射向海空目标的光束“利箭”—— 美国海军舰载固态激光武器系统发展现状及未来

近年来，来自于无人机“峰群”及新型反舰导弹等空中目标的“饱和”式威胁日趋严峻，美国海军开始迫切需要更加低廉、高效的舰载防御武器。为破解这一难题，近期，美国海军将目光投向曾一度“期望值”大幅降低的固态激光武器（也称：固体激光武器）系统，强调将继续加强该型武器的研发和运用， 引发人们的广泛关注。

激光,是一种自然界原本不存在的、因受激而发出的光，它具有单色性、相干性、方向性、聚焦性和高能量强度等特点。

激光是20世纪以来继核能、电脑、半导体之后，人类的又一重大发明，被称为“最快的刀”、“最准的尺”、“最亮的光”。激光机理最初提出者是爱因斯坦。1960年在加利福尼亚州马里布的休斯研究实验室，美国科学家西奥多·梅曼(Theodore Maiman)设计和建造了一台小型的激光发生器。他将闪光灯线圈缠绕在指尖大小的红宝石棒上，产生了第一束激光，由此开启了世界激光时代。激光的发展过程中，激光开始运用于工业、医学、科研等领域，并逐步进入军事领域，激光在军事上最成熟的应用是各类激光测距仪，这也是激光应用在军事上的最早的装备。由于激光具有“热效应”，可以用来切割破坏金属等坚固物体， 相比常规武器，激光武器具有很多优点，主要表现在：速度快，机动灵活，精度高，效费比高等。激光束以光速（30万千米/秒）射向目标，它比普通枪弹每秒钟0.7公里的速度快40万倍，比导弹的速度快10万倍，不需要提前量，就能把能量高度集中的光束以光速直接射向目标。激光是方向性最好的光，它几乎是一束平行而垂直的细光，其发射角极小，几乎为零，相当于世界上最先进的按照灯光束发散角的百分之一。具有高方向性，可将聚焦的狭窄光速精确地对准某一方向，选择攻击目标群中的某一目标，甚至击中目标上的某一脆弱部位。百万瓦级氟化氚激光武器每发射一次费用约1－2千美元。与之相比，“爱国者”防空导弹每发为30－50万美元，“毒刺”短程防空导弹每发为2万美元左右，在面对大量廉价的自杀式无人艇、无人机时，可极大地降低美国海军的作战成本。因此，从作战使用角度看，激光武器具有较高的效费比。另外，目前新型反舰导弹都已经较多的采用了被动红外/热成像制导，或者是雷达/红外混合制导，已经对舰艇上传统的电子干扰有了“免疫力”。而激光武器能较有效地破坏对方红外传感器，使其丧失作战能力。正是因为发现了激光武器在军事领域的高效及低成本运用前景，因此早在上世纪六十年代美国就已秘密开展激光武器的研制，并一直是世界激光武器研发的“领跑者”。

由于具有高密度能量和高方向性等特点，因此，激光武器也被列入定向能（束能）武器类别。选择激光武器首先要选择激光器，按照激光光源或体制分，激光武器主要分为二氧化碳激光武器、化学激光武器、固体激光武器（含光纤）和自由电子激光武器等。作为目前世界上最强的海上力量,美海军在激光武器研发上起步很早，从发展过程来看，上世纪60年代至2000年左右，美海军舰载激光武器的研发重点一度曾是二氧化碳激光器和化学激光武器，虽然当时取得了一定的成果，但是，在测试中发现，二氧化碳激光器功率提升速度较慢，不能满足需求，化学激光器体积大、后勤保障管理复杂，再加上，化学激光器可产生有毒物质，对舰员生存造成威胁，为此，美海军决定中止该项目的研发。在2000年后，美海军改以固态激光器为主要发展方向。固态激光器被称为新一代激光武器光源，主要是利用固体材料（通常是掺杂有特殊离子的晶体或玻璃）作为增益介质，美国海军之所以重点发展固态激光武器，主要是因为：一是全电工作，战场保障相对简单。固体激光器的能源供给是靠电力，在战场环境中可使用高性能储能电池或发电机进行供电。与化学激光器相比，固态激光器在存储、运输和操作使用方面更安全，可维护性更好，操作程序更简单，更适合战场使用。而舰艇本身就是与电力密不可分的金属组合体，可提供充足的电源，没有污染性，不会对舰艇人员产生伤害，因此，比较适合与舰艇集成，可以说，固态激光器相对于其它类别的激光器更能满足美国海军的作战需求。

二是作战效费比高。固态激光器消耗的是电能，作战运行成本极低。以电驱动的激光武器为例，假设输出功率为10万瓦，电光转换的插头效率按10％计算，单次作战出光10秒仅耗电3度，消耗成本几乎可忽略不计。作战时只要有充足的电能供给就具有足够的“弹药”储备，这将大大增加武器系统的持续作战时间。

2009年至2012年间,，美国海军曾推出一款比较成熟的固态激光武器系统：LaWS激光系统。该系统由美国海军研究实验室开发、奎托斯公司建造，2014年12月，美国海军报告称，LaWS激光武器系统完美地抵御了低端非对称威胁，在测试中曾成功摧毁过浮动平台上的两个小型金属目标以及一架靶机。美国海军随后在“庞塞”号上部署了该系统，并将其与舰艇“密集阵”近防系统整合，使用“密集阵”的雷达跟踪系统进行激光瞄准和制导。但是，由于各种原因，美国海军目前已放弃了LAWS激光武器系统的使用，但是，舰载固体激光器的研发并没有停止。美国海军学会网站2024年1月称，现有水面舰艇在应对低成本无人机和反舰导弹时存在两大关键限制，即：弹药储备有限和成本交换比不利。激光武器恰好可以弥补这些缺点。它不需要弹药，只要有充足的电力供应，理论上就能无限制地反复发射。激光武器的发射成本基本只取决于电力价格，根据发射功率的不同，平均每次发射成本为1美元至10美元，远远低于对手的无人机或导弹。舰载激光武器的潜在优势还包括可以快速交战、能对抗高机动性反舰导弹。2024年5月16日，美海军部长德尔特罗表示，海军将增加对激光等定向能解决方案的资金投入，以降低拦截敌方无人机等空中威胁的成本。美海军计划在2025财年预算中继续为其申请研发资金。目前发展侧重于发展数十至百千瓦功率量级实用性较强的战术激光武器，主要用于对付无人机等低空小型目标，未来逐渐向数百千瓦和兆瓦级发展，主要用于对付巡航导弹及海基反导作战；其作战效能也由干扰损伤目标光电传感器，向破坏摧毁目标壳体结构方向发展；目前，美海军正在积极推进的先进固体激光武器研发项目主要有：

（一）“固体激光器技术成熟化”（SSL-TM）系统。该项目由海军研究署主管，继承了大量“激光武器系统”（LaWS）的经验。SSL-TM的输出功率将达到150千瓦，将安装在两栖舰、驱逐舰。它将提高对小型船只和无人机的作战效能”。而美军最终目的是将其用于打击反舰导弹，特别是应对中俄高超声速反舰导弹的打击。

（二）“高能激光和一体化光学炫目监视”（HELIOS）系统。该系统是一种60千瓦的激光武器系统，功率是AN/SEQ-3激光武器系统（LaWS）的两倍，该武器于2014年安装在美国海军“庞塞”号两栖运输舰进行现场测试。2022年8月18日，洛克希德马丁公司宣布向美国海军交付了第一套60千瓦的HELIOS高能激光武器，并安装到阿利伯克级驱逐舰普雷布尔号（DDG-88）号上，这是第一个集成到美国海军现役舰船上的激光武器系统。HELIOS是首个在一个武器系统中集成了3种战斗功能的激光武器。第一种功能是“硬杀伤”，通过一种光纤组合激光器，可快速发射60-150千瓦的高能激光束，令敌方小型舰船或无人机瘫痪或毁坏。第二种功能是“软杀伤”，使用功率较低的激光，使敌方无人机上的光电/红外传感器“目眩”，精确瘫痪敌方情报监视侦察设备，适用于执行一些高敏感任务。第三种功能是除了“软、硬”杀伤外，利用相关光学系统收集舰艇周围广大区域的情报监视侦察信息，与“宙斯盾”战斗系统共享，使美军舰船有更强的态势感知能力。美国海军在2024财政年度的预算中请求支持普雷布尔号导弹驱逐舰（DDG-88）Mk 5 Mod 0 HELIOS的运行、测试和软硬件维护升级。

（三）“ODIN”激光系统。也称为“海军光学眩目拦截器”(ODIN)，这是一种低功率（30千瓦左右）激光拦截系统，曾用名为LPM（低功率模块），主要用于摧毁敌方情报监视与侦察（ISR）无人机，能在远程、超远程的距离上致盲敌方无人机监视系统。此外还能在近距离上对抗某些舰载观瞄系统（反轻型舰艇）。“ODIN”系统包括光束导向器（望远镜、光学器件、快速转向镜）、低功率激光器、传感器（粗轨道、精细轨道、ISR成像）、网络交换机和控制终端。“ODIN”已经安装在三艘阿利·伯克级驱逐舰，并将持续在相关作战舰艇上安装该系统。在2024财年的预算中，美海军要求支持继续开发技术更新包和子系统成熟工作，以提高ODIN的可靠性、能力和可操作性，并支持人工进行ODIN交战的建模和模拟。

（四）“高能激光武器对抗反舰巡航导弹”（HELCAP）是美海军2019年启动的面向未来的高能激光武器技术研发项目，主要目标是在现有固态激光武器的基础上研发能量更大的激光器，以发展一型可“硬杀伤”反舰巡航导弹的激光武器系统，这个项目也被也被称为增强型高能激光项目的第二阶段（RHEL2），目前处于初始评估阶段，2023年末已完成最终集成及演示验证。虽然具体的技术细节和实际功率没有明确说明，但外界从描述中可以推断，HELCAP项目涉及的是固态激光武器技术，发射功率在300千瓦以上。美国海军在提交的2024财年预算中指出，将加快HELCAP关键技术的开发、实验、集成和演示，解决剩余的技术难题，如：大气湍流、自动目标识别和瞄准点选择、高杂波条件下低抖动的精确目标跟踪、先进的波束控制等。

 美国海军在最近与也门胡塞武装交火中暴露出的“防空弹药不足”问题，引起了美国政军界对于“激光武器耗费重金却为何迟迟不能落地”的质疑。十几年前，美国视激光为“改变世界格局的工具”，花费了巨大的精力和资源，进行了一系列的试验。但直到现在，这种激光武器还没有投入实战，其可担负的作战任务仍有限，这也直接导致美国海军对激光武器的期望值越来越低，美国“五角大楼”官员承认，此前对激光武器发展的判断过于乐观，现实证明想要将其投入实战还面临大量的技术难题。正如美太平洋水面舰队的布伦丹·麦克莱恩（Brendan McLane）中将所称，主要是因为“我们已经测试了几次。结果还没有达到我们想要的方式。”但这并不意味着激光武器作用不大，美国海军会放弃研发，2024年8月美国《防务头条》网站报道，美海军仍然看好激光武器，但广泛部署的定向能舰船防御系统还需要数年时间。

从目前情况看，美国将聚焦目前存在的问题继续加强固态激光武器的研发和应用， 未来，其主要发展方向将集中在以下几个方面：

随着射程增大，激光武器照射到目标的激光束功率密度也随之降低，毁伤力减弱，使有效作用距离受到限制。此外，使用激光武器时还会受到环境影响。例如在稠密的大气层中使用时，大气会耗散激光束的能量，并使其抖动、扩展和偏移。恶劣天气（雨、雪、雾等）和战争烟尘、人造烟雾对其影响更大。因此，未来发展方向之一将是如何增强激光武器抗干扰能力，进一步放大摧毁威力。

激光光束不仅要照射到目标，还要精确、稳定地聚焦到目标的某一薄弱部位，如无人机尾翼、导弹导引头，这就需要高精度以及高稳定性的瞄准跟踪系统。

由于目标飞行速度很快，激光束不仅要瞄得准，而且要能在目标上锁定一定的时间，因此对瞄准与跟踪系统的要求很高。未来美海军将会进一步改进跟踪瞄准系统性能，增进与舰艇作战系统、火力控制及信息装备系统的融合和对接，提高跟踪与瞄准精度。

据美国《突发防务》网站称，激光武器必须瞄准目标并聚焦几秒钟才能产生足够的热量达到烧毁的效果，这意味着它一次只能射击一个目标，缺乏应对饱和式攻击的能力。而目前的实际情况是，美舰通常会同时面临来自于多个方向的“敌方”无人机“蜂群”等目标的“饱和”式攻击，如果“照”一次只能击毁一个目标，那就需要在战场上“一个一个地敲”，这不符合未来的战场实际，也很难满足美舰在“量”方面的防御要求，因此，从提升固态激光武器作战效果的角度看，如何能做到从多个方位“一照就能扫落一大片”、具有很强的抗“饱和”攻击能力，这也将是美海军重点努力的方向之一。

从所需功率看，攻击性激光武器所需要的输出功率为10KW(千瓦）至MW(兆瓦），如果拦截中小型无人机，激光通常所需功率为10KW-100KW(千瓦），对付海上小型舰艇目标，通常所需功率为数十KW至数百KW(千瓦），拦截巡航导弹、超音速导弹等远程目标时，功率通常需要几百KW(千瓦）甚至数MW(兆瓦）。从目前发展情况看，现阶段美国海军大部分激光武器都停留在中小功率阶段，其各种激光武器项目仍一直处在200kW(千瓦）数量级别内，距离1MW（兆瓦）级还有相当长的距离，因此，其作战目标仍集中于近距离对付来袭无人机或导弹的红外制导设备，使其偏离原有目标自行坠毁或被其他硬杀伤武器所击毁。用途仅限于自卫（打击无人机、小艇、导弹等），还不具备较大射程硬摧毁能力。对付远程目标，激光武器需要产生1000千瓦～2000千瓦的激光束杀伤目标，需要大型的初级能源供应装置，武器系统体积庞大，整个武器系统至少也要分装在两三辆重型卡车底盘上，在舰艇上更是难以承载这样的装备，另外，激光武器具有直射性，如遇障碍物，攻击效果大减。高能激光采用热能摧毁目标，很难摧毁坚固目标。激光武器系统在发射激光束时，会瞬间消耗巨大的电能，现有的供电系统无法保证连续发射的要求。最后，高能激光武器的散热也是一大难题。功率越大，激光发射产生的废热问题就越严重，这些废热如果不能及时冷却掉，将对激光武器系统内部对热量敏感程度很高的各种光学系统的寿命及性能产生严重危害。同时，如果产生的废热很多，会影响激光束的连续性输出。因此，进一步提升功率、集成度、光束质量仍然是主要的技术发展方向。

结束语：当面对“敌方”大量“廉价”武器攻击时，美国海军迫切需要以更加“廉价”的武器应对，而固态激光武器或许是美国海军正在寻找的“合适武器”之一。作为一种新概念武器，固态激光武器要真正满足美海军的作战要求，还面临着一些技术难题，未来将如何发展，人们正试目以待。