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（一）

定向能武器

概述与分类

概述

在人类的发展历史上伴随着无数大大小小的战争，而武器的先进度直接决定战争的成败，无论多么先进的武器都会随着科技的发展而离去，同样战场的变化也会催生新的武器，并赋予他们大展拳脚的机会。

定向能武器，又叫“束能武器”，是利用各种束能产生的强大杀伤力的武器。

其特点是：

• 首先束能传播速度可接近光速，这种武器系统，一旦发射即可命中，无需等待时间；

• 其次能量集中而且高，如高能激光束的输出功率可达到几百至几千千瓦，击中目标后使其破坏、烧毁或熔化；

• 另外由于发射的是激光束或粒子束，它们被聚集得非常细，来得又很突然，所以对方难以发现射束来自何处，对方来不及进行机动、回避或对抗。

本文系统的介绍了定向能武器。全文共分四部分：

• 第一部分为概述；

• 第二部分介绍了定向能武器的分类及各自的特点，包括了激光武器、粒子束武器和微波武器；

• 第三和第四部分对定向能武器中最受关注的激光武器进行了重点的介绍，其中第三部分介绍了现有激光器的种类及工作原理，包括了气体激光器、固体激光器、半导体激光器、自由电子激光器、光纤激光器和液体激光器等；

• 第四部分详细介绍了激光武器，包括了激光武器的概念、装备现状、优缺点和未来发展方向等方面的内容。

定向能武器的分类

定向能武器，依其被发射能量的载体不同，可以分为激光武器、粒子束武器、微波武器。

（一）激光武器

激光武器是利用高亮度强激光束携带的巨大能量摧毁或杀伤敌方飞机、导弹、卫星和人员等目标的武器。激光武器具有速度快、精度高、拦截距离远、火力转移迅速、不受外界电磁波干扰、持续战斗力强等优点。美、俄、英、德、法、以色列等许多西方国家都在积极发展强激光武器。激光武器经过三十多年的研究，已经日趋成熟并将在今后战场上发挥越来越重要的作用。

（二）粒子束武器

粒子束武器是用高能强流加速器将粒子源产生的电子、质子和离子加速到接近光束，并用磁场把它聚集成密集的束流，直接或去掉电荷后射向目标，靠束流的动能或其它效应使目标失效。除了粒子加速器外，粒子束武器还包括能源、目标识别与跟踪、粒子束瞄准定位和指挥与控制等系统。其中粒子加速器是粒子束武器系统的核心，用于产生高能粒子束。为了对付加固目标，要把被加速粒子的能量提高到100MeV，甚至要提高到200MeV，并要求能源在600S内连续提供100MW的功率，最大流强10KA，脉冲宽高70ns。平均每秒产生5个脉冲。粒子束武器对目标的破坏能力比激光武器更强。

• 其主要特点是：穿透力强、能量集中，脉冲发射率高，能快速改变发射方向。

• 根据其使用特点，粒子束武器分为两大类：一类是在大气中使用的带电粒子束武器，它可以实施直接击穿目标的“硬”杀伤，也可以实施局部失效的装备发展“软”杀伤；另一类是在外层空间使用的中性粒子束武器，主要用于拦截助推段导弹，也可以拦截中段或再入段目标。目前对前一类粒子束武器的研究只局限于作为点防御的近程武器系统范围内，进入实战应用，预计要到21世纪二、三十年代。

• 粒子束武器的主要缺点是：其一是带电粒子在大气层内传输能量损失较大；其二是由于束流扩散，使得在空气中使用的粒子束，只能打击近距离目标；其三是地磁场影响而使束流弯曲。因此，这种武器距离实战应用还需相当长时间。目前发达国家主要进行基础研究，并且立足于空间防御系统，可否作为战术武器应用，目前还难以预测。

（三）微波武器

微波武器是一种采用强微波发射机、高增益天线以及其它配套设备，使发射出来的强大的微波束会聚在窄波束内，以强大的能量杀伤、破坏目标的定向能武器，其辐射的微波波束能量，要比雷达大几个数量级。

• 微波武器可用于杀伤人员，就其杀伤机理而言，有“非热效应”与“热效应”两种。“非热效应”是利用3～13毫瓦／厘米²的弱波能量照射人体，以引起人员烦躁、头痛、神经紊乱、记忆力衰退等。这种效应如果用到战场上时，可使各种武器系统的操作人员产生上述心理变态，导致武器系统的操作失灵。而“热效应”则是利用强微波辐射照射人体，能量密度为20瓦／厘米²，照射时间为1～2秒，通过瞬时产生的高温高热，造成人员的死亡。微波束另一个特点是，它可以穿过缝隙、玻璃或纤维进入坦克装甲车辆内部，烧伤车辆内的乘员。

微波武器还可以使现代化武器系统中的电子设备及元器件失效或损坏。例如，用0.01～1微瓦／厘米²的弱微波能量，就可以干扰相应频段的雷达和通信设备的正常工作。10～100瓦／厘米²的强微波辐射形成的瞬变电磁场，可使金属目标表面产生的感应电流与电荷，通过天线、导线和各种开口或缝隙，进入坦克装甲车辆、导弹、飞机、卫星等武器内部，破坏各种敏感元件如传感器、电子元器件等，使武器系统失去其效能。微波武器的能量达到1000～10000瓦／厘米²的超强微波能量，可在很短时间内使目标因受高热而导致破坏，甚至能够引爆武器中的炸药等，使武器被毁坏。

• 微波武器与激光束、粒子束武器相比作用距离更远，受天气影响更小，从而使对方相应对抗措施更加复杂化。战术微波武器，例如车载战术性的微波武器的研究进展较快，可望在下世纪初装备部队。此外，目前美国已研制能在微波波段产生千兆瓦脉冲功率的实验型微波发射管，并希望最终脉冲功率达到100千兆瓦。

微波武器目前存在的问题：

• 一是对有核防护设施的目标无效。许多国家的军用电子系统装有防原子破坏设备，并开始制定了有关军用电子设计标准。这些设备对微波武器也有同样的防范作用，其原因是金属板可保护电子设备不受微波热效应的影响；

• 二是使用中对友邻部队可能构成威胁。为了发挥微波武器的作用，其功率必须很大，这样就可能对在一定范围内的友邻部队的电子系统构成巨大威胁。为防止这一点，就必须采用高度定向的天线或利用地面屏蔽物；

• 三是微波武器可能遭受反辐射导弹(ARM)的攻击。ARM是一种寻的无线电和雷达信号的导弹。不言而喻，由于微波武器能发射出功率很大的电磁波，因此，ARM被看作是微波武器的天敌，但对这一问题，国际上有学者持不同看法。其理由是，一是认为微波武器功率很高，因此可能事先引爆来犯导弹；二是微波武器可能会影响ARM制导系统中的微电子线路，从而破坏ARM对其的跟踪而偏离航向。

（二）

定向能武器

激光器的种类及工作原理

激光器的发明是20世纪科学技术的一项重大成就。它的出现标志着人们具有了驾驭尺度极小、数量极大、运动混乱的分子和原子发光过程的能力，激光科学技术的兴起使人类对光的认识和利用达到了一个崭新的水平。

1916年爱因斯坦提出的受激辐射概念为激光奠定了理论基础。这一理论指出，处于高能态的物质粒子受到一个能量等于两个能级之间能量差的光子的作用，将转变到低能态，并产生第二个光子，两个光子同时发射出来且发射方向、频率、位相、偏振完全相同。

此后随着量子力学的建立和发展使人们对物质的微观结构及运动规律有了更深入的认识，微观粒子的能级分布、跃迁和光子辐射等问题也得到了更有力的证明，这也在客观上更加完善了爱因斯坦的受激辐射理论，为激光器的产生进一步奠定了理论基础。

1960年，美国物理学家西奥多·梅曼在佛罗里达州迈阿密的研究实验室里，用一个高强闪光灯管来刺激在红宝石水晶里的铬原子，从而产生一条相当集中且纤细的红色光柱，当它射向某一点时，可使这一点达到比太阳还高的温度。从此标志着激光器的诞生，在随后的几十年中，各类激光器相继问世，目前按激光生成方法可以分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器、自由电子激光器、光纤激光器和液体激光器等

（一）气体激光器

气体激光器是利用气体或蒸气作为工作物质产生激光的器件。它由放电管内的激活气体、一对反射镜构成的谐振腔和激励源等三个主要部分组成。主要激励方式有电激励、气动激励、光激励和化学激励等。其中电激励方式最常用。在适当放电条件下，利用电子碰撞激发和能量转移激发等，气体粒子有选择性地被激发到某高能级上，从而形成与某低能级间的粒子数反转，产生受激发射跃迁。

化学激光器是一类特殊的气体激光器，其特点是泵浦源为化学反应所释放的能量而非电能。这类激光器大部分以分子跃迁方式工作，典型波长范围为近红外到中红外谱区。最主要的有氟化氢（HF）和氟化氘（DF）两种装置。前者可以在2.6～3.3微米之间输出15条以上的谱线；后者则约有25条谱线处于3.5～4.2微米之间。这两种器件目前均可实现数兆瓦的输出。其它化学分子激光器包括波长为4.0～4.7微米的溴化氢（HBr）激光器，波长4.9～5.8微米的一氧化碳（CO）激光器等。迄今唯一已知的利用电子跃迁的化学激光器是氧碘激光器，它具有高达40%的能量转换效率，而其1.3微米的输出波长则很容易在大气中或光纤中传输。氧碘激光器在体积、功率、重量和可靠性上形成了一个平衡。但是化学激光器共有的缺点就是需要耗用大量的化学燃料，这使其体积庞大，且激光器排放的尾气对环境会造成污染甚至伤及自身。

（二）固体激光器

固体激光器的工作物质为固体激光材料，一般采用光学透明的晶体或者玻璃作为基质材料，掺入激活离子或者其他激活物质等构成。其中，对于玻璃激光工作物质，容易制成均匀的大尺寸材料，用于高能量或高峰值功率激光器。但荧光谱线较宽，热效能较差，不适合高平均功率下工作。而晶体激光物质具有良好的热性能和机械性能，且有窄的荧光谱线，但缺点是不易生长出大尺寸材料的晶体。

美国诺斯罗普•格鲁曼公司在2009年1月实现了固体激光器105千瓦的输出，该激光器由7个15千瓦的FireStrike激光模块组成。100千瓦功率一向被视为武器级高能激光的门槛，这预示着固体激光器距离实际的激光武器又近了一步。

 图1 诺斯罗普•格鲁曼公司研制的高能固体激光器

根据诺斯罗普•格鲁曼公司的资料说明，FireStrike激光模块性能相当不错，输出功率15千瓦光束质量达1.5倍衍射极限，从开机到全功率输出只需要0.5秒，其激光输出时间只受到输入能量和冷却系统的限制。在体积和重量上，宽深高分别为13/30/9英寸(33/76.2/22.9厘米)，单个模块重量400磅（181千克）。这样的体积、重量和性能已经具备实战能力。

固体激光器的迅猛发展，为战术激光武器的发展提供了新的方向。相比化学激光器、自由电子激光器，固体激光器价格便宜且体积和重量上得到了更好的控制，便于小型化、模块化和通用化，从而提高了激光武器的机动性和可靠性。但由于固体激光武器光源的发射光谱中只有一部分为工作物质所吸收，再加上其它的损耗，因此目前固体激光器电光转换效率一般不超过20%，当需要获得高能激光输出时，其供电和散热都难以解决。

（三）半导体激光器

半导体激光器的工作原理是通过一定的激励方式，在半导体物质的能带（导带与价带）之间，或者半导体物质的能带与杂质（受主或施主）能级之间，实现非平衡载流子的粒子数反转，当处于粒子数反转状态的大量电子与空穴复合时，便产生受激发射作用。半导体激光器的激励方式主要有三种，即电注入式，光泵式和高能电子束激励式。电注入式半导体激光器，一般是由砷化镓（GaAs）、硫化镉（CdS）、磷化铟(InP)、硫化锌(ZnS)等材料制成的半导体面结型二极管，沿正向偏压注入电流进行激励，在结平面区域产生受激发射。光泵式半导体激光器，一般用N型或P型半导体单晶（如GaAS，InAs，InSb等）做工作物质，以其他激光器发出的激光作光泵激励.高能电子束激励式半导体激光器，一般也是用N型或者P型半导体单晶(如PbS，CdS，ZhO等)做工作物质，通过由外部注入高能电子束进行激励。在半导体激光器件中，性能较好，应用较广的是具有双异质结构的电注入式GaAs二极管激光器。

半导体二极管激光器是应用最为广泛的一类激光器。它体积小、寿命长，在激光测距、激光雷达、激光通信、激光模拟武器、激光警戒、激光制导跟踪、引燃引爆、自动控制、检测仪器等方面获得了广泛的应用，形成了广阔的市场。

（四）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。

 图2 自由电子激光器工作原理的示意图

自由电子激光器在短波长、大功率、高效率和波长可调节这四个主攻方向上，为激光学科的研究开辟了一条新途径，它可望用于对凝聚态物理学、材料特征、激光武器、激光反导弹、雷达、激光聚变、等离子体诊断、表面特性、非线性以及瞬态现象的研究，在通讯、激光推进器、光谱学、激光分子化学、光化学、同位素分离、遥感等领域，其应用的前景也很可观。

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Quentin Saulter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DDG-1000等下一代驱逐舰以及CVN—21等级的航空母舰上。

相比其它类型的激光器，自由电子激光器最大的优势是其波长可调谐的特性。自由电子激光器提供的强光束，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，因而它的光束不受大气干扰，使它成为舰船防御的理想激光器类型。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。传统的化学激光器的波长对于沿海的环境并不是最佳的，至少60%发射功率在攻击过程中被大气散射。尽管自由电子激光器同时还具有高效率，高功率，激光质量好等优点。但是由于其体积巨大，高功率反射镜制作困难，且需要大功率供电系统，目前仍得不到广泛应用。

（五）光纤激光器

光纤激光器采用的增益介质为光纤的形式，和传统的固体、气体激光器一样，光纤激光器也是由泵浦源、增益介质、谐振腔三个基本要素组成。泵浦源一般采用高功率半导体激光器，增益介质为稀土掺杂光纤或普通非线性光纤，谐振腔可以由光纤光栅等光学反馈元件构成各种直线型谐振腔，也可以用耦合器构成各种环形谐振腔。泵浦光经适当的光学系统耦合进入增益光纤，增益光纤在吸收泵浦光后形成粒子数反转或非线性增益并产生自发发射。所产生的自发发射光经受激放大和谐振腔的选模作用后，最终形成稳定激光输出。

光纤激光器无论在光束质量、工作效率、结构体积和系统维护等方面均优于同等功率水平的其他激光器。其优势可以概括为以下三方面：

（1）转换效率高：光纤激光器独特的波导式结构设计，减少了不必要的能量损失，因而可以获得很高的电光转换效率。目前光纤激光器的效率一般为50%。

（2）体积紧凑散热性好：光纤具有良好的柔性，使得光纤激光器结构紧凑、易于集成。光纤材料表面积与活性介质体积比高，具有良好的散热特性，不需要庞大的制冷系统，降低了激光器的成本，并且给光纤激光器的应用带来方便。

（3）环境适应能力好：光纤激光器对灰尘、震荡、冲击、湿度等具有很高的容忍度，耐高温耐腐蚀，不受外界电磁干扰，可以在相对恶劣的环境中工作，特别适合应用于军事领域。

目前光纤激光器在激光测距、激光目标指示器、激光制导、光电对抗、激光有源干扰，激光雷达等方面都有广泛应用。

（六）液体激光器

液体激光器也称染料激光器，因为这类激光器的激活物质是某些有机染料溶解在乙醇、甲醇或水等液体中形成的溶液。为了激发它们发射出激光，一般采用高速闪光灯作激光源，或者由其他激光器发出很短的光脉冲。液体激光器发出的激光对于光谱分析、激光化学和其他科学研究，具有重要的意义。

（三）

定向能武器

激光武器概念 与 装备现状

天基激光武器 与 空基激光武器

激光武器的概念

激光武器主要指高功率强激光武器，它是一种利用激光束摧毁飞机、导弹、卫星等目标或使其失效的定向武器，本质上是一种利用高能光束进行攻击的新概念武器。由于它发射的高亮度激光束照射到目标上产生的高温，会很快对照射部位造成永久性损伤，而且激光束从发射到击中目标所用的时间少到可以忽略，几乎“瞄准即摧毁”，特别适合对付高速目标，因此美国最著名的战略激光武器就是针对速度奇快的洲际导弹。

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，靶材表面吸收激光能量后，原子被电离，形成等离子体。向外膨胀喷射形成应力波向深处传播。应力波的反射造成靶材被拉断，形成“层裂”破坏，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。

按照激光武器的用途还可分为战术型和战略型两类。

• 战术激光武器是利用激光作为能量，是像常规武器那样直接杀伤敌方人员、击毁坦克、飞机等，打击距离一般可达20公里。这种武器的主要代表有激光枪和激光炮，它们能够发出很强的激光束来打击敌人。当激光能量不高时，主要使敌方人员致盲和使某些光电测量仪器的光敏元件受到破坏甚至失效。1982年英阿马岛战争中，英国在航空母舰和各类护卫舰上就安装有激光致盲武器，曾使阿根廷的多架飞机失控、坠毁或误入英军的射击火网。战术激光武器的不但能造成飞机失控、机毁人亡，或使炮手丧失战斗能力，而且由于参战士兵不知对方激光武器会在何时何地出现，常常受到沉重的心理压力。因此，激光武器又具有常规武器所不具备的威慑作用。

• 战略激光武器可攻击数千公里之外的洲际导弹；可攻击太空中的侦察卫星和通信卫星等。例如，1975年11月，美国的两颗监视导弹发射井的侦察卫星在飞抵西伯利亚上空时，被前苏联的“反卫星”陆基激光武器击中，并变成“瞎子”。因此，高能激光武器是夺取宇宙空间优势的理想武器之一，也是军事大国不惜耗费巨资进行激烈争夺的根本原因。

激光武器装备现状

高能激光武器是新一代利用高能量密度光束替代常规子弹的新概念武器，是武器装备发展历程中继冷兵器、火器和核武器等之后又一个重要的里程碑。随着美国各军种高能激光武器计划的不断深入，目前已经初步形成天基、空基、陆基、海基为平台的多种类型激光武器。

1. 天基激光武器

高能激光武器是新一代利用高能量密度光束替代常规子弹的新概念武器，是武器装备发展历程中继冷兵器、火器和核武器等之后又一个重要的里程碑。随着美国各军种高能激光武器计划的不断深入，目前已经初步形成天基、空基、陆基、海基为平台的多种类型激光武器。

天基激光武器的主要目的是应对助推段的洲际弹道导弹所造成的威胁，它还可以用于防御巡航导弹和远程战略轰炸机。在冷战期间美国的“星球大战”计划中，部署在太空的激光炮就是拦截苏联洲际导弹最重要的部分。五角大楼认为，太空激光武器能在数百到几千公里的距离上摧毁空中和太空中的任何目标，而且太空中没有地形阻拦，也没有空气扰动影响，因此是对付洲际导弹最好的手段。按照设计，整个系统由20颗搭载激光炮的卫星和10个轨道镜组成，每颗卫星攻击范围能覆盖地球表面积的1/10。

尽管“星球大战”计划随着冷战结束被取消，但美国每年仍向高功率激光武器项目投资数亿美元。1994年美国曾提出雄心勃勃的计划，要用12个“阿尔法”化学激光武器平台覆盖全球，并在2003年部署空基激光作战星座。但由于体积过大等限制以及国际环境的变化，美国最终放弃该计划。

IFX是美国天基激光武器发展计划，是美国防部科研局与美国空军共同勾画的21世纪用激光武器进行太空作战的美好蓝图。美军预定在2013年进行进行IFX，计划使用“德尔它IV”运载火箭，将一颗载有兆瓦级阿尔法氟化氢化学激光器发射到400-480km高空，按照构想，承载天基激光武器的卫星将在1300km高空的轨道上运行，激光武器的有效杀伤距离达4000-5000km，可摧毁9-11km高空的弹道导弹，其部署计划为：首先在空间部署一个由12颗卫星或更少的卫星构成的小星座，可对中东、北非和东北亚等战区提供连续的战区覆盖，对付第三世界国家的攻击。但此时还不足以对付俄罗斯火箭部队的威胁，只能摧毁其偶然发射的导弹，不能摧毁潜射导弹；进而建立一个由18颗卫星构成的星座，可对重要战区提供更全面的覆盖，并可以作为美国国家导弹防御（NMD）系统的一部分；最后构建由24颗卫星构成的星座，从而实现连续的全球覆盖。

图3 天基激光武器设想图

目前，美国防部认为，太空激光武器是用来摧毁洲际导弹、助推阶段的战役-战术导弹最有效的武器，并且能在百到几千公里的距离上摧毁空中和太空中的任何其它目标。美国科研局在导弹防御计划中关于这个问题主要从事两个方面的工作：研制高能化学激光和研制识别目标、跟踪目标系统、目标制导系统以及火控系统等。

太空激光武器还存在许多尚未解决的难题，包括：怎样把大型的激光装置送入轨道，主要原因就是发光装置主镜的直径过大，解决的主要办法是研制能在运载火箭的货舱内放得下的折叠式主镜，并且在太空激光武器进入预定轨道后能自动打开。还有一个问题就是，怎样向轨道上的太空激光武器补充化学介质，在将来激光武器使用的都是化学激光，没有介质就不能发生化学反应，也就不能产生激光。美国科研局和美国空军，在太空激光武器的下一阶段的主要任务是集中精力攻克上述难题。

2006年10月6日，美国空军实验室定向能处在新墨西哥州柯特兰空军基地实施了世界上首次采用再生燃料进行激光发射。这种激光器主要燃料是碱性过氧化氢和氯，这些燃料是可再生的。试验装置发射的高能激光达到几千瓦级。这项试验是在空军实验室定向能处的戴维斯先进激光设施上进行的，在那里，再生燃料是在小型电化学反应器中生成的，这些反应器是专门设计用来收集激光运行产生的废料并将其转化为新鲜燃料。

空军该计划的项目官员、研究化学家 Jason A.Marshall说：这种燃料再生过程可无限期地持续进行，从而为空军和其他军种的燃料激光武器提供了一个适用的途径，技术不复杂，也不需定期为战场提供新燃料的费用。

美国诺格公司2006年10月25日宣布，公司正在制造小型高能固态激光器Vesta，可用于多种军事任务，可能的应用包括：固定地点关键资产、地面机动部队、舰船和飞机的保护，以及有人机和无人机精确打击。Vesta的关键特征是卓越的光束质量、高能、以及较长的运行时间，所有优点可集中于一个小型激光器设备中，与此前系统相比，可极大减小设备尺寸和重量，预计能够大大缩短激光器从实验室到战场的周期。

Vesta激光武器的技术优势有：

（a）光束质量为1.3。光束质量指激光束能够被聚焦到什么程度，最终确定多少光束能够被投射到目标上。Vesta把卓越的光束质量和大功率结合在一起，因此投射在目标上的能量级是前所未有的。焊接用标准工业激光器的光束质量超过 2，武器系统使用的激光器光束质量一般为1.5-2。光束质量小于1.5的高能激光器被认为是极优秀的。

（b）持续运行时的功率为 15KW。

（c）演示时连续运行20分钟，功率和光束质量无衰减，设计在此功率水平和光束质量水平无限期运行。

2. 空基激光武器

机载中程激光武器（ABL）是美国空军曾经大力发展的硬杀伤激光武器，在空军优先装备发展清单上仅排在F-22空中优势战斗机之后。由美国军火巨头波音公司、洛克希德马丁公司和诺斯罗普格鲁门三家公司联合研制的ABL机载激光武器是一种装载在波音747客机上的45吨重的激光炮，它能发射数兆瓦的高强度激光束，射程远达400公里。ABL的载机在接近战区前沿的空域飞行，用红外搜索与跟踪装备监视敌方战区弹道导弹的发射。当导弹处于助推段并上升到云层之上时，ABL将把激光束聚焦在导弹助推器的蒙皮上，引起导弹爆炸。

图4 机载中程激光武器（ABL）结构图

2010年2月11日，美军研制的机载激光反导系统日前在太平洋上空进了两次测试，其当天击落的“靶弹”相当于前苏联生产的“飞毛腿”导弹大小。美军飞机发射的激光束可拦截速度达每小时6400公里的各类导弹。五角大楼透露，在被高能激光束照射了数秒后，目标导弹即因“过热”而解体。据推测，美军机载反导系统的“有效杀伤距离”在160公里以上。当第一次导弹拦截成功后，载有激光发射器的波音747飞机马不停蹄地飞往另一战区，成功拦截了第二枚来袭导弹。在本次试验中，美军发射的“靶弹”都从靠近美国本土的海上平台起飞。此后数秒，美军机载反导系统就捕获到了目标的轨迹，并且使用一个低能激光束来对其进行跟踪。在确定了目标的速度和大气折射度后，主激光武器开始照射“靶弹”，最终利用超高温将其彻底摧毁。

图5 机载中程激光武器（ABL）

2011年年底美国国防部决定终止ABL机载激光器研发项目。在此之前，该项目研发时间已经接近16年，总耗资超过50亿美元，并且进行了数次弹道导弹拦截试验。根据美国国防部长盖茨的说法，ABL系统还远未成熟，为了实现助推段和上升段拦截，需要的激光功率要比现有的ABL功率强20至30倍，同时部署ABL需要很高的费用。显然，ABL还远不能满足实战要求。尽管ABL项目已经被终止，但通过实施该项目，美国在激光器技术、能源制备和光束控制等领域均取得了很大进展，这为其新型机载激光器的发展打下了坚实基础。目前美国导弹防御局（MDA）已经开始寻求可由高空无人机携带的新一代机载激光器。

机载近程激光武器（ATL），填补了机载中程激光武器100km以下射程的空白，先进战术激光器ATL的发展非常平稳，有可能很快进入装备研制阶段。先进战术激光器的主要部件是一台千瓦级的COIL激光器（大功率红外化学激光器）安装在C-130H运输机上，该系统被设计成多个模块，以方便安装和拆卸，使其能够在各种平台上使用。

图6 机载近程激光武器（ATL）

ATL是美国国防部先进概念技术演示（ACTD）项目，由美国国防部特种作战司令部（S0C0M）资助，耗资2亿美元，波音公司为主要承包商。系统以V-22，CH-53或C-130等飞机为平台，主要用于防御巡航导弹，精确打击地面目标。任务重点是空地作战，在城市或郊区环境中开展军事或执法行动，可实施致命性或非致命性精确打击。波音公司2006年交付了ATL载机。2009年6月ATL首次在空中发射激光，同年9月ATL进行了首次空对地高能激光打击，摧毁了一辆无人车辆。根据气候条件和各地环境的不同，ATL的有效射程区别很大，最好时能超过30公里，而最差时有效射程不足8公里。

图7 机载近程激光武器（ATL）结构图

ATL系统安装的是高功率COIL激光器，总重约6吨，其输出功率为百千瓦级，激光作用距离为5-10千米，作战高度为0-1500米，可进行5-10次发射。作战过程中，激光器从飞机腹部的一个直径为127cm的小孔向地面发射直径为10cm的激光光束且能够控制对目标的破坏程度。

美军高能激光武器的发展经历了气体激光器、固体激光器目前已进入第三代光纤激光器，其光纤激光器的样机已于今年完成了光束质量及输出能量的测试。相对前两代激光器，光纤激光器具有更高的电光转换效率、更好的光束质量以及更小的体积和重量。该样机由单个75Kw光纤激光模块组成，可提供150Kw和300Kw的激光输出，通过集成的高能量密度的锂电池供电，并由集成的液冷系统制冷。其体积已经足够小到可以装载在复仇者无人机上。

图8 美军最新型的光纤激光器样机

2015年5月美空军发言人表示计划于2023年完成将具备能够拦截来袭导弹能力的新一代激光武器从地面移植到C-17s平台上，并于2021年完成首次空中测试。同时美空军还将进一步为激光武器的小型化而努力，以使其能够装到F-15、F-16及F-35等喷气式飞机上。

图9  C-17s平台

（四）

定向能武器

激光武器装备现状

陆基激光武器 与 海基激光武器

陆基激光武器

（1） 1K-17型激光坦克

1K-17型激光坦克是前苏联在冷战时期为对抗由美国主导的北约而研发的一种路基车载激光武器，后来由于苏联解体而未能真正服入现役，最终以冷战产物的身份在2010年俄罗斯“武器技术博物馆”的展览上亮相，引起轰动。

图10 1K-17型激光坦克

该炮具有自动寻的和瞄准功能，主要采用固体三氧化二铝为激光源，并引导多路激光束投射到光滑目标表面，能产生强烈的烧灼效应，摧毁敌方观瞄器材。制造一门1K17激光炮需要使用重达30公斤的圆柱形人造红宝石晶体，仅在这一点上，该武器就花费了大量资金。由于这种激光炮需要非常高的能量，所以设计师为其配备了大功率的发电机，作为其辅助动力装置（APU）使用。

为了承载沉重的激光炮系统，1K17采用了2S19自行火炮所用的316型底盘。为了安装体积巨大的发电机和光电设备，1K17的驾驶室得到加长，发电机安置在激光炮的尾部，原先安装炮管的位置安装激光发射器（共有15个激光发射透镜）。在激光炮行进过程中，这些透镜与平面镜都有专门的装甲防护，可以垂直瞄准射击。驾驶室中间位置是操作员的工作台位。为了自卫，这种激光炮的顶部安装了12.7毫米高射机枪。

1990年12月，1K17激光炮在乌拉尔运输车辆设计局组装完毕，第二年进入测试阶段，1992年列装。然而随着苏联解体，俄罗斯经济惨淡，大批国防项目被砍掉，1K-17也未能躲过。尽管技术先进，但过于高昂的造价还是让俄军难以接受。最终，这种超级武器被封存在高墙之内。

（2） 战术高能激光武器

战术高能激光武器 (THEL)由美国TRW公司研制，该激光器射程为7－10公里，目标捕获、跟踪、分类、识别、标示直至射击的全部交战过程仅用7秒。在射击前，指挥官有2秒的目视识别时间，并能在几毫秒内切断光束。这种激光武器由氟化氘化学激光器、雷达、激光束定向器、火控系统等组成，安装在几辆车上，可以在地面机动，氟化氘激光器功率为40万瓦，发射孔径0.7米，能对付10公里内的战术飞行目标。一旦发现目标，几秒钟内就可将其击毁。强激光武器的激光以光束传播，命中率极高，激光束质量近于零，几乎无后坐力，因而能迅速转移火力，在短时间内拦截多个目标。缺点是随着射程增大，激光束发散角增大，功率密度下降，毁伤效果降低，恶劣环境对其影响也很大。

美国陆军期望战术高能激光器能够攻击无人机、巡航导弹、反辐射导弹等目标，并准备扩大战术高能激光武器的应用。美国陆军准备在2003～2005年用这种武器系统取代“毒刺”防空导弹系统。以色列国防军计划在1998年中开始部署这种高能激光武器，对付来自黎巴嫩南部的122毫米多管火箭炮的攻击。

图11 战术高能激光武器 (THEL)

2003年美国陆军和以色列国防部日前决定选择发展诺斯罗普·格鲁曼公司设计的机动战术高能激光（MTHEL）打击概念，根据该概念研发的机动战术高能激光武器具备摧毁飞行中的短程火箭弹及炮弹的能力。MTHEL是一种小型的车载激光器，用于击落飞机，近程导弹，火箭弹等各种炮弹。2000年和2001年的靶试中，MTHEL击落后20多枚火箭弹，不过2005年MTHEL的发展被终止。

图12 机动战术高能激光（MTHEL）

（3） “宙斯-悍马”激光弹药销毁系统(HLONS)

“宙斯-悍马”激光弹药销毁系统(HLONS)将装甲增强型“悍马”车与固态激光系统紧密结合在一起，能够在距离未爆炸弹药或裸露地雷300米的安全距离上成功将其摧毁。

2002年12月，美陆军正式下令将"宙斯"系统部署到阿富汗，2003年3月18日，"宙斯"系统作为美国部署到战区的第一种高能激光武器系统开始在阿富汗执行任务。该系统在阿富汗巴格拉姆空军基地工作了6个月，在此期间成功销毁200多件UXO。有记录显示，该系统曾在不到100分钟的时间里销毁了51发炮弹。

 图13 “宙斯-悍马”激光弹药销毁系统(HLONS)

（4） 激光复仇者

波音公司的激光复仇者仅用激光就可以将天空中的遥控飞机击落，而且该武器还不是大功率设备。只需要微弱的1千瓦激光，它就可以对付无人机。波音公司在美国亚拉巴马州享茨维尔的红石试验场“激光复仇者”已经摧毁了50种不同种类的爆炸装置。

图14 激光复仇者系统

（5） 域反弹药防御系统

区域反弹药防御系统（ADAM）是美国陆军一款陆基激光反火箭系统。由洛克希德・马丁公司研制，该武器依靠电力来产生致命的杀伤效果，只需要有电力就能持续发射。

ADAM的核心是功率为10千瓦的激光发射器，瞬间发射的高能激光束可摧毁两公里外的目标，同时能在杂乱的光谱环境中精确跟踪五公里范围内的移动目标。ADAM主要靠高能激光束照射来袭目标表面，通过高温烧灼破坏目标结构。该系统可为重要地区提供防御，例如前方作战基地。区域防御目标对抗系统的10千瓦光纤激光器能够摧毁2千米以外的目标，可在杂乱的光学环境下精确跟踪目标，跟踪距离超过5千米。区域防御反弹药系统采用模块化设计，可单独用于拦截火箭弹或外接雷达攻击无人机。

图15 区域反弹药防御系统（ADAM）

从2012年8月开始，ADAM系统已在1.5公里范围内成功拦截飞行中的无人机目标，并在两公里距离上摧毁了4枚小口径火箭弹。

（6） 域反弹药防御系统

天空卫士激光器是一种先进的激光武器，由德国莱茵金属公司于2013年研制成功。它是一种具有突破性的激光武器，也是迄今（2013年1月）为止功率最大的激光武器之一。天空卫士激光器功率50千瓦，足以切割1公里外的钢梁，可使用雷达和光学系统探测并且追踪飞来的无人机。当俯冲的无人机以每秒50米的速度飞行，到达程序设定的开火区域时激光器就会打下飞机。

图16 天空卫士激光器

莱茵金属公司已经在各种气候条件下测试了这种激光系统，包括下雪、晴天和降雨天气。“天空卫士”激光武器能以全功率开火长达6个多小时。许多军事分析人士相信：这款激光武器未来或将成为影响战场胜负的一个关键因素。测试当天，在公司位于瑞士的野外靶场上，“天空卫士”被赋予了各种复杂的打击任务，从烧穿1000米外的15毫米厚的装甲钢板，到击落3000米外的几架俯冲攻击靶机，再到追踪和打击一个迫击炮弹大小的钢球，效果“出奇的好”。这家公司的业务主管特别介绍了拦截模拟迫击炮弹的细节，当时测试者用口径82毫米、飞行速度为每秒50米的钢球模拟迫击炮弹，从距离“天空卫士”约3000米远的空中掠过，但明察秋毫的“天空卫士”雷达火控系统立即捕捉到目标，随即指挥激光武器工作台向其追踪，激光器便轻松地锁定目标并发射定向能光束，钢球在空中被烧毁解体。虽然德国人不肯透露“天空卫士”的技术细节，但从已公开的试验视频和系统照片来看，它似乎没有采用现有激光武器常见的固体激光或化学激光产生原理，而采用了自由电子激光系统。整个系统仅用水和电，大大减少了后勤保障负担。与西方国家现役的传统火炮防空系统相比，自由电子激光系统具有发射精度高、拦截距离远、火力转移迅速、持续战斗力强等特点。

莱茵金属公司的代表透露，“天空卫士”发射的激光束可以轻松劈开一辆主战坦克的装甲板，“天空卫士”的雷达能迅速捕捉到无人机，在3000米外就能实施锁定与攻击，善于探测、追踪和打击袖珍目标。

 海基激光武器

（1） 激光武器系统(LAWS)项目

2007年，美国海军开始实施“激光武器系统”(LAWS)项目。该系统使用“光束耦合光纤激光器”，与传统的在一系列反射镜中穿梭的化学和固体激光器不同，光纤激光器的激光是在光纤中运行，不受光纤弯曲的影响，具有体积小、结构简单、高可靠性的突出优点。在系统试验中，雷神公司通过6套商用激光设备，将其合成为一束威力强大的高能激光，由“密集阵”防空系统的雷达做导引，通过安装在跟踪平台上的光束导向器将激光发射出去。

2010年5月，美国首次利用舰基LaWS系统击中了4架飞行中的无人机。2012年8月至9月，获得12次射击命中率100％的试验成果。下一测试阶段计划在2014年开始，届时激光器将安装到海上前沿补给舰“庞塞”号上。

图17 美国32千瓦的LaWS光纤激光武器海上打靶测试图

（2） 海上激光演示验证（MLD）项目

2008年，美国海军开始实施“海上激光演示验证”(MLD)项目，目的是验证舰载激光武器防御小艇攻击的能力。2011年4月6日，美国海军进行了MLD目的最终技术演示验证。在试验中，安装在“福斯特”号试验舰的MLD系统通过发射15kW激光束成功击毁一艘小型遥控靶舰。MLD系统采用了诺斯罗普·格鲁曼公司在美国国防部“联合高能固态激光器”(JHPSSL)项目下研制的固态激光器及其为“战术高能激光器”(THEL)研制的精确跟踪系统，技术较成熟。诺斯罗普·格鲁曼公司称，此次试验结果表明，实战型激光武器系统所需所有关键技术已足够成熟，可启动正式的武器系统研制项目。固态激光武器已做好上舰准备。未来改进型MLD舰载激光器功率可达100kW，因此将能应对更多类型的威胁。另外，MLD采用了模块化体系结构，更容易进行子系统升级。

（3） 自由电子激光器（FEL）项目

20世纪80年代，美国海军开始进行FEL的基础研究。进入21世纪以来，由于DDG-1000驱逐舰率采用的“集成能量系统”(IPS)预示着全电动船体结构将拥有光明的前景，高能传感器和武器可以充分利用舰船的装机功率，美国海军进一步加强了对FEL的研究。2009年4月，美国海军研究署分别授予波音公司和雷声公司一份价值692万美元、为期12个月的设计合同，用于支持100kW自由电子激光器装置的初步设计，并对可用于后续兆瓦级FEL激光武器系统的技术进行演示。2010年3月，波音公司完成了FE器系统的初始设计评审。2011年2月，美国洛斯·阿拉莫斯国家实验室向现有极限为320kW的加速器样机注入500kW的恒定电子束流，创造了新的世界纪录，标志着FEL向实现预期研制目标迈进了重要一步。

美国海军FEL项目的最终目标是研制出用于舰艇防御的兆瓦级自由电子激光武器。由于“该项目的风险太大”，美国海军FEL项目的2012财年预算申请被取消。不过，目前相关研究工作仍在继续。美国海军计划于2014年研制出FEL原型，2015年左右样机试验，2018年初在海上环境中测试自由电子激光，2020年实现FEL的完全武器化。

（4） 激光武器演示系统（DLWS）

“高能液态激光区域防御系统”(HELLADS)项目是一项长期技术开发计划，旨在发展紧凑型150kW激光武器系统，并将利用多种技术，解决高功率密度、转换效率、高效热管理等方面的关键技术问题。美国国防部高级研究计划局(DARPA)于2002财年启动由通用原子公司负责的HELLADS项目第一阶段研究。2011年初，DARPA宣布完成HELLADS激光单元模块样机的研制和演示验证。2011年6月21日，DARPA授予该公司价值3980万美元的HELLADS项目第四阶段合同，以研制一套完整的“激光武器演示系统”(DLWS)。

目前，通用原子公司正在开发第一台150kW的DLWS激光武器，计划于2014年用于美国空军的野外测试。第二台将与第一台完全相同，将用于演示150kW高能激光武器系统应对海上战术目标的能力，试验计划于2014年底前启动。

文章来源：《武器与装备研究选编》国际防务科技丛书（2015年第5期，总第15期）中国电子科学研究院管理研究中心编译/ 图片来自于原报告或互联网。

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