李朝龍,崔旭濤,趙 寒,張 維,王 宇

(1.軍事科學院戰(zhàn)爭研究院,北京 100086；2.陸軍研究院,北京 100010；3.32048部隊,北京 100010)

1 引 言

新時代條件下陸軍防空任務正在受到新型遠程精確無人武器的巨大挑戰(zhàn),傳統(tǒng)遠中近程防空武器系統(tǒng)亟需進行變革性重組和加入新型防空力量,戰(zhàn)術激光武器的創(chuàng)新運用由此孕育而生。通過評估美俄在敘利亞戰(zhàn)爭中,可以得出以激光制導武器、加載激光系統(tǒng)的無人化武器正在廣泛參與現(xiàn)代戰(zhàn)爭的各個層面,特別是針對陸戰(zhàn)場的集中投入使用,表現(xiàn)出精確制導化程度高、對抗傳統(tǒng)干擾技術強、雷達信號捕獲難、反制措施有限等特點。戰(zhàn)爭形態(tài)的悄然演變,一方面正在推動陸軍裝備不斷發(fā)展高新概念作戰(zhàn)武器系統(tǒng),另一方面也對陸軍現(xiàn)有對抗裝備的升級改造提出新的要求。

2 戰(zhàn)術激光武器的主要特征

激光武器是采用發(fā)射激光束直接毀傷目標的定向能武器,相比較傳統(tǒng)毀傷武器,屬于效費比優(yōu)良的陸軍近程防空反導武器系統(tǒng)。主要具有以下技術特征:

(1)波長短,衍射效應小；戰(zhàn)術激光武器的波長越短,則能量越大,其破壞性和殺傷力也越大。但也存在容易被空氣散射,導致有效距離極大縮短。

(2)發(fā)射速度瞬時。戰(zhàn)術激光武器實現(xiàn)以光速毀傷敵方目標,可以達成發(fā)現(xiàn)即摧毀。但也對情報預警提出更高要求,需提供一定作戰(zhàn)準備時間。

(3)系統(tǒng)運轉(zhuǎn)只需保障電力。在確保電力充足的條件下,不依賴彈藥等后勤物資供應,在配合相關地面武器系統(tǒng)使用中,可極大減輕其他軍需器材的保障壓力。

(4)抗干擾能力強。激光傳輸基本不受外界電磁對抗干擾,可在復雜電磁對抗戰(zhàn)場環(huán)境中作戰(zhàn),攻擊的目標使用現(xiàn)有電磁干擾技術無法躲避戰(zhàn)術激光武器打擊。

(5)效費比突出。多數(shù)防空導彈的成本相對過于昂貴,其中硬件如火箭發(fā)動機、導引系統(tǒng)、電子設備、彈體等都屬一次性消耗。而戰(zhàn)術激光武器發(fā)射過程中僅消耗電能,成本可控較低,對于攻擊侵入空域經(jīng)濟價值不高、數(shù)量較多的目標,以及陸域清障排雷等任務,戰(zhàn)術激光武器優(yōu)勢明顯。

3 主要任務清單及效能

本文主要定位國土防御及邊境反擊作戰(zhàn)條件下的戰(zhàn)術激光武器作戰(zhàn)運用和防御作戰(zhàn)目標分析。未來戰(zhàn)術激光武器在陸戰(zhàn)場重點運用于野戰(zhàn)防空任務和要點、要地防空任務。其可能任務清單包括:

3.1 反空地末端光電精確制導武器

現(xiàn)代戰(zhàn)爭中國土防空和海上防空的點防空已從反飛機臨空轟炸為主轉(zhuǎn)向以反精確制導武器攻擊為主,對于有重大價值的敏感點目標,包括地面點目標(如軍事、政治指揮部和廣播電臺、電視臺等)和海上艦船,是精確制導武器攻擊的重點。精確制導武器包括巡航導彈、各類空地導彈、各類反艦導彈和制導炸彈,目前,這些武器既是軍事強國的關鍵性武器,也是多數(shù)采用光電制導系統(tǒng)的武器。采用戰(zhàn)術激光武器對抗強敵精確制導武器如能可靠實現(xiàn),將成為決定現(xiàn)代戰(zhàn)爭勝敗的關鍵環(huán)節(jié)。

3.2 反低空突防戰(zhàn)斗機、武裝直升機、查打無人機

未來空襲環(huán)境將日趨復雜嚴峻,低空突防戰(zhàn)斗機、武裝直升機、查打無人機是現(xiàn)代地面防空的重要作戰(zhàn)對象。在NSSIM仿真平臺中建立以上相關武器及場景對應的想定,以美軍武器性能為例,見表1 NSSIIN仿真平臺中激光武器參數(shù)設置,形成敵我兵力部署及空襲路線圖,根據(jù)仿真模擬結(jié)果,如圖1無/有戰(zhàn)術激光武器參加的作戰(zhàn)效能分析,可得出激光武器融入防空體系對體系效能的影響,與敵方空襲兵器數(shù)量及我方裝備結(jié)構有關。在近程防空作戰(zhàn)中,在一定范圍內(nèi),隨著敵方空襲兵器數(shù)量的增加,使用激光武器代替部分傳統(tǒng)防空武器,將使整個體系的作戰(zhàn)效能得到提高。

表1 NSSIIN仿真平臺中激光武器參數(shù)設置

圖1 無/有戰(zhàn)術激光武器參加的作戰(zhàn)效能分析

3.3 低慢小相關目標

低慢小相關目標多數(shù)采用大量高密度、高強度的尼龍材料、碳纖維、環(huán)氧樹脂等作為重要制作原料。戰(zhàn)術激光武器對以上材料在高強度輻照下可瞬時產(chǎn)生毀傷效果,激光燒蝕是一個瞬態(tài)熱分析過程,利用ANSYS軟件對激光燒蝕尼龍材料的溫度場變化進行數(shù)值模擬,表明使用功率密度為100 W/cm2的高斯光束對尼龍材料目標照射,在相同功率密度條件下,均勻分布的光束相比高斯分布的光束對材料的燒蝕效果更明顯,可對低慢小目標進行功能性毀傷。

3.4 戰(zhàn)術光電觀瞄支援分隊目標壓制與毀傷。

戰(zhàn)術激光武器在陸戰(zhàn)場中主要可編配于地面防空力量,形成配搭防空導彈、高射炮等武器的一體化防空火力網(wǎng),實現(xiàn)在遠、中、近程防空反導能力的提升和火力防御強度。

4 戰(zhàn)術激光武器在陸戰(zhàn)場中實際運用

4.1 毀傷光電探測系統(tǒng)

光電精確制導武器的導引系統(tǒng),以及無人機的光電控制感應系統(tǒng),其中用于偵察導引和精確打擊的核心元器件主要依賴波段不同的光電探測感應器材。該器件可使用激光對其進行壓制,從而使其失效和無法感應,這是戰(zhàn)術激光武器的主要作用原理。

戰(zhàn)術激光武器由于其高能量入射激光透過對抗目標光學系統(tǒng)匯集到焦平面附近的光電探測器表面,利用光學增益效果提高靶面能量密度,達到材料損傷閾值后,可以造成探測器熔融毀傷,繼而對讀出電路等配套電子設備形成結(jié)構性損傷和功能性破壞,導致光電探測器失去效能。對帶有濾光功能的光學系統(tǒng),可以損傷濾光片膜系或基底材料,導致透光率、工作波段等性能參數(shù)發(fā)生徹底改變,降低或失去精確制導能力。

激光制導的核心器件是四象限探測器,其由四個獨立二極管構成,工作原理主要是依據(jù)四個象限信號取差計算角偏差,因此四個象限響應度必須一致以保持高定位精度。由于探測器位于導引頭光學系統(tǒng)焦面附近,具有較高的光學增益,當入射激光通過導引頭光學系統(tǒng)會聚到探測器表面任何一個象限,對其造成損傷后,將導致被破壞象限響應度降低甚至完全無信號輸出,四個象限響應一致性大幅下降。當其他三個象限仍正常接收目標反射激光信號,就會產(chǎn)生固定角偏差和脫靶量,使導彈偏離目標飛行,最終無法準確命中目標。

成像制導武器光電探測器件和無人機載光電偵查傳感器均是弱光探測系統(tǒng),靈敏度高,且位于導引頭光學系統(tǒng)焦平面上,光學增益高,因此,易受激光損傷。入射激光通過光學系統(tǒng)會聚后在探測器表面產(chǎn)生高能量密度,當激光輻射足夠強時,將對成像器件數(shù)個象元造成破壞,使讀出電路電極短路或斷路,進而導致器件無圖像信號輸出,導引頭無法鎖定目標實施精確制導,命中精度大幅降低。

激光測距機雪崩二極管探測器具有高響應度和量子效率。為提高測程,常采用較大入瞳尺寸,獲得高光學增益。激光通過測距機光學系統(tǒng)會聚后,能量密度大幅提高,達到雪崩二極管損傷閾值后,對其造成損傷,無法接受激光回波信號,失去測距功能。

當機載光電觀瞄/火控系統(tǒng)的偵察光電傳感器、激光測距機雪崩二極管探測器受到損傷,將不能對目標實施成像偵察,難以鎖定目標、獲取距離信息,火控計算機就無法解算彈道參數(shù)、控制武器投放,不能精確命中目標,喪失核心能力。

4.2 激光毀傷飛行器殼體

飛行器機身部件材料主要有鋁、鎂、鋼、鈦、鎳、陶瓷、石墨等,戰(zhàn)術激光武器可以通過利用激光的高能量密度特性直接輻照飛行器殼體,產(chǎn)生熱熔融過程,并燒蝕相關器件。其毀傷目標的主要原理是:目標在戰(zhàn)術激光武器的持續(xù)高強度照射下,其作用部分被瞬間加熱、升溫,當目標被激光照射部分的溫度升高到目標材料的熔化溫度時,目標在被激光照射處形成凹坑或造成穿孔,甚至由于高溫高壓產(chǎn)生熱爆炸,造成目標結(jié)構功能破壞。

4.3 主要運用方式

按照戰(zhàn)術激光武器在陸戰(zhàn)場不同作戰(zhàn)行動、防御任務、威脅等級,可進行相對應的防御部署,通常有三種方式:點防御方式、區(qū)域防御方式、伴隨防御方式(如圖2所示)。

圖2 防御部署方式

5 戰(zhàn)場實際需求和發(fā)展探討

5.1 伴隨防護

當前,傳統(tǒng)防空武器普遍存在點射能力弱問題,自動速射高射炮多管組合形式雖然能夠解決部分問題,其機動能力制約了實戰(zhàn)效果。戰(zhàn)術激光武器的發(fā)展前景和運用特點,使其成為進程防空武器的可以預期的有效補充手段,對陸戰(zhàn)場的防御作戰(zhàn)機動化有大幅提升作用,可以適應伴隨防空作戰(zhàn)任務的實際需求。

5.2 要地防空

目前光電對抗準備體系中,結(jié)合外軍激光武器的應用發(fā)展趨勢,戰(zhàn)術激光武器系統(tǒng)是可以預期具有實戰(zhàn)運用前景的新型激光對抗武器裝備,可以彌補傳統(tǒng)電子對抗裝備存在的不足和弱項,其具有的高精度光電跟瞄、激光損傷及多目標對抗能力,更加能夠適應未來高端戰(zhàn)爭中機動性、精確性、火力持續(xù)性等需求,在時效性和復雜性顯著突出的陸戰(zhàn)場中遂行各種防空護衛(wèi)任務,為要地防空提供有效途徑。還能配合其他光電對抗武器進行網(wǎng)絡化協(xié)同作戰(zhàn),形成對抗功能與作用距離梯次配置的防空護衛(wèi)光電對抗裝備系統(tǒng),提升綜合防護軍事效益。

5.3 末端防御

戰(zhàn)術激光武器系統(tǒng)可作為末端防御系統(tǒng)的組成部分之一,與光電信息分系統(tǒng)、綜合對抗分系統(tǒng)、防空制導炮彈分系統(tǒng)等共同組成末端防御系統(tǒng),如圖3所示。

圖3 末端防御系統(tǒng)的組成示意

以上系統(tǒng)中,光電信息分系統(tǒng)的作用是為各個分系統(tǒng)提供目標信息,并通過戰(zhàn)術網(wǎng)絡進行互聯(lián)互通,確保戰(zhàn)術激光武器與其他系統(tǒng)進行協(xié)同作戰(zhàn),達成對目標的遠近中程全覆蓋、點面結(jié)合、分層分次、多種手段有效防護。

末端防御武器系統(tǒng)配備具有硬毀傷、光電對抗和激光毀傷能力的多型武器,可實現(xiàn)多層梯隊式防御攔截,如圖4所示。

圖4 多層防御攔截示意

戰(zhàn)術激光武器系統(tǒng)可在8～20 km電子干擾層與綜合光電對抗系統(tǒng)配合協(xié)同,對來襲目標實施干擾,在3～8 km激光毀傷/彈炮摧毀組合層通過對目標光電探測器實施毀傷,配合近防高炮、防空導彈、光電對抗實現(xiàn)中段防空功能,在0.5～3 km光電欺騙/彈炮摧毀組合層通過攔截“低慢小”飛行物,由防空導彈與綜合對抗系統(tǒng)對來襲目標進行毀傷/誘偏,協(xié)同完成末段防護任務。