《星球大戰(zhàn)9》中的激光武器

1960年美國(guó)科學(xué)家西奧多·梅曼制造出了第一臺(tái)激光器，自此光學(xué)這一古老學(xué)科進(jìn)入了全新的紀(jì)元。

以現(xiàn)代的眼光看，梅曼的激光器極其簡(jiǎn)陋，即便如此利用“死亡光線”消滅敵人的想法伴隨著激光的發(fā)明就縈繞在軍事家們的心頭。

自1970年以來，美國(guó)實(shí)施了多項(xiàng)機(jī)載激光器計(jì)劃，其中，廣為人知的機(jī)載激光武器系統(tǒng)（airborne laser,ABL）和戰(zhàn)術(shù)激光武器（tactical laser weapon, ATL），然而設(shè)計(jì)結(jié)果與實(shí)際效能有較大偏差，最終未形成裝備。導(dǎo)演喬治·盧卡斯在《星球大戰(zhàn)》中用超級(jí)激光武器“死星”炸毀了奧德朗行星，但是在科幻作品之外，激光武器至今未能應(yīng)用于實(shí)戰(zhàn)。

01 初識(shí)激光和激光武器

用一束高能激光射向敵目標(biāo)并產(chǎn)生巨大的熱量，最終將敵目標(biāo)摧毀。

激光武器用一束高能激光射向敵目標(biāo)并產(chǎn)生巨大的熱量，最終將敵目標(biāo)摧毀。

然而產(chǎn)生一束能量足夠高的激光并非易事，一臺(tái)激光器包含了泵浦源、諧振腔和增益介質(zhì)，電能通過泵浦源轉(zhuǎn)移入增益介質(zhì)中，這些能量再通過增益介質(zhì)和諧振腔的相互作用轉(zhuǎn)移到激光內(nèi)。為了獲得更加強(qiáng)大的能量，激光還需要經(jīng)過放大器放大，在這些復(fù)雜的過程中只有一部分電能最終轉(zhuǎn)移到激光中，其結(jié)果是激光系統(tǒng)功耗將明顯大于其輸出激光的功率。

對(duì)用工業(yè)加工而言，激光器的能量損耗無非是生產(chǎn)成本問題，對(duì)于激光武器而言這種能量損耗卻有嚴(yán)重影響。一套高功率激光系統(tǒng)的功耗和體積將十分巨大，例如世界上最大的激光核聚變裝置——美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置，占地約為一個(gè)足球場(chǎng)大小，其激光脈沖的瞬時(shí)功率甚至大于全球發(fā)電站輸出功率的總合，憑借這樣巨大的能量足以把燃料加熱到一億度，并施加足夠的壓力引發(fā)聚變反應(yīng)。

美國(guó)國(guó)家點(diǎn)火裝置（局部）

國(guó)家點(diǎn)火裝置這樣現(xiàn)代工程奇跡雖然能量巨大，但是與激光武器相去甚遠(yuǎn)。

一套合格的激光武器系統(tǒng)必須足夠緊湊才能安裝在各類武器平臺(tái)之上，此外精密的激光系統(tǒng)必須能夠承受戰(zhàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境中各類震動(dòng)、干擾和污染。有些激光器的增益介質(zhì)有毒，如果采用了這樣的增益物質(zhì)，激光武器也必須能夠由士兵安全地操作。

這些苛刻的要求對(duì)于那些處于超凈恒溫實(shí)驗(yàn)室中、精巧無比的激光系統(tǒng)而言不可能被滿足的。

激光武器的威力也令人懷疑，在工業(yè)上，精準(zhǔn)聚焦后的激光可以輕易地切割鋼板，但是激光武器不可能把激光在幾公里外聚焦成平方微米級(jí)別的小光斑。

有學(xué)者針對(duì)用激光毀傷導(dǎo)彈鋼制殼體進(jìn)行了估算，認(rèn)為在不考慮導(dǎo)彈自旋的情況下，激光功率在每平方厘米上有1093 W并且照射三秒才能融化導(dǎo)彈的鋼制殼體，可以想見用激光燒穿坦克堅(jiān)固的裝甲將更為困難。激光武器雖然看起來十分科幻，但是在當(dāng)下，它的威力很難和炮彈、導(dǎo)彈這類傳統(tǒng)武器相媲美。

02 廉價(jià)的無人機(jī)和廉價(jià)的反制手段

無人機(jī)具有零傷亡、全壽命周期成本低等特點(diǎn)，可替代有人機(jī)執(zhí)行4D任務(wù)。

2020年9月，阿塞拜疆和亞美尼亞兩國(guó)間為了爭(zhēng)奪納卡地區(qū)控制權(quán)而爆發(fā)了戰(zhàn)爭(zhēng)，兩國(guó)間的斗爭(zhēng)從陣地延伸到了網(wǎng)絡(luò)空間，交戰(zhàn)雙方的戰(zhàn)地信息借助網(wǎng)絡(luò)迅速傳播，兩軍都積極地發(fā)布摧毀對(duì)方軍事裝備的視頻，以此打擊對(duì)方的士氣。

阿塞拜疆依靠TB-2等無人機(jī)大量摧毀亞美尼亞車輛，無人機(jī)如死神般收割車輛、火炮和步兵的視頻在社交媒體上瘋狂傳播，向全世界的網(wǎng)民直播了一場(chǎng)無人機(jī)戰(zhàn)爭(zhēng)，這樣一場(chǎng)規(guī)模和技術(shù)水平都相對(duì)有限的武裝沖突震撼了世界。

早在這場(chǎng)社交媒體上的無人機(jī)大地震之前，無人機(jī)的巨大前景就引起了各軍事強(qiáng)國(guó)的注意。無人機(jī)具有零傷亡、全壽命周期成本低等特點(diǎn)，可替代有人機(jī)執(zhí)行4D（枯燥、惡劣、危險(xiǎn)、縱深）任務(wù)。隨著無人機(jī)相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，其戰(zhàn)場(chǎng)優(yōu)勢(shì)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中不斷凸顯，近30年來，美軍在科索沃戰(zhàn)爭(zhēng)、阿富汗戰(zhàn)爭(zhēng)和伊拉克戰(zhàn)爭(zhēng)中使用無人機(jī)完成了大量任務(wù)。

根據(jù)美國(guó)國(guó)防部《2011-2036年無人系統(tǒng)綜合路線圖》，截止2010年9月，美軍在伊拉克和阿富汗戰(zhàn)場(chǎng)總計(jì)投入約8000個(gè)無人地面平臺(tái)，在超過125000個(gè)任務(wù)中使用。美國(guó)安全研究中心于2014年1月發(fā)布《為機(jī)器人時(shí)代的戰(zhàn)爭(zhēng)做準(zhǔn)備》，其中指出:“未來將在沒有作戰(zhàn)人員干涉的情況下自主選擇并打擊目標(biāo),進(jìn)而催生出自主作戰(zhàn)概念”。

無人機(jī)的大量使用給傳統(tǒng)的防空兵器帶來了嚴(yán)重挑戰(zhàn)。納卡沖突中阿塞拜疆軍利用巡飛彈破壞了亞美尼亞軍部署的S-300遠(yuǎn)程地空導(dǎo)彈系統(tǒng)，先進(jìn)昂貴的地空導(dǎo)彈面對(duì)無人機(jī)時(shí)出現(xiàn)了“大炮打蚊子”的窘境。

在不久的未來，無人機(jī)蜂群將席卷戰(zhàn)場(chǎng)，它們會(huì)用龐大的數(shù)量、小巧的體型和低廉的價(jià)格直接壓垮防空系統(tǒng)，這一趨勢(shì)必然催生新的防空需求——迅速、精準(zhǔn)、大量、低成本地消滅無人機(jī)，而激光武器具有滿足以上全部需求的潛力。

2008年，波音公司開始為美軍開發(fā)定向能武器系統(tǒng)（Directed Energy Systems），他們使用固體激光器作為武器系統(tǒng)的激光源，并且將武器系統(tǒng)的使用目標(biāo)定位于追蹤并摧毀RAMD目標(biāo)，即火箭（Rockets）、火炮炮彈（Artillery）、迫擊炮彈（Mortars）和無人機(jī)（Drones）。

RAMD目標(biāo)的共同特點(diǎn)是體積小、數(shù)量多，美軍將激光武器的打擊目標(biāo)定位于RAMD表明了其對(duì)激光武器的認(rèn)識(shí)達(dá)到了新的高度，發(fā)掘出了激光武器相對(duì)傳統(tǒng)武器的真正優(yōu)勢(shì)，即光速殺傷、高精度、超大彈倉和單發(fā)成本低。

RAMD目標(biāo)的小體積使得追蹤它們非常困難，而激光武器卻能以光速瞬間將能量傳到于目標(biāo)上，同時(shí)這些小目標(biāo)通常不具有厚重的裝甲，用相對(duì)較低的激光功率就可以摧毀。

如果只損壞目標(biāo)上的光電系統(tǒng)使之失能，那么所需的激光功率將更低；一套“通古斯卡”防空系統(tǒng)僅裝備有8枚防空導(dǎo)彈，而激光武器只需要燃油就能不斷射擊；用導(dǎo)彈擊落一架無人機(jī)需要10萬美元，用激光擊落一架無人機(jī)需要只花費(fèi)5美元的燃油費(fèi)。

使用高能激光于1.6 km外摧毀火箭靶

03 裝備于直升機(jī)上的激光武器

美國(guó)對(duì)安裝在AH-64“阿帕奇”武裝直升機(jī)上的，高能激光武器進(jìn)行了成功測(cè)試

2017年，美國(guó)雷聲公司發(fā)布消息稱對(duì)安裝在AH-64“阿帕奇”武裝直升機(jī)上的高能激光武器進(jìn)行了成功測(cè)試，這標(biāo)志著激光武器首次在旋翼機(jī)上實(shí)現(xiàn)部署。本次試驗(yàn)包括激光功率在內(nèi)的具體技術(shù)細(xì)節(jié)并未透露，但是通過雷神公司的宣傳視頻依然可以對(duì)其激光武器獲得一些基本的了解。

2017年美軍于AH-64上試驗(yàn)的激光武器吊艙

從互聯(lián)網(wǎng)搜索所得的視頻中看，本次試驗(yàn)中的激光武器為吊艙形式，安裝在AH-64左側(cè)的短翼上，吊艙前端裝有一個(gè)轉(zhuǎn)塔，激光的瞄準(zhǔn)、光束控制和照射應(yīng)該是通過這一轉(zhuǎn)塔完成。吊艙通過電纜與機(jī)體相連，激光武器的能源與控制應(yīng)該是通過這些電纜完成的，由于激光武器能耗極高，吊艙中應(yīng)該同時(shí)具有儲(chǔ)能或發(fā)電的結(jié)構(gòu)。

類似形式的吊艙同樣出現(xiàn)于洛馬的戰(zhàn)術(shù)機(jī)載武器系統(tǒng)宣傳視頻中，掛載了激光武器吊艙的F-15戰(zhàn)斗機(jī)利用高能激光攔截了海空導(dǎo)彈，該系統(tǒng)定位于攔截導(dǎo)彈，個(gè)人推測(cè)其源于自衛(wèi)高能激光演示樣機(jī)(Self-protect High Energy Laser Demonstrator，SHiELD)項(xiàng)目。

該項(xiàng)目由美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室(AFRL)主導(dǎo)，AFRL傾向于采用吊艙式獨(dú)立結(jié)構(gòu)以利于飛機(jī)安裝、減少氣動(dòng)影響和成果在不同飛機(jī)平臺(tái)(包括無人作戰(zhàn)飛機(jī))間的移植應(yīng)用。不同于洛馬戰(zhàn)術(shù)機(jī)載武器系統(tǒng)，2017年雷神于AH-64上加裝的激光武器攻擊了一個(gè)地面目標(biāo)。

美軍試驗(yàn)中的激光武器攻擊畫面

考慮直升機(jī)能夠提供的能源以及該激光吊艙的體積，這次實(shí)驗(yàn)中激光武器的功率較低，而將攻擊目標(biāo)設(shè)定為地面目標(biāo)的原因較難猜測(cè)，可能的原因有：

1、源于對(duì)直升機(jī)作戰(zhàn)任務(wù)應(yīng)為打擊地面目標(biāo)的固有印象；

2、在直升機(jī)上使用激光武器跟蹤一個(gè)高速小型目標(biāo)存在技術(shù)困難，且美軍當(dāng)時(shí)并未突破這個(gè)困難；

3、其技術(shù)水平比想象中高，能夠在直升機(jī)上裝備功率極高的激光武器，足以有效毀傷地面目標(biāo)；

4、本次試驗(yàn)的目標(biāo)僅為初步驗(yàn)證。

04 對(duì)直升機(jī)機(jī)載，激光武器研究應(yīng)該考慮的因素

直升機(jī)機(jī)載激光武器需要在功耗、重量和作戰(zhàn)效能等方面進(jìn)行取舍

直升機(jī)機(jī)載激光武器需要在功耗、重量和作戰(zhàn)效能等方面進(jìn)行取舍，并與導(dǎo)彈、火箭彈和航炮等傳統(tǒng)武器形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，豐富直升機(jī)在作戰(zhàn)中的功能，應(yīng)對(duì)現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的新變化。

明確為什么要在直升機(jī)上加裝激光武器，其作戰(zhàn)場(chǎng)景應(yīng)該是什么對(duì)于構(gòu)思直升機(jī)機(jī)載激光武器極為重要。激光武器的應(yīng)用場(chǎng)景可以分列為以下幾類：

1、 打擊坦克、碉堡等硬目標(biāo)，所需激光功率極高；

2、 打擊輕型車輛、人員等軟目標(biāo)，所需激光功率較高；

3、 破壞各類平臺(tái)上的光電設(shè)備，使之失能，所需激光功率較低；

4、 攔截RAMD目標(biāo)，提供新型的野戰(zhàn)防空能力，所需激光功率較低。

激光器的輸出功率大小決定了其體積、重量和功耗的大小，加裝激光武器吊艙勢(shì)必壓縮其他武器的空間。采用吊艙形式是非常有必要的，這樣可以在使用中滿足用戶不同情況下的使用需求。就目前的技術(shù)情況而言，采用較低激光功率的激光武器更為合適，這也是SHiELD項(xiàng)目現(xiàn)在的路線，首先使用較低功率的激光器完成激光武器的技術(shù)探索，再采用更高功率的激光器。

美軍直升機(jī)機(jī)載激光武器概念圖

當(dāng)前可能實(shí)現(xiàn)的是利用幾萬瓦功率的激光武器對(duì)無人機(jī)實(shí)現(xiàn)攔截，破壞光電設(shè)備，殺傷敵步兵，引燃油料等。適合的場(chǎng)景是在武裝直升機(jī)或通用直升機(jī)上加裝激光武器吊艙的同時(shí)加裝反坦克導(dǎo)彈，直升機(jī)伴隨突擊入敵后的輕裝部隊(duì)作戰(zhàn)，支援地面部隊(duì)完成反坦克任務(wù)的同時(shí)保護(hù)地面部隊(duì)免受敵無人機(jī)的打擊。上圖所示的是美軍直升機(jī)機(jī)載激光武器概念圖，概念圖中AH-64采用了類似的掛載方案，值得注意的是，該概念圖為了美觀將激光繪制為紅色，而實(shí)際上相當(dāng)多的高功率激光工作于近紅外波段。

此外，我們亦可利用目前對(duì)直升機(jī)和無人機(jī)的研究基礎(chǔ)，就高能激光對(duì)直升機(jī)和無人機(jī)的毀傷效果開展研究，確認(rèn)加裝在各種平臺(tái)上的激光武器攔截低空飛行器的效果，探尋規(guī)避高能激光傷害的方法，例如，當(dāng)收到激光武器照射時(shí)快速俯沖，增加對(duì)方瞄準(zhǔn)的難度，并利用旋翼揚(yáng)起大量沙塵或水霧，阻擋高能激光的傷害。

關(guān)鍵詞： 機(jī)載激光武器