嚴(yán) 毅，穆學(xué)楨，張寧華，彭志永，謝光輝

（航空工業(yè)中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院，洛陽 471009）

激光武器是一種利用高能激光束的熱效應(yīng)、力學(xué)破壞、輻射破壞等直接殺傷目標(biāo)的定向能武器。美國(guó)空軍從20世紀(jì)70年代就希望把激光武器裝上飛機(jī)，一是實(shí)現(xiàn)機(jī)載平臺(tái)對(duì)來襲導(dǎo)彈的自衛(wèi)；二是用于空中反導(dǎo)反衛(wèi)等，有效提高空軍的作戰(zhàn)能力和生存能力。然而，由于早期的化學(xué)與氣體激光器在體積、質(zhì)量和安全性等方面的固有缺陷，相關(guān)研究未能轉(zhuǎn)化成裝備。隨著近年來固體激光器和光纖激光器技術(shù)的發(fā)展，瞄準(zhǔn)載機(jī)自衛(wèi)應(yīng)用的目標(biāo)，國(guó)內(nèi)外興起了新的研究熱潮，用于自衛(wèi)攔截來襲空空、面空戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的機(jī)載激光武器已經(jīng)成為機(jī)載定向能武器的研究重點(diǎn)方向之一。

空空/面空導(dǎo)彈是空中作戰(zhàn)平臺(tái)的主要威脅，目前防御手段以紅外誘餌與電子干擾等被動(dòng)對(duì)抗為主。但是，隨著大面陣紅外成像制導(dǎo)體制的應(yīng)用和多模制導(dǎo)技術(shù)的發(fā)展，導(dǎo)彈制導(dǎo)方式越趨先進(jìn)，抗干擾能力和目標(biāo)命中概率不斷提高，空中平臺(tái)傳統(tǒng)被動(dòng)對(duì)抗措施的有效性日益下降。加裝激光武器可以破壞導(dǎo)彈的光敏元件，使之無法尋得，也可破壞導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)部件，使其失控或者解體。同時(shí)激光武器具有攻擊速度快、火力持續(xù)性強(qiáng)、效費(fèi)比高的優(yōu)點(diǎn)，與傳統(tǒng)防御手段相比可形成代差優(yōu)勢(shì)，可有效提高空中平臺(tái)的戰(zhàn)場(chǎng)生存能力[1]。

1 自衛(wèi)激光武器主要目標(biāo)分析

機(jī)載自衛(wèi)激光武器的主要作戰(zhàn)對(duì)象是防空戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈，防空戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈主要包括空空導(dǎo)彈和地空導(dǎo)彈。空空導(dǎo)彈的特點(diǎn)是飛行速度較快，最高能達(dá)到5 Ma左右，一般的作用距離在幾十km，主要有紅外和雷達(dá)兩種制導(dǎo)模式。地空導(dǎo)彈地面保障系統(tǒng)復(fù)雜程度不同，工作模式不同導(dǎo)致地空導(dǎo)彈制導(dǎo)模式較多，但主要制導(dǎo)模式與空空導(dǎo)彈相類似。防空戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈作為精確制導(dǎo)武器，制導(dǎo)系統(tǒng)是激光武器最優(yōu)打擊部位。近程導(dǎo)彈一般采用紅外光電制導(dǎo)模式，中遠(yuǎn)程導(dǎo)彈一般采用雷達(dá)制導(dǎo)的模式。

空空導(dǎo)彈和地空導(dǎo)彈的工作特點(diǎn)和制導(dǎo)方式基本類似，但是空空導(dǎo)彈相對(duì)于地空導(dǎo)彈發(fā)射距離更近，飛行速度更快。因此，空空導(dǎo)彈的作用時(shí)間較短，這就要求激光武器在短時(shí)間內(nèi)選擇易毀部件，完成捕獲、跟蹤、瞄準(zhǔn)并實(shí)施打擊，同時(shí)空空導(dǎo)彈口徑相對(duì)更小，對(duì)于機(jī)載激光武器系統(tǒng)的響應(yīng)時(shí)間、跟瞄精度和毀傷效能的要求更高，因此本文主要針對(duì)空空導(dǎo)彈進(jìn)行分析。

目前，空空導(dǎo)彈主要分為雷達(dá)制導(dǎo)和紅外制導(dǎo)兩種模式。其中典型代表包括美國(guó)AIM–120、AIM–9X空空導(dǎo)彈以及歐洲流星、IRIS–T導(dǎo)彈等。兩種制導(dǎo)體制中比較有代表性的是AIM–120以及AIM–9X導(dǎo)彈。

1.1 AIM–120“阿姆拉姆”(AMRAAM )先進(jìn)中距空空導(dǎo)彈

AIM–120“阿姆拉姆”(AMRAAM )先進(jìn)中距空空導(dǎo)彈是美國(guó)研制并裝備使用的第4代雷達(dá)型空空導(dǎo)彈，也是當(dāng)今世界最先進(jìn)入現(xiàn)役的、具有發(fā)射后不管和多目標(biāo)攻擊能力的雷達(dá)型空空導(dǎo)彈（圖1）。

圖1 AIM–120系列改進(jìn)發(fā)展圖Fig.1 AIM–120 series development roadmap

AIM–120具備全天候、超視距、發(fā)射后不用管和多目標(biāo)攻擊能力，由4個(gè)主要部分組成：最前面是制導(dǎo)單元，包括主動(dòng)雷達(dá)末制導(dǎo)導(dǎo)引頭、平面天線和TWT放大發(fā)射機(jī)，天線外面是陶瓷天線罩，發(fā)射機(jī)后是電子單元，之后是慣導(dǎo)單元和武器艙，包括主動(dòng)雷達(dá)近炸引信和戰(zhàn)斗部，導(dǎo)彈的后半部分是火箭發(fā)動(dòng)機(jī)和電動(dòng)舵機(jī)。AIM–120系列主要型號(hào)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)如表1所示[2]。

表1 AIM–120系列主要型號(hào)戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)Table 1 Main tactical and technical indexes of AIM–120

1.2 AIM–9X“響尾蛇”近距格斗空空導(dǎo)彈

AIM–9X是第4代AIM–9響尾蛇系列導(dǎo)彈，是美國(guó)海軍空中系統(tǒng)司令部（NAVAIR）領(lǐng)導(dǎo)的海軍和空軍聯(lián)合項(xiàng)目，也是該系列導(dǎo)彈的最新型號(hào)，在AIM–9M的基礎(chǔ)上發(fā)展改進(jìn)，在設(shè)計(jì)上有幾處重大改進(jìn)（圖2）。

圖2 AIM–9X空空導(dǎo)彈Fig.2 AIM–9X air-to-air missile

AIM–9X導(dǎo)彈采用128×128的中波銻化銦焦平面陣列紅外成像制導(dǎo)系統(tǒng)，導(dǎo)引頭采用了藍(lán)寶石頭罩，并采用了內(nèi)部低溫制冷系統(tǒng)和雷錫恩公司的跟蹤系統(tǒng)（圖3）。AIM–9X的主要戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)如表2所示。

表2 AIM–9X詳細(xì)參數(shù)Tabel 2 AIM–9X main parameters

圖3 AIM–9X導(dǎo)引頭Fig.3 AIM–9X seeker

2 自衛(wèi)激光武器作戰(zhàn)應(yīng)用分析

2.1 毀傷模式分析

根據(jù)激光武器的功率大小和工作模式，可以對(duì)導(dǎo)彈目標(biāo)造成“軟毀傷”和“硬毀傷”兩種毀傷模式。其中軟毀傷主要針對(duì)導(dǎo)彈導(dǎo)引系統(tǒng)，使其導(dǎo)引能力下降或者失效，導(dǎo)致脫靶量增大。對(duì)于采用紅外制導(dǎo)模式的導(dǎo)彈，其光電裝置損傷閾值比較低，小功率的激光即可“致盲”，甚至使其永久性損傷；對(duì)于雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈，激光輻照可對(duì)其天線罩表面炭化或改性，使其測(cè)角誤差斜率超標(biāo)，導(dǎo)致導(dǎo)彈制導(dǎo)效能下降。硬殺傷主要針對(duì)導(dǎo)彈的結(jié)構(gòu)組件、整流罩、天線罩、發(fā)動(dòng)機(jī)、藥柱以及戰(zhàn)斗部，造成其穿孔、燒蝕、燒穿、折斷，甚至空中爆炸解體[3]。對(duì)典型導(dǎo)彈的具體毀傷模式如表3所示。

表3 激光對(duì)典型導(dǎo)彈目標(biāo)的毀傷模式Table 3 Laser damage mode of typical missile target

激光武器自衛(wèi)作戰(zhàn)時(shí)，根據(jù)載機(jī)飛行方向和導(dǎo)彈飛行軌跡的位置關(guān)系分析，導(dǎo)彈頭部的導(dǎo)引系統(tǒng)最易受到激光武器瞄準(zhǔn)和攻擊，是首選的攻擊部位。因?yàn)閷?dǎo)彈在飛行過程中，彈軸大部分時(shí)間正對(duì)目標(biāo)，導(dǎo)彈的導(dǎo)引探測(cè)系統(tǒng)需要始終指向目標(biāo)，且根據(jù)比例導(dǎo)引特點(diǎn)，為保證末端的攻擊性能，導(dǎo)彈在飛行后半段的攻角都會(huì)盡量控制，基本控制在20°以下。因此，自衛(wèi)飛機(jī)發(fā)射的激光容易照射導(dǎo)彈頭部，不容易照射導(dǎo)彈彈體。一般而言，紅外導(dǎo)彈由于是光學(xué)探測(cè)體制，即便其探測(cè)波段與輻照激光不處于同一波段，也更容易受到激光輻照損傷。目前典型的紅外制導(dǎo)空空導(dǎo)彈光學(xué)系統(tǒng)主要分為折反式和透射式兩種，折反式主要是采用卡塞格林光學(xué)系統(tǒng)，透射式主要是采用透鏡組成像，具體如圖4所示。相對(duì)而言，折反式系統(tǒng)由于會(huì)聚光路前端部分多數(shù)采用反射鏡，對(duì)于輻照的高能激光不僅沒有阻斷過濾作用，反而會(huì)將進(jìn)入系統(tǒng)的光束能量會(huì)聚，使得光路后端的濾光系統(tǒng)和探測(cè)器更容易受到毀傷。透射式光學(xué)系統(tǒng)一般會(huì)采用特定波段的光學(xué)材料，如中紅外導(dǎo)彈一般采用硅、鍺材料制作光學(xué)透鏡，而目前的高能短波激光很難穿透此類透鏡進(jìn)入到后端的探測(cè)系統(tǒng)中，因此相較于折反式光學(xué)系統(tǒng)，透射式光學(xué)系統(tǒng)更難被高能激光輻照毀傷，AIM–9X導(dǎo)彈據(jù)稱采用的就是透射式光學(xué)系統(tǒng)。

圖4 折反式與透射式光學(xué)系統(tǒng)Fig.4 Catadioptric and transmissive optical system

對(duì)于雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈，其導(dǎo)引頭一般采用陶瓷天線罩，如圖5所示。陶瓷材料屬于透光性較差的材料，且其耐高溫性能特別優(yōu)異，受激光輻照時(shí)，難以被激光熱燒蝕熔融破壞。但是陶瓷材料塑形變形區(qū)極小，脆性大，極易斷裂，因此如果受到脈沖形式激光沖擊，容易被激光脈沖引起的應(yīng)力以及雜質(zhì)缺陷吸收激光能量而導(dǎo)致局部炸裂破壞?？傮w而言，雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈相對(duì)于紅外光學(xué)制導(dǎo)導(dǎo)彈毀傷難度更大。

圖5 典型雷達(dá)導(dǎo)彈陶瓷天線罩Fig.5 Ceramic radome of typical radar missile

2.2 能力需求分析

對(duì)于典型空空導(dǎo)彈，近距格斗彈典型發(fā)射距離是5～10 km，中遠(yuǎn)距導(dǎo)彈典型發(fā)射距離在20 km以上，同時(shí)按照美國(guó)相關(guān)作戰(zhàn)條例，對(duì)于大飛機(jī)目標(biāo)或者較遠(yuǎn)距離發(fā)射時(shí)，一般會(huì)前后發(fā)射兩枚導(dǎo)彈以確保對(duì)目標(biāo)的摧毀。因此要真正實(shí)現(xiàn)載機(jī)自衛(wèi)防護(hù)，對(duì)機(jī)載激光武器系統(tǒng)最低要求為系統(tǒng)有效作用距離不低于5 km；能夠完成對(duì)兩枚前后來襲導(dǎo)彈的毀傷；為保證載機(jī)安全，毀傷最小距離不得低于2 km。

根據(jù)美國(guó)海軍實(shí)驗(yàn)室2008年提交的研究報(bào)告[4]，對(duì)于初始光斑半徑為ω0，傳輸距離為L(zhǎng)的激光束，通過聚焦系統(tǒng)聚焦后，目標(biāo)位置處的長(zhǎng)時(shí)平均光斑大小為

式中，Lfocal為系統(tǒng)聚焦距離；θspread為系統(tǒng)總的發(fā)散半角，包括衍射極限發(fā)散半角θdiff、光束質(zhì)量引入的發(fā)散半角θquality、大氣湍流引入的發(fā)散半角θturb、機(jī)械抖動(dòng)半角θjitter、熱暈發(fā)散半角θbloom，其關(guān)系為

式中，θdeff=λ/πω0；θquality=（β–1）θdiff；θturb=1.6λ/πr0；r0=0.184（λ2/C2nL）3/5；C2n為大氣湍流強(qiáng)度。由式（1）和（2）可以看出，當(dāng)聚焦于目標(biāo)位置處，即L=Lfocal時(shí)，光斑最小，此時(shí)ω（L）=θspreadL。假設(shè)激光波長(zhǎng)為1.06 μm，系統(tǒng)發(fā)射口徑為350 mm，初始光斑半徑為175 mm，大氣傳輸光束質(zhì)量為4，湍流強(qiáng)度為10–6m–2/3，傳輸距離20 km，機(jī)械抖動(dòng)2 μrad時(shí)，傳輸總的發(fā)散半角為7.64 μrad，聚焦光斑半徑為152.8 mm，光斑面積為733.5 cm2。當(dāng)發(fā)散全角為15 μrad時(shí)，光斑面積為706.5 cm2。在晴天空氣質(zhì)量良好的情況下，以中緯度鄉(xiāng)村型地區(qū)10 km高度，能見度23 km使用條件為例[5]，大氣透過率如圖6所示。

圖6 晴天條件下大氣透過率Fig.6 Atmospheric transmittance on sunny days

導(dǎo)彈殼體材料多為金屬或合金，當(dāng)照射激光功率密度為103～106W/cm2，在其固定部位輻照3～5 s時(shí)，材料局部區(qū)域會(huì)發(fā)生熔融毀傷[6]?？紤]實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)彈的硬毀傷，在激光到靶密度為103W/cm2情況下的激光武器發(fā)射功率與有效作用距離的關(guān)系見表4。假設(shè)發(fā)射功率為50 kW,則系統(tǒng)有效作用距離僅為5.2 km，在2～5 km距離范圍內(nèi)，要?dú)麅擅犊湛諏?dǎo)彈則有效的毀傷時(shí)間不能超過1.5 s，考慮轉(zhuǎn)火時(shí)間，有效毀傷時(shí)間則在1 s左右，而根據(jù)已有文獻(xiàn)[7]表明，103W/cm2的到靶功率在1 s時(shí)基本不能實(shí)現(xiàn)對(duì)導(dǎo)彈的硬毀傷，因此要真正實(shí)現(xiàn)載機(jī)的有效自衛(wèi)防御，激光發(fā)射功率至少應(yīng)在100 kW以上，對(duì)目前的高能激光器系統(tǒng)和機(jī)載平臺(tái)集成都有較大實(shí)現(xiàn)難度。

表4 作用距離和發(fā)射功率對(duì)照表Table 4 Comparison table of operating range and transmitting power

同時(shí)，為保證到靶功率密度，通常要求光斑直徑≤2倍彈徑，以典型主動(dòng)雷達(dá)型空空導(dǎo)彈AIM–120為例，要求遠(yuǎn)場(chǎng)光斑直徑不超過350 mm?？紤]激光武器在15 km的距離上對(duì)導(dǎo)彈進(jìn)行攻擊，則要求激光的束散角不超過20 μrad；考慮大氣傳輸?shù)挠绊?，高精度跟瞄要求輻照光斑抖?dòng)范圍為光斑直徑的1/3～1/5[8]，因此對(duì)精確跟瞄照射精度要求在5～8 μrad左右。在高動(dòng)態(tài)對(duì)抗條件下實(shí)現(xiàn)μrad量級(jí)的跟瞄精度，對(duì)機(jī)載自衛(wèi)激光武器也是巨大的挑戰(zhàn)。

3 機(jī)載激光武器發(fā)展現(xiàn)狀分析

自20世紀(jì)70年代以來，美國(guó)通過多個(gè)項(xiàng)目支持了機(jī)載激光武器研究工作，從ALL到ABL、從ATL到SHiELD項(xiàng)目，圖7為美國(guó)主要機(jī)載激光武器項(xiàng)目的起始年份。不同項(xiàng)目針對(duì)的目標(biāo)不同，但總體分為戰(zhàn)略反導(dǎo)和戰(zhàn)術(shù)自衛(wèi)兩類。通過多年的研究，美國(guó)在機(jī)載激光武器研究方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)，但是機(jī)載激光武器始終沒有真正走入戰(zhàn)場(chǎng)應(yīng)用，在這中間存在著各種技術(shù)與工程問題。以目前美國(guó)空軍主要支持的SHiELD項(xiàng)目為例，簡(jiǎn)要分析下機(jī)載激光武器目前的發(fā)展現(xiàn)狀。

圖7 美國(guó)機(jī)載激光武器項(xiàng)目開展情況Fig.7 Progress of American airborne laser weapon project

SHiELD項(xiàng)目是美國(guó)空軍作戰(zhàn)司令部和空軍研究實(shí)驗(yàn)室（AFRL）正在開發(fā)的自動(dòng)防御高能激光驗(yàn)證系統(tǒng)，SHiELD項(xiàng)目計(jì)劃分為3個(gè)方面、兩個(gè)階段開展相關(guān)研究工作，3個(gè)方面主要包括提升下一代緊湊環(huán)境的激光器（LANCE）、激光吊艙研究與發(fā)展（LPRD）以及束控和航空效應(yīng)研究與發(fā)展（BARD）。兩個(gè)階段分為：第1階段飛行試驗(yàn)將驗(yàn)證激光器能夠在足夠遠(yuǎn)的距離追蹤目標(biāo)，并隨即以極快的速度打擊目標(biāo)；第2階段將集成激光器，并在作戰(zhàn)環(huán)境下評(píng)估激光器性能。目前LPRD項(xiàng)目由波音公司承包，BARD由諾斯羅普·格魯曼公司承包，LANCE項(xiàng)目由洛馬公司承包[9]。

SHiELD項(xiàng)目已經(jīng)進(jìn)行了一些地面試驗(yàn)，2019年4月23日，在白沙導(dǎo)彈靶場(chǎng)完成了試射任務(wù)，試射中擊落了飛行中的多枚導(dǎo)彈（但未透露擊落導(dǎo)彈的具體種類和型號(hào)），地面原理樣機(jī)如圖8所示。該項(xiàng)目的飛行試驗(yàn)原計(jì)劃在2020財(cái)年開展，但根據(jù)美國(guó)戰(zhàn)區(qū)網(wǎng)2020年6月30日?qǐng)?bào)道，美國(guó)空軍推遲了SHiELD首次機(jī)載驗(yàn)證試驗(yàn)，由2021年推遲到2023年，給出的原因是新冠疫情和其他技術(shù)因素影響。

圖8 SHiELD項(xiàng)目路線圖及地面原理樣機(jī)Fig.8 SHiELD roadmap and prototype of ground principle

綜合而言，機(jī)載激光武器研究幾起幾落，前期進(jìn)展順利的SHiELD項(xiàng)目也遭遇延期，可見機(jī)載激光武器雖然一直備受關(guān)注，且國(guó)內(nèi)外也投入了大量的研究經(jīng)費(fèi)，但是面臨的技術(shù)挑戰(zhàn)還是非常大，相關(guān)應(yīng)用的具體問題目前并沒有得到徹底解決。

4 機(jī)載自衛(wèi)激光武器的影響與挑戰(zhàn)

機(jī)載自衛(wèi)激光武器一旦應(yīng)用，將給現(xiàn)有的空戰(zhàn)模式和航空武器裝備體系帶來較大的沖擊與影響，具體來說包括以下3個(gè)方面。

（1）對(duì)傳統(tǒng)空戰(zhàn)戰(zhàn)法的變革。

空空導(dǎo)彈都有不可逃逸攻擊區(qū)的概念，是指飛機(jī)做任何形式機(jī)動(dòng)都會(huì)被攔截的導(dǎo)彈最大、最小發(fā)射邊界。一般而言，在不可逃逸攻擊區(qū)發(fā)射的導(dǎo)彈，命中概率較高，且發(fā)射載機(jī)可以在此距離使用發(fā)射后脫離戰(zhàn)術(shù)，保證攻擊有效性的同時(shí)避免進(jìn)入敵方攻擊距離，利用先進(jìn)的導(dǎo)彈最大程度地獲取戰(zhàn)場(chǎng)的主動(dòng)權(quán)。但是一旦自衛(wèi)激光武器成熟應(yīng)用，即便在不可逃逸攻擊區(qū)發(fā)射的導(dǎo)彈也有較大可能被攔截失效，這將直接導(dǎo)致類似發(fā)射–脫離–再入的推磨作戰(zhàn)戰(zhàn)法失去核心作戰(zhàn)能力，使建立在現(xiàn)有導(dǎo)彈優(yōu)勢(shì)上的空戰(zhàn)理論發(fā)生顛覆性改變。

（2）部分取代現(xiàn)有近距機(jī)載武器。

受大氣傳輸以及機(jī)載平臺(tái)載荷限制，機(jī)載激光武器難以遠(yuǎn)距離實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的毀傷，但是相較于傳統(tǒng)的航炮、近距格斗彈而言，激光武器具有攻擊速度快、射擊穩(wěn)定性好、無后坐力、無污染、直接命中、無需考慮彈道和提前量、作戰(zhàn)效費(fèi)比高等特點(diǎn)，同時(shí)只要有能源供給，理論上具有無限彈艙。因此機(jī)載自衛(wèi)激光武器未來不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)導(dǎo)彈目標(biāo)的防御攔截，在對(duì)抗無人集群目標(biāo)、打擊近距地面或空中目標(biāo)等方面也具有較好的應(yīng)用前景，可以大部分取代現(xiàn)有航炮和紅外近距格斗彈的功能。

（3）促進(jìn)導(dǎo)彈光電對(duì)抗技術(shù)的發(fā)展。

隨著激光武器技術(shù)的發(fā)展，各軍事強(qiáng)國(guó)也在采取措施對(duì)抗激光武器的威脅，從而促進(jìn)了導(dǎo)彈導(dǎo)引頭和彈體的激光防護(hù)技術(shù)研究。比如在光電系統(tǒng)中，對(duì)激光具有敏感性和易損性的部位，采取抗激光加固措施，消除或降低激光對(duì)光學(xué)整流罩、光學(xué)元件和探測(cè)器的損傷；在彈體和發(fā)動(dòng)機(jī)殼體上，采用耐高溫材料或高反射材料，提高損傷閾值或?qū)⒓す獯蟛糠帜芰糠瓷涞?，從而減小高能激光對(duì)彈體內(nèi)部器件和發(fā)動(dòng)機(jī)的影響，保護(hù)導(dǎo)彈不受損傷。

機(jī)載激光武器雖然有好的應(yīng)用前景，但縱觀其發(fā)展歷程和目前情況來看，實(shí)現(xiàn)機(jī)載激光武器列裝應(yīng)用的技術(shù)挑戰(zhàn)還十分巨大，具體包括以下3方面。

（1）武器系統(tǒng)裝機(jī)挑戰(zhàn)。

機(jī)載激光武器裝機(jī)主要考慮3個(gè)方面： 一是載機(jī)可接受的武器系統(tǒng)體積重量；二是載機(jī)可提供的能源；三是激光武器搭載的位置和可接受的發(fā)射口徑大小。體積重量方面，根據(jù)目前和將來可能的戰(zhàn)斗機(jī)能力水平，可搭載激光武器系統(tǒng)重量不能超過1000 kg，體積應(yīng)不超過2 m3。具有實(shí)戰(zhàn)效能的高能激光武器系統(tǒng)功重比要在5 kg/kW以內(nèi)，這里的功重比5 kg/kW不僅包括激光輸出部分，同時(shí)還應(yīng)包括配套的水冷與電源，目前要實(shí)現(xiàn)這個(gè)指標(biāo)的難度非常大。能源供應(yīng)方面，高功率激光器工作時(shí)需要系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)提供極高的功率（數(shù)百千瓦以上），目前飛機(jī)可提供的整體供電可能也就幾百千瓦，與機(jī)載激光武器要求有較大差距。另外激光武器發(fā)射轉(zhuǎn)塔在飛機(jī)上的布置也會(huì)影響激光武器的能力。如果采用吊艙或轉(zhuǎn)塔形式，需要考慮吊艙或轉(zhuǎn)塔的氣動(dòng)外形對(duì)飛機(jī)氣動(dòng)力的影響，以及氣流對(duì)激光光束傳輸?shù)挠绊?，裝備隱身飛機(jī)時(shí)，集成時(shí)還需要考慮保形設(shè)計(jì)以及窗口的隱身處理等問題，搭載集成的難度較大。

（2）基礎(chǔ)技術(shù)挑戰(zhàn)。

除了激光器與跟瞄等普適技術(shù)外，機(jī)載自衛(wèi)激光武器還要解決載機(jī)附面層氣流校正以及高速目標(biāo)毀傷驗(yàn)證等基礎(chǔ)技術(shù)問題。當(dāng)載機(jī)以超聲速或亞音速飛行時(shí)，其周圍會(huì)形成復(fù)雜的附面層氣流場(chǎng)，圖9為轉(zhuǎn)塔類型激光武器周圍流場(chǎng)圖。這種流場(chǎng)的不均勻性會(huì)導(dǎo)致光學(xué)折射率的不均勻，進(jìn)而影響光束的傳輸。傳統(tǒng)解決大氣湍流擾動(dòng)的方式是采用自適應(yīng)校正光學(xué)系統(tǒng)，但是對(duì)于超音速附面層大氣以及自衛(wèi)防御作戰(zhàn)應(yīng)用而言，傳統(tǒng)的自適應(yīng)校正方式一是校正頻率難以匹配附面層氣流的高頻變化，二是自適應(yīng)校正一般是由目標(biāo)返回的信標(biāo)光提供校正的波面相位數(shù)據(jù)，而自衛(wèi)防御中，目標(biāo)尺寸較小且在持續(xù)運(yùn)動(dòng)中，難以通過回波有效解算校正相位。另外對(duì)于高速運(yùn)動(dòng)條件下的導(dǎo)彈目標(biāo)，激光輻照效應(yīng)與地面靜態(tài)試驗(yàn)必然有較大差距，需要研究相關(guān)的毀傷效應(yīng)。

圖9 機(jī)載激光武器轉(zhuǎn)塔周圍流場(chǎng)示意圖Fig.9 Flow field around turret of airborne laser weapon

（3）對(duì)抗技術(shù)挑戰(zhàn)。

激光武器有其明顯的優(yōu)點(diǎn)，但激光毀傷基本原理也決定了其有無法回避的缺點(diǎn)。（1）激光武器雖然是光速到達(dá)，但不是光速毀傷，毀傷需要時(shí)間積累，在高動(dòng)態(tài)目標(biāo)對(duì)抗時(shí)，有效的輻照時(shí)間決定了激光武器的成敗，一旦目標(biāo)采取自轉(zhuǎn)或者快速機(jī)動(dòng)變化的工作模式，將導(dǎo)致激光武器的殺傷效能大幅度下降[10]。（2）激光武器要求的輻照精度非常高，對(duì)跟瞄系統(tǒng)的穩(wěn)定性、快速性和精確性都有較高要求，目標(biāo)如果采用干擾對(duì)抗激光跟瞄系統(tǒng)的方式，將導(dǎo)致高能激光無法準(zhǔn)確輻照而失去作戰(zhàn)效能。美國(guó)計(jì)劃2021年啟動(dòng)的反高能激光（C–HEL）項(xiàng)目就是發(fā)展一種能夠在高能激光武器毀傷之前探測(cè)、定位并擾亂激光武器殺傷鏈并為多種武器裝備提供激光防護(hù)措施及作戰(zhàn)概念。因此即便機(jī)載自衛(wèi)激光武器走向成熟，也有可能因?qū)辜夹g(shù)的發(fā)展而導(dǎo)致無法真正發(fā)揮出實(shí)戰(zhàn)效能。

5 結(jié)論

用于載機(jī)的自衛(wèi)防御是機(jī)載激光武器的重要應(yīng)用方向之一，要實(shí)現(xiàn)對(duì)來襲防空戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的有效攔截防御，需要激光輸出功率達(dá)到百千瓦以上，跟瞄精度達(dá)到μrad量級(jí)，還要解決相應(yīng)的裝機(jī)問題以及大氣傳輸問題，以目前技術(shù)水平來看，機(jī)載自衛(wèi)激光武器仍然面臨巨大的挑戰(zhàn)，在5～10年內(nèi)實(shí)現(xiàn)的可能性較小。同時(shí)機(jī)載自衛(wèi)激光武器還面臨未來激光對(duì)抗技術(shù)的挑戰(zhàn)，即便實(shí)現(xiàn)列裝，激光打擊與導(dǎo)彈對(duì)抗也會(huì)在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)處于對(duì)抗升級(jí)、共同進(jìn)步的狀態(tài)，但是隨著機(jī)載激光武器的使用，未來空戰(zhàn)場(chǎng)將更加變幻莫測(cè)。