以上所列的任何一项实现起来都有很大的技术难度。为了达到这些目标,武器开发人员在很多领域做了大量工作。这些工作分为两个方面,即光束控制与火控。两者之间很难划分一条明确的界限,但大体上可以这样来区分:光束控制的任务包括引导光束并将其聚焦在目标上,通常还需要对大气引起的光束畸变进行校正;火控决定武器系统的指向并控制发射,其任务包括对目标识别和跟踪,触发发射机制,并对毁伤效果进行评估。
2.高能激光武器的破坏效应
高能激光武器主要依靠热作用破坏目标关键部件,达到摧毁目标的目的。例如,在飞机或坦克的油箱上烧一个洞可以引起油箱爆炸;烧断“保险”装置可以导致炸弹和导弹提前爆炸或失效;破坏控制或制导系统可以使导弹落到远离目标的地方。
高能激光武器对目标的破坏效果主要取决于激光在目标上产生的辐照度,光束在目标点稳定停留的时间,以及辐射与目标相互作用的机制。其中作用时间可以根据需要选定,作用机制与光束特性及目标的物理、几何特性有关,而激光在目标点产生的辐照度则由激光的光束质量、功率、束直径、波长、目标距离等决定,这些量又与光源种类、传输介质的特性等因素有关。
连续激光具有较低的功率,因而一般不能立即引起破坏,加热目标达到破坏阈值温度可能需要几秒钟的时间。在这样长的时间里,光束的抖动会使光斑偏离目标点,等到光斑再回到目标点时,先前产生的热量已扩散开。当目标采取适当的对抗措施时,这一问题尤为突出。因此,高能激光武器设计者对脉冲激光更感兴趣,高重频短脉冲激光引起材料温度的急剧变化,足以使玻璃、陶瓷一类材料炸裂。高强度短脉冲激光也可引起金属或其他材料表面爆炸性汽化,产生的冲击波透过目标结构传播引起机械损伤。
虽然高能激光武器摧毁目标的主要方式是造成物理损伤,但却不是唯一方式。高能激光武器在某些特殊情况下,也被用于攻击光电传感器,其中有一例就是攻击侦察卫星上的传感器。因为对侦察卫星来说,传感器被破坏就相当于整个卫星完全报废;另一方面则由于卫星轨道高度低则数百千米,高则可达数万千米,这样的高度远非在战场上攻击传感器的低能激光武器所能及。
四、激光武器战斗实例
1.前苏联致盲美国卫星
1975年,印度洋上空出现了一桩怪事。10月18日,印度洋上空万里无云,一颗在地球上空运行的美国预警卫星,像往常一样,按照北美防空司令部的旨意,在监视前苏联的重要军事目标。同时以它那敏锐的“目光”,俯视着下边地面上的各种变化,它装备有特制的望远镜和一组硫化铅探测器,能感受到弹道导弹发射时所辐射的红外线。同时,还有一颗向地面转发信号的卫星和它遥遥结伴而行,共同执行这项任务。当它飞临摩尔曼斯克一带的上空时,开动了电视摄像机,同时采用遥感设备对目标进行透视检查。正在预警卫星不慌不忙地窃取发射场和海军船坞情报的时候,突然,一束强光向它射来,速度之快,根本无法躲避,预警卫星明亮的“眼睛”瞬间便被弄瞎了,它像醉汉一样失去了控制,在空中摇晃起来。它试图向它的同伴发出警报,但无济于事。自旋稳定平衡系统的电子仪器也受了伤,只见它摇摇晃晃,连姿态都无法保持平衡,因而与地球另一面的美国主人失去了联系。这时,它的同伴也未能幸免,其情况跟它差不多,一串强光也使它失去了自我控制能力。
原来,卫星上的红外传感器暂时失灵,就像正在行走的人突然致盲一样,眼前一片黑暗,一阵“晕眩”。这一切当然瞒不过北美防空司令部的“眼睛”,那里的荧光屏一天24小时跟踪着它的卫星,也监视着太空。美国人知道,卫星失控,除了内部故障,往往包括两种可能:一是不可抗拒的宇宙射线,二是来自神秘地方的高能电波或激光束。美国专家紧紧地盯着荧光屏,焦急地等待着。几分钟后,一切恢复了正常,人们这才松了一口气。可是在这之后,同样的事情又连续发生了几次,有一次,卫星致盲的时间竟达4小时之久。
同年11月7日至18日,美国空军的另外2颗卫星在沿着椭圆轨道运行飞越前苏联上空的时候,又发生了类似的情况。美国五角大楼紧张起来了,一时之间,各种各样的猜测都有。
真相究竟如何?原来,美国的这种侦察卫星是为了检查1972年第一轮限制战略武器协议情况而发射的,目的是监视前苏联的战略武器协议执行情况。这颗卫星遭暗算的时候,它所执行的侦察任务正是监测前苏联十分机密的事情。
前苏联在摩尔曼斯克的这个船坞确实正在进行一项秘密的施工,目的是研究潜艇水下发射战略弹道导弹的多弹头,试验多弹头的分导技术。但这项秘密工程没有瞒过美国的侦察卫星,招致美国卫星的反复侦察。苏方当然不愿意让美国的“间谍”卫星窥见自己的秘密,为此,前苏联使用了他们的最新武器,于是,两束强光射出,一束击中预警卫星,一束射向中继卫星,这样北美防空司令部空间监视中心的彩色电视荧光屏上出现了它的不正常的踪影,监视联系也中断了。
2.美军打卫星实验
时光飞快流逝,转眼到了1997年。10月17日黄昏,美军气象卫星MSTI-3号正在距离地球415公里上空的环形极地轨道上悠然自得地运行,但它怎么也没有想到,一场灭顶之灾正悄悄地向它袭来。此时,在美国新墨西哥州南部沙漠深处的白沙导弹靶场的高能激光系统试验中心,一群美国陆军技术兵正操纵着中型红外高级化学激光器蓄势待发。就在阳光使该卫星发出亮光的一刹那,一束高能激光猛地从试验中心向上蹿去,一眨眼穿过天空进入太空,击中这颗日益老化的卫星。这不是小说里的故事,而是发生在美国的一次真实实验,是美国首次使用激光武器摧毁在轨道上的卫星。它的成功,标志着激光武器己发展到了太空,并初步具备了实战能力。这是美军首次使用中型红外高级化学激光器进行摧毁在轨卫星的实验,它表明美军至少已具备了使用激光摧毁敌方低轨道卫星的能力,而当时世界上还没有其他国家进行过这种实验。用激光打卫星,是激光武器在太空中使用的重大突破。
这次使用的中型红外高级化学激光器,是美国12年前开始研制的,它可以用于从地面击落导弹,摧毁洲际弹道导弹。不过,美国的激光武器研制步伐并没有就此停止,它不仅能从地面设施发射,而且还要向更强的机动性方向发展。按美国的设想,激光器将可以装备到飞机上,机载激光器将能在前线至后方90千米左右的空中做8字形飞行,并通过空中加油延长飞行时间,以便在短程导弹刚刚发射后就能拦截它。同样,装备激光器的太空战斗机中队将在远程导弹接近目标之前跟踪、锁定、击中它们,并摧毁向敌人传送目标信息的轨道卫星。
美国激光打卫星的实验,加剧了人们对空间越来越军事化的忧虑,认为此举还可能对商业和科学航天器造成不利影响。俄罗斯外交部认为这项实验可能向建立反卫星武器系统迈出了重要一步,并对这项实验是否符合反弹道导弹条约的规定提出了质疑。法国则认为,这项实验是美国旨在打乱其他国家的卫星计划,是维持自己太空观测霸权的一个姿态。
从全球角度看,一个令人担心的问题是,美国用中型红外高级化学激光器攻击卫星,可能会引起一场祸患无穷的全球性反应,促使其他国家竟相开发激光武器,从而对所有在太空中运行的航天器构成极大的威胁。就连美国的一位反卫星武器专家也说:“我们最有价值的卫星往往是最容易受攻击的卫星”。
看不到的能量——高功率微波武器
一、巨大的烤肉武器
微波武器是高功率(峰值功率100兆瓦以上)微波武器的简称,又称射频武器,它是利用定向发射的高功率微波束毁坏敌方电子设备和杀伤敌方作战人员的一种定向能武器。这种武器的辐射频率一般在1~30吉赫(1吉赫=1000兆赫),功率在1吉瓦以上,其特征是将高功率微波源产生的微波经高增益定向天线向空间发射出去,形成高功率、能量集中且具有方向性的微波射束,使之成为一种杀伤破坏性武器。它通过毁坏敌方的电子元件、干扰敌方的电子设备来瓦解敌方武器的作战能力,破坏敌方的通信、指挥与控制系统,并能造成人员的伤亡。
高功率微波武器的基本原理是,首先将初级能源(电能或化学能)经过能量转换装置(强流加速器或爆炸磁压缩换能器等)转变成为高功率强流脉冲电子束,在高功率微波器件内有特殊的设计,电子束与电磁场相互作用,产生高功率的电磁波,电磁波经低衰减定向发射装置变成高功率微波波束发射,在到达目标表面后,经过“前门”(如天线、传感器等)或“后门”(如小孔、缝隙等)耦合入目标的内部,干扰、致盲或烧坏电子传感器,或使其控制线路失效,也可能烧坏其结构。
高功率微波武器主要分为单次使用的微波弹和重复频率的发射装置两种类型。微波弹又分为常规炸药激励和核爆激励两种。目前主要研究的是前一种,它可以通过在炸弹或导弹战斗部上加装电磁脉冲发生器和辐射天线的方式来构成高功率微波弹,利用炸药爆炸压缩磁通量的方法把炸药能量转换成电磁能,再由微波器件把电子束能量转换为微波脉冲能量,并由天线发射出去。
重复频率的发射装置由能源系统、重复频率加速器、高效微波器件和定向能发射系统构成。多脉冲重复发射装置可使用普通电源,能够进行再瞄准,也可以多次打击同一目标。
高功率微波武器与传统的武器相比,它能够以光速对敌人的电子系统进行全天候攻击;利用最少的目标特征信息对目标进行攻击;在特定的作战等级上进行“外科手术式”的打击(毁伤、中断、性能下降);没有严重的传输问题;产生的附带损伤很小;具有方向性,但又有一定的覆盖范围,能攻击多目标,简化瞄准和跟踪;采用电源供电,“弹仓”大,作战成本低;峰值功率高,也可实现高平均功率,可攻击多种目标。
高功率微波武器的主要作战对象为:雷达、战术导弹(特别是反辐射导弹)、预警飞机、卫星、通信设备、军用计算机、隐身飞机、车辆点火系统等。根据所需功率等级和作战目标的不同,其效能可分为以下几个方面。
(1)干扰作用。当使用0.01~1微瓦/平方厘米功率密度的微波束照射目标时,能干扰在相应频段上工作的雷达、通信设备和导航系统,使其无法正常工作;当功率密度达到0.01~1瓦/平方厘米时,可导致雷达、通信和导航设备的微波器件性能下降或失效,还会使小型计算机芯片失效或被烧毁。
(2)“软杀伤”作用。当使用功率密度为10~100瓦/平方厘米的强微波束照射目标时,其辐射形成的电磁场可在金属目标表面产生感应电流,通过天线、导线、金属开口或隙缝进入飞机、导弹、卫星、坦克等武器系统的电子设备的电路中,如果感应电流较大,会使电路功能产生混乱、出现误码、中断数据或信息传输、删除计算机存储或记忆信息等。如果感应电流很大,则会烧毁电路中的元器件,使电子装备和武器系统失效。
(3)“硬杀伤”作用。当使用功率密度为1000~10000瓦/平方厘米的强微波束照射目标时,能在瞬间摧毁目标、引爆炸弹、导弹、核弹等武器。
(4)对人员的影响。高功率微波武器对人员的杀伤分为“非热效应”和“热效应”两类。前者是由较弱的微波能量照射引起的,后者是由较强的微波能量照射引起的。当人员受到3~13毫瓦/平方厘米的微波束照射时,会产生神经混乱、行为错误、烦躁、致盲、心肺功能衰竭等现象;功率密度达10~50毫瓦/平方厘米,频率在10吉赫以下时,人员会发生痉挛或失去知觉,飞行员受到照射后会发生坠机事件;当功率密度达到0.5瓦/平方厘米时,可造成人员皮肤的轻度烧伤;功率密度达到20~80瓦/平方厘米时,仅需照射1秒种,即可造成人员死亡。
高功率微波武器的出现,在一定程度上可以认为是电子战向更深层次的发展,其特点是攻击性更加突出、范围更广,并能对设备和人员造成不同程度的杀伤。因此,高功率微波武器技术的发展将对武器系统和人员的防护提出更高的要求,对作战范围、作战方式和作战效果产生重大影响,从而使军事上电磁频谱的对抗进一步升级。
二、像烤肉一样杀敌
电子束以光速或接近光速通过等离子体的时候,会产生定向微波能量,如果将这种波束能量高度集中,就会变成一种具有很强杀伤力的武器。基于这种原理,微波武器利用高增益定向天线,将强微波发生器输出的微波能量会聚在窄波束内,从而辐射出强大的微波射束(频率为1~300吉赫兹的电磁波),用以摧毁目标或杀人敌方人员。微波武器是靠射频电磁波能量打击目标的,所以它还有个名称叫“射频武器”。