战要求。
　　为了应对美国在战术反导激光器方面的阶段性进展，中国适时进行自己的固体激光器研究实属必然。美国进行重大科学项目研究的经验非常值得我国吸取。第一是资金向基础研究倾斜。虽然基础科学研究离最终武器战斗力实现差距很远，但这是全面掌握武器基本原理和进行项目论证的理论基础，不能因为暂时看不到成功的价值就荒废。第二是为整个项目制定一个长远规划。美国自从1969年就开始激光武器研究，一直到今年战术激光器才达到接近实用的水平，没有长时间的坚持和科学的规划，这种庞大复杂的科研工程是不可能从构想走到实用的。第三是在整个科研计划中，从基础研究到最终试验，每个阶段都分割成不同的项目让不同军种和单位分别研制和竞争。这样既可以打好相关研究的底子，也避免了把鸡蛋放在同一个篮子里，同时也兼顾了各方面的利益。第四是关键性科研项目一定要有一个权威级别的机构统筹和组织，比如美国防部高能激光联合技术办公室。我国也可以考虑建立国家级激光重点实验室来统领和引导整个科研体系进行激光技术研究。
　　面对美国激光器的挑战，应该进行激光武器系统性对抗。目前导弹对抗激光照射的措施主要是采用快速蒸发涂料，在受到激光照射时快速蒸发，吸收激光带来的高功率热能，防止激光的能量传递到导弹结构部件上或者减轻对导弹损伤的程度。以上只是一个简单方法，类似系统对抗手段需大力研究。另外，面对美国转向固体激光器研制的趋势，我国可以适时跳过化学激光器研制阶段，实现跨越式发展。