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以色列机载激光武器空中开火,中国机载激光武器何时走向战场?

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上周,以色列国防部的武器和技术基础设施发展管理局和埃尔比特系统公司,成功进行了机载高功率激光武器系统快速连续拦截多个空中目标的测试,这个系统被安装在一架民用赛斯纳飞机上,在一公里以外击落了无人靶机和巡飞弹,以色列打算开发机载的高能激光武器拦截巴勒斯坦人发射的火箭弹。相比“铁穹”拦截弹5万美元的成本,激光武器每次发射成本只要几美元,而且飞机能更靠近火箭发射点进行拦截,高空飞行平台也能避免地面部署的激光武器被低空云层、湿度、灰尘和湍流削弱激光威力的问题。

激光束以光速传播,射击时不必考虑提前量,命中率极高;激光束质量近于零,几乎没有后坐力,能迅速变换射击方向,可在短时间内拦击多个目标。因此是改变未来战争形态的一种革命性武器。但目前制约激光武器实际应用的问题主要是还做不到足够大的功率。激光武器以100kw为门槛,只有达到这个水平,才能在大规模战争中有用武之地。而目前各国测试的最先进的系统,最大功率也不过30kw左右,距离这个目标还有一定距离。所以只能用来打无人机和火箭弹这种比较脆弱的目标。


美国曾经发展出了abl机载激光打击系统,用于弹道导弹上升段拦截。高空没有云层遮挡,空气稀薄,非常适合激光发挥作用。但abl采用了氧碘化学激光器,虽然功率达到了100kw,但要携带大量易燃化学品,危险性很大,而且能量利用效率低,不到10%,系统重量很大,必须靠波音747为载机,使用成本过于昂贵,生存能力也不好,因此最终烧了几十亿美元后下马。

但美国一直没有放弃机载激光打弹道导弹的计划。近年来,美国逐渐把目光集中在固体激光器上。固体激光器只用电能就能发出激光,而且电光转换效率高,散热容易,体积小,重量轻,非常适合作为机载武器。但目前固体激光器功率最多做到30kw。更大功率的激光器还在进一步研究,没有走入实际测试阶段。固体激光器主要有光纤,板条和薄片三种结构。目前光纤激光器已经接近成熟,它是用掺稀土元素玻璃光纤作为增益介质的激光器。具有效率高,体积小的特点。商业化光纤激光器的总体电光效率高达25%.这将是机载激光器的主要形式。目前单根光纤的出光功率纪录可达10kw瓦,由中国在2020年创造,想要达到100kw的目标可以采用多束光纤合束的方式,以相干合成和频谱合成等方式将多束激光融合为一束。但合束的激光品质变差,在远距离上光斑分散,杀伤力不足。需要靠算法动态调整各束激光的相位,这也是目前正在解决的问题。这方面,美国的研究更加领先。光纤激光的功率上限在数百千瓦以内。想要更大的激光功率,就要采用板条和薄片激光器,其上限可以做到MW级。大功率激光器的主要问题就是如何散热。电光转换效率也只有20%左右,80%的电能都转化为热能。要是不能及时散热,激光器很快就会烧毁。因此,激光结构的表面积越大,散热能力越强,就越容易做大功率。目前针对板条和薄片激光器结构的研究都是针对这个目标来优化。


此外,如果想让飞机上装上激光器,电源也是一大限制。目前飞机的发电机都是装在主发动机的附件机匣里,发电能力很有限。Su27发电能力不过60kw,即使目前发电能力最强的f35,其发电能力也不过250kw。有人说飞机的喷气发动机功率几十兆瓦,多提取点电能也可以啊。但是发电机是从低压压气机提取功率,如果提取功率过多,会造成低压压气机压缩能力下降,造成发动机进气不匹配,产生喘振。因此,并不是想提多少就提多少,这个在发动机设计之初就确定了,很难改动。而为了在未来给f35装上激光武器,美国打算把f135发动机进行彻底改进,使发电机可以从高压压气机轴提取功率,发电能力可以达到1MW。这样就可以安装100kw级的激光器了。而利用f35的隐身能力,它可以在更靠近对方导弹阵地的地方拦截弹道导弹,如果美国实现了这个目标,未来对中国的威胁还是很大的。而且,由于激光武器拦截敌方射来的导弹效率很高,f35在敌方防空圈生存能力也大大增加。可以说,这将是未来空战变革的一个主要方向。

通过以上分析,我们可以看到,以色列这次的实验,还达不到100kw的门槛,也只是能用于拦截哈马斯的火箭弹。但随着技术的进一步发展,终将会改变未来空战的形式。在这方面,中国也是不落后的,从60年代起,中国就非常重视激光的研究。中国工程物理研究院也多次在展览上展出拦截无人机的激光器。相信随着我国科技发展的提速,我们的机载激光武器也会走向实际战场,成为保护我国安全的一把利剑。

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