战术高能激光武器系统

V光磐电阜基 特集：激光武器发展动态ol 7 No ZOO0 ． j． ． ～ ㈨ ‘ 1 i特 集} ， 添 战术高能激光武器 曩。。，／7 ～ 1 一R 长春光学精 所 ，吉林 长春 ， 1 概述 现代战争中，军事目标及地缘政治资源 越来越受到导弹、炮弹及无人机(uAv)的威 胁，尤其近年来超音速和超高音速制导导弹 以其极高的制导精度、更强的机动性、更快的 速度以及更小的目标特征，对地面目标和舰 船等构成巨大威胁。面对这些威胁，如何有效 地保护己方力量和资源，在技术上面临挑战 以激光为代的定向能技术的发展为这一挑 战寻求一种潜在的解决办法。激光武器作为 一 种正在发展的新概念武器，利用激光来直 接摧毁 目标或使之失效，越来引起人们的重 视。 最近 在 美 国 GA0(U．S．Genera[Ac— COUnt[ng Office)应国会要求而写的 “国防部 为战区防御努力发展激光武器”报告中，详 细介绍了美国重点发展三种高功率激光武器 ，即弹道导弹防御局的天基激光武器 (SBL)，空军的机载激光武器(ABL)和地基 战术高能激光武器(THEL)。天基激光武器 能把致命辐射沉积在 3000 km外的目标上， 可将世界各地发射的战区和战略弹道导弹拦 截在助推段 机载激光武器是将载有兆瓦级 高能激光器的波音飞机，在离前线 90 km 的 空中巡航，飞行高度 13 km～15 km，激光射 程 100 km～4O0 km．每次巡航 l8小时．可在 空中加油，自主作战，逐一探测、捕获、跟踪和 射击多枚导弹。作为地基激光武器，I996年4 月，美国和以色列宣布共同研制“战术高能激 光武 器—— 先期 技术演 示”，即 THEL— ACTD，其激光器已于 1999年 6月实现了首 次出光，拟运到白沙导弹靶场进行总体集成 美国GAO评估 THEL是美国国防部发展的 三种激光武器中，较 SBL、ABL最早成为野 战的激光武器，其成本及风险均为最低。本文 将结台 THEL—AcTD系统就战术高能激 光武器系统的有关技术进行研究。 2 THEL--ACTD系统组成 THEL武器系统具有主动防御能力，能 够反击拦截导弹、炮弹及无人机。更进一步希 望能拦截巡航导弹、固定翼飞机和战区弹道 导弹。从功能上分，THEL武器系统由四个 主要部分组成，即火力平台、作战单元、传感 器和 BMC I。 THEL--ACTD系统组成 THEL(ACTD先期概念技术演示型 ) 四十主要分系统； 火力平台(载车) 作战单元(激光器及配套设备) 传感器 BMC‘l(战场管理、指挥、控制、通信、计 算机及情报) BMC‘I系统能以全自动或半自动的方式运 行．或者由人工控制 一 次完整的交战大约需要 7 s，用来进行捕 撬、跟踪、分类、识别、安全检查、指示和开始 射击。 维普资讯 http://www.cqvip.com 2 特集：激光武器发展动态 光机电信息 Vo]．】7，No ，．2000 以色列国防部还要求有关第二套可移动式 演 示系统 (计 划从 1889年 初井始)的报竹情 况(第一套是散布式的)．其 目标是到第五套 火力单元制成时，能形成一十完生机动的系 统 (共八个舱 ，一十跟 瞄舱 ，一十 BMC‘I舱 ， 其余六个舱为激光器及燃料舱，分别装在 FMTV 中型卡车上 )。 发射口径 500 mm 氟化氘化学 激光 器，连续式约 200 kW。 火力平台 火力平台是整个系统的基础，要在 360。 范围内提供作战能力，平台应设计成通用式 的，以便能用在卡车、装甲车和天基载体上， 当然如能与载体一体化设计更为理想，该平 台主要承载高能激光器及跟踪瞄准发射系 统 。 作战单元 作战单元主要包括：高能激光器及燃料 舱及能量控制系统。该单元与跟踪瞄准发射 及光束馈送系统有效耦台，实现作战目的。 传感器 系统传感器主要包括两方面，一是系统 固有传感器，二是外传感器系统。固有传感器 主要是跟瞄系统中的激光、红外、电视等传感 器，实现光电探测、跟踪、瞄准等功能。外部传 感器主要是火控雷达系统，用于先期探测发 现目标，并对跟瞄系统进行引导。 BMC I BMC‘I是 指 Battle Management Corn— mand Control Communication and Comput— er Intelligence，主要包括软硬件单元及通信 网络，用于实时完成对整个系统的指挥和控 制。系统构造可实现在不同的天气情况下受 威胁时，将火力分配给各火力平台。系统的特 点是网络的功能化设计。这种设计可以保证 在部队、武器群或作战单元层面上每个指挥 控制节点对其它 C2的通信，从而共享空中 图像，跟踪数据、作战信息、系统防御状态及 防御计划数据。这种设计也可以提供战术信 息的快速传递和基于作战形式的重新布置和 组织能力。专家系统和人工智能用在自动指 挥和控制从而减少作战时间。系统也考虑到 了半自动人工控制和干预的接 口。 3 关键技术 1)车载总体集成技术 因化学激光器过大、过重，目前 THEL 仅作为卡车可运输式(transportable)的，美 国国防部很想将其发展成为机动式(mobile high—energy laser weapon)野战激光武器。 这就要求高能激光及跟瞄发射系统要与运输 车辆一体化设计 这种设计要重点解决 3个 问：一是运输要求，车辆对设备要能有效承 载．在外形尺寸上要满足各种桥梁、涵洞要 求；二是车辆底盘设计要有足够高的刚度，这 个基础的好坏将影响跟瞄系统的跟踪精度及 激光与发射系统的有效耦合；三是整车要有 自动调平能力并能将精度稳定在秒级。 2)强激光发射控制技术 强激光光学发射系统主要由光束馈送系 统，发射望远镜及其距离调焦装置等单元组 成 强激光发射系统一般都采用高能激光与 跟踪瞄准或自适应光学波前探测用目标返回 光使用同一孔径的共光路结构，因此需要用 共孔径元件将不同波长的光波分开，以便将 一 个或数个跟踪器光路插入高能激光发射光 路，或将功率非常强的激光与 自适应光学用 的非常弱的目标返回光分开而不引入明显畸 变。一般是通过二色或多色分色组件或折射 ／衍射光的元件解决这一问题。分色镜镀制技 术的研究将是解决这一问题的关键。值得注 意的是，THEL发射望远镜机架采用了三轴 结构，即在的两轴地平式机架上，增加一 个旋转轴，因而既可对低空目标进行攻击，又 可对过天顶的目标进行有效的拦截。 3)BMC I技术 信息融合技术是BMC‘I技术的关键，主 维普资讯 http://www.cqvip.com V光 烹 寓 特集 激光茸器发展动态ot 7 2000 ．j，．舶， ⋯⋯⋯⋯⋯一 3 要解决以下四个方面的问题。 ① 雷达目标引导中的信息融台 THEL武器系统采用搜索雷达为系统 提供告警引导。需建立多源预报、数据库、人 工判断等图、库、数据信息于一体的广义信息 融合。 ② 跟踪时的多传感器数据融合 目前的跟瞄系统都是多跟踪传感器的混 合系统，因而能从多角度、多波段、多侧面提 供目标信息，做到优势互补、统计优化和相关 匹配，使系统在多传感器协调、优化、融合的 基础上接力运行，确保连续稳定跟踪 提高系 统跟踪目标的自适应能力 ⑤ 精密伺服控制技术 复合轴伺服跟踪系统中分为粗跟踪和精 跟踪两部分。在粗、精跟踪各自双传感器数据 融合的基础上，当一类跟踪传感器信号失效 时，瞬态用另一类跟踪传感器的目标信息闭 环相应的伺服系统工作，保证系统工作的连 续性和平稳性。 ④ 指挥决策中的信息融合 该系统为指挥决策系统，负责对整个系 统内部和外部信息的管理，在战时，要对战场 及威胁目标作出有效判断，以便在最合适的 时机做出战斗反应。 4)高能激光器技术 目前可用于激光武器的高能激光器有 a)CO 激光器 b)DF／HF激光器 c)化学氧碘激光器(COIL) d)二极管泵浦固体激光器(DPL) e)先进自由电子激光器(AFEL) CO：激光器技术成熟，结构简单，输出功 率高，但能量转换效率低，光束质量略差。DF 激光器技术较成熟，激光器(MIRACAL)输 出功率已达 2，2 mW，光束质量好，大气传输 性能较好，但由于波长较长 3，8 m)难于获 得高亮度。HF激光器光束l血量好，但大气传 输性能差。化学氧碘激光器(COIL)波长短 (1．31 5 m)，在大气窗El上，传输性能好，光 束质量好、效率高。THEL武器系统采用的 就是氟化氘连续式化学激光器，输出功率约 为 200kW，但体积庞大，不易于形成装备 因 而，美国国防部寄希望于谋求新型高效的激 光器。二极管泵浦固体激光器(DPL)具有效 率高、波长短、寿命长，光束质量好、体积小等 优点，平均功率已达 3 kV~，适于地基激光照 明和倍标。是一种有发展潜力的激光器。自 由电子激光器是近年来发展起来的新概念激 光器，具有波长连续可调、光束质量好，功率 高等优点，是高能激光器中最有前景的激光 器，觋还处于研究提高阶段。 5)系统小型化技术 在实战系统中，设备小型化是至关重要 的，只有结构紧凑小巧，才便于机动灵活，目 标小，隐蔽性强、生存能力才能提高。这就要 求结构要一体化设计，功能单元的配置力求 简化 尤其是跟踪瞄准发射系统结构要紧凑 适 用。 4 结语 激光武器是各类定向能武器中发展最 早，技术最为成熟的新概念武器。实际上，激 光作为武器的概念，在激光器诞生之 日起就 已经产生。近四十年来，人们为使之变成武器 进行了不懈努力，激光走向战场的时代即将 来临。 据韩国《韩文雅虎}2000年 4月 1日报 道，为对付朝鲜弹道导弹和多管火箭的威胁， 韩国国防部下属的国防科学研究所正在研发 与THEL系统类似的战术高能激光武器，并 开始对高能量氟化氘(DF)化学激光的应用 研究，计划今年开发功率 100 w、2002年以 前开发出功率 10 kW的激光武器。韩国防部 计划从 2003年开始正式开发激光武器，2010 年以前完成能拦截空中朝鲜“飞毛腿”导弹和 240 mill多管火箭等的车载型激光武器。 (No．1) 维普资讯 http://www.cqvip.com