定向能武器,是在很小立体角内定向发射与传输高能射束来攻击遥远目标的武器,也称射束武器或有束武器。定向能武器能在大气或真空中以很小的立体角传输能量,其传输速度等于光速或接近光速。所以,它能在瞬间打中远至几千千米外快速运动的目标(例如洲际弹道导弹的助推器、母舱、诱饵和军用卫星等),将其摧毁或予以识别,并可迅速再次瞄准。定向能武器通常包括定向能束源、发射传输系统、目标捕获跟踪识别和杀伤评估系统等部分。正在研制中的定向能武器有激光武器、高功率微波武器、粒子束武器等。
恐怖的死光——激光武器
一、神秘的激光
激光已有100多年的历史。激光器的发展史可以分为几个阶段,其中1916年爱因斯坦提出的“受激辐射”概念是其重要的理论基础。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,同第一个光子同时发射出来,这就是受激辐射。这个过程大量地重复,从而使得这种辐射输出的光得到放大,而且产生的光是相干光,所有光子的发射方向、频率、相位、偏振完全相同。
此后,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,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。
在20世纪40年代末,随着量子电子学的诞生,很快就被应用于研究电磁辐射与各种微观粒子系统的相互作用,并研制出许多相应的器件。激光武器的发明就是以这些科学理论和技术的快速发展为基础的。
一个处于稳态的系统中,通常处于高能态的粒子数少于低能态的粒子数。如果一个系统中处于高能态的粒子数多于低能态的粒子数,就出现了粒子数的反转状态。那么,只要有一个光子引发,就会迫使一个处于高能态的粒子受激辐射出一个与之相同的光子,这两个光子又会引发其他粒子受激辐射,这样就实现了光的放大。这里所说的粒子可以是原子、分子,也可以是离子等。如果加上适当的谐振腔的反馈作用便形成光振荡,从而发射出激光。这就是激光器的工作原理。
美国贝尔实验室的科学家肖洛和汤斯在1958年的时候发现了一种奇怪的现象:当他们将闪光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时,晶体的分子会发出一种强光,这种强光颜色鲜艳,始终聚在一起。根据这个奇怪的现象,他们提出了“激光原理”,受激辐射可以得到一种单色性、亮度又很高的新型光源。他们发表了关于激光器的经典论文《红外与光学激射器》,指出了受激辐射为主的发光的可能性,以及必要条件是实现“粒子数反转”,为激光的发展奠定了基础。这篇论文使在光学领域工作的科学家觉得无比兴奋,纷纷提出各种实现粒子数反转的实验方案,从此开辟了崭新的激光研究领域。
二、死光发射——激光武器
“死光”好像只是神话故事中一些具有超能力的人或科幻电影中怪物手中的武器。一束神奇的光线射出去,敌人要么当场毙命,要么立即丧失战斗能力而束手就擒;武器不是凌空爆炸,就是完全失灵。对一般普通武器无所畏惧的人来讲,“死光”就是他们的“催命符”。
这是人们想象中的效果。然而,随着科学技术的发展和作战需要的推动,这种武器逐渐由幻想变成现实。
人类对死光武器的探索由来已久。在我国古代的神话故事中,经常出现这样一位慈眉善目、笑容可掬的弥勒佛。他具有无边的法力,并且始终将人类的疾苦挂在心上。他经常手持一个圆圆的东西游走人间,这东西能够发出万丈霞光,只要用它一照,所有的妖魔鬼怪都无可遁形,只能现出原形,并且失去抵抗力,无法再危害他人。在中世纪时期,古罗马战船进攻西西里岛时,在村子里没有青壮年,只有老弱病残的情况下,当时年迈的阿基米得发动全村的妇女、儿童用镜子折射阳光,将太阳光聚集到一处,神奇般地将古罗马战船上的布篷点燃,使敌船燃起大火。敌人莫名其妙,只得丢盔弃甲,狼狈而逃。第二次世界大战中,苏军调集大量探照灯照射德军,使其头晕目眩,引起一片恐慌。
美国和前苏联早在20世纪60年代开始研究“死光”,将之列为“未来武器”,并不急于部署。数十年来,美国大约进行100次相关试验,大多在实验室进行,保持低调。美国将来可能靠“死光”武器抢占太空,有意把“死光”系统部署在月球或军事卫星上。前苏联的“死光”研究也有相当时日,20世纪80年代中期曾扬言用“死光”对付美国“星球大战”系统。在车臣战争中,俄军使用了小型“激光导弹”、激光制导炸弹和装备于飞机和装甲车的激光照射器。车臣匪首巴萨耶夫揭露俄军在车臣试验激光武器,并将其称为“毁灭之光”。
激光的问世为现代激光武器奠定了科学的基础。激光是1960年问世的。它是一种方向性极好、能量高度集中的光。激光武器正是利用激光的这种特性,利用激光束的能量攻击目标,直接杀伤、破坏目标,使其丧失作战效能。它既可以直接令人员致盲或致死,也可以干扰或摧毁敌人的武器装备。激光武器的最大特点是速度快、精度高、单发成本低、附带毁伤小。由于激光的光速极快,因此只要激光武器瞄准了目标,一旦发射就可以摧毁目标,被攻击的目标几乎没有躲避的可能。其威力巨大,完全可以置对方于死地。
激光对目标的破坏作用大致可分为软破坏与硬破坏两类。就软破坏而言,激光武器对目标的作用与影响可分为三种:
一是迷惑。用激光直接照射目标或间接地将激光反射到目标上,使之受到袭扰,引起慌乱,或者被诱骗至其他方向,偏离轨道。例如,美军的三军定向红外干扰系统,它包含一个威胁告警接收机和一台捕获跟踪器。当敌方导弹接近时,能及时向飞机驾驶员或相应人员报警,并告知对抗系统来袭方向,然后使激光束瞄准来袭导弹,干扰红外制导导弹的导引头,使之偏离预定的攻击方向。现在,美三军正在分别开展以二氧化碳激光器和固体激光器作为红外干扰源的定向红外干扰系统研制计划。准备在其研制成功后,装备到飞机、舰艇以及其他军车上,用以干扰敌方的红外制导导弹。
二是致眩。利用激光可使敌方飞机驾驶员、高炮射手等作战军事人员的眼睛短时间内眩晕,暂时失去跟踪目标的能力,为己方的作战行动提供有利时机。例如,1982年在英阿马岛战争中,曾几次出现怪事:阿根廷空军的A-4B、A-4和“天鹰”飞机在接近英国舰只上空,准备投弹轰炸时,莫名其妙地或坠海,或偏离航线,或误入英军火网被击落。一架MB339A飞机在攻击英国舰船“亚尔古水手”号护卫舰时,遭到强光照射,被迫改变攻击计划。后来阿军才明白,原来英国海军在其军舰上大量装备了激光炫目器,所谓的怪事就是激光炫目器所致。飞行员一旦被激光炫目器照射后,就会立刻眩晕或暂时失明,眼前一片模糊,当然飞机也就失去控制了。
三是致盲。使人眼致盲或使武器装备的“眼睛”致盲,激光能使人眼或光电装置完全失去观测能力,从而使作战人员和武器装备丧失战斗力。因为激光束是平行光,在进入人眼后,再经过人眼晶状体的会聚作用,在视网膜上形成一个小光斑,使激光能量高度集中于一点。而视网膜不仅是眼睛最关键的部分,也是最脆弱的部分,它吸收光的能力很强,特别是光斑所在的那部分视网膜组织,能吸收入射激光束的大部分能量,并迅速转变成热能,将视网膜烧伤,导致人眼在顷刻间失明。激光对眼睛的轻度伤害,一般要1~7天才能恢复,严重的伤害会造成永久性伤疤,使眼睛失明,以致无法恢复视力。一个人在现代战场上如果双目失明,将会丧失战斗力,只能是被动挨打。激光还能使战场上的光电装置致盲,是各种光电探测器的“克星”。激光能致盲的光电探测器主要有瞄准器、夜视仪、测距仪、前视红外系统、侦察相机、红外地平仪、目标指示器和跟踪器等。光电探测器是光电侦察、光电制导和光电火控系统等武器装备的“眼睛”。光电探测器对光信号的灵敏度极高,只能在光能量很弱的条件下正常工作。当受到激光照射时,它会失效或损坏,不能继续完成探测任务,从而使侦察设备变成“瞎子”,使制导武器失去控制。美陆军研制的近距作战激光武器和前沿激光武器就属于这类武器。
激光武器对目标的硬破坏主要是造成明显的破坏,甚至将其完全摧毁,其作用机制主要是热破坏和冲击破坏。
众所周知,子弹毁坏目标靠贯穿,炮弹毁坏目标靠爆炸……那么,激光武器是怎样摧毁和破坏目标的呢?
激光武器对目标毁坏的方式可以概括为“三招”,即热杀伤、力学杀伤、辐射杀伤。
热杀伤是激光武器拿手的“第一招”。一束强激光照射到目标上,一部分光能被目标吸收,转化为热能,使目标表层迅速熔融气化,变为缕缕蒸气,甚至会使目标发生热爆炸,破坏效果更显著。
力学杀伤是激光武器的“第二招”。当激光束到达目标上时,会在目标上形成激波,能使目标拉断,造成层裂破坏。
辐射杀伤是激光武器的“第三招”。当激光照射目标,能量达到一定积累时,目标上气化的物质就会被电离而形成一层特殊的高温等离子体云,高温等离子体云能发射紫外辐射,甚至X线辐射,进而造成目标结构及其内部电子、光学元件等的损伤。
由于标准不同,激光武器有多种分类。根据激光武器的发展水平和作战使用,一般可分为高能激光武器和低能激光武器;按作战平台可分为天基激光武器、地基激光武器、机载激光武器、舰载激光武器和车载激光武器;按用途可分为战术激光武器与战略激光武器。
低能激光武器即激光干扰与致盲武器,是重要的光电对抗装备,它只需采用中、小功率器件,技术较简单。这种武器用于反卫星时,能干扰、破坏航天器的电子器件;还能干扰跟踪器、目标指示器、测距机、观瞄设备等,并可损伤人眼,在战场上起到扰乱、封锁、阻碍或压制作用。
目前正在研制与发展的高能激光武器有战略防御天基激光武器、战区防御激光武器和战术防空激光武器。用于反卫星的主要是战略防御激光武器,是用来摧毁敌方各种侦察卫星、预警卫星,或使其失效。天基战略防御激光武器能在全球范围内拦截战略弹道导弹的助推段,遏制携带核、生、化弹头的弹道导弹造成的威胁。天基反卫星激光武器系统是部署在太空的战略激光武器,它可直接或间接(经多次反射)地向在轨卫星等目标发射高能激光,对目标进行软硬破坏,它将是未来空间攻防作战武器系统的重要发展方向。地基反卫星激光武器用于反低地球轨道卫星,能干扰、致盲和摧毁低地球轨道上的敌方军用卫星。从远距离对战区弹道导弹助推段进行拦截的是战区防御激光武器,它能使携带核、生、化弹头的弹头碎片落在敌方区域,从而迫使攻击者放弃其行动。战术防空激光武器通过毁伤壳体、制导系统、燃料箱、天线、等体流罩等方式,拦截敌方精确制导的炸弹、炮弹、导弹以反飞机和遥控飞机。
三、超级死光——高能激光武器
高能激光武器是用发射的高能激光束对目标进行毁伤。由于具有能量集中、传输距离远、打击精度高、效费比高等优点,其作战方式也被称为“发现即杀伤”。不但可以防御火箭炮、巡航导弹和直升机/无人机,还可防御反舰导弹、弹道导弹,甚至摧毁各种军用卫星。根据所载平台,具体可分为地基、车载、舰载、机载以及天基高能激光武器。随着高能激光武器的紧凑化、模块化和普及化发展,将使未来战争的军事思维和作战模式发生深刻变革。
1.复杂的高能激光武器系统
致盲人眼和传感器的激光武器在战场上已经得到实际应用,相信一定会发挥越来越重要的作用。这些武器基本上属于低能系统,适合在近距离上攻击对光特别敏感的电光装置。由于目标对一定波长的激光非常敏感,所以所需要的激光能量很低,又因为作用距离一般比较近,所以大气的存在不会造成特别严重的影响。此外,对光束质量、光学系统也没有太高的要求。对攻击传感器的激光武器,主要应注意针对不同目标选择不同的激光波长。所以,总体说来,低能激光武器具有相对简单的结构。
高能激光武器要比低能激光武器复杂得多。首先,它要求一个高平均功率的激光器。其次,需确保光束时刻指向目标,并在大气中传输相当远的距离。此外,能将很高的能量聚焦在很小面积上,并维持足够长的时间,对目标造成致命的损伤。最后,大多数高能激光武器攻击的目标在高速运动,因而需要自动识别与跟踪。对于导弹防御体系,还必须用适当方式从远距离上证实激光武器确已达到预期目的,即需要一套可靠的毁伤效果评估机制。总之,高能激光武器系统的使命可概括为以下几点。
(1)识别目标,选择适当的攻击点,并对目标进行跟踪;
(2)使光束对准目标上的选定点,并将光斑聚焦到尽可能小;
(3)补偿大气影响,尽量减小光斑抖动和能量弥散;
(4)毁伤效果评估。