美攔截洲際彈道導彈的機載激光反導計劃分析

導語

4月，美國防部導彈防禦局發布信息徵詢書，向工業界徵詢2025年左右完成兆瓦級激光器地基樣機的可行性。兆瓦級激光器是美國專門用於在助推段攔截敵方洲際彈道導彈的「機載激光器」（ABL）項目的核心組成部分。這是自2011年ABL項目中止以來，美首次就相關技術開展大規模研究，預示著美欲重啟激光助推段反導計劃，這將對美全球反導系統建設和國際戰略平衡產生深遠影響。

一、美激光反導計劃及相關背景

1．美對激光反導計劃投資巨大

激光助推段反導計劃是美打造全球導彈防禦體系的重要組成部分，是美「全頻譜」（助推段-中段-末段）攔截洲際彈道導彈的關鍵一環。激光反導計劃主要依託「機載激光器」項目，通過在波音747-400F型飛機的頭部安裝一部兆瓦級激光器炮台，利用前沿部署的方式，在400千米外用高功率激光追蹤並摧毀敵方處於助推段飛行的洲際彈道導彈。從1996年至2011年，美先後為該項目投入53億美元，並於2009年和2010年進行了3次反導攔截試驗，取得部分成功，其中2010年2月的試驗成功攔截了固體和液體燃料彈道導彈，有效攔截距離達到160千米。

2．「機載激光器」項目因技術等原因被迫中止

儘管「機載激光器」項目在試驗中取得一些進展，但在研發中也暴露出諸多問題：

一是項目設計要求太高，與當前技術基礎脫節。該項目要求機載激光器能夠在400千米摧毀彈道導彈，但激光殺傷技術仍處技術探索階段，難以達到設計要求，2010年的ABL試驗只實現160千米外摧毀目標靶彈，繼續提升難度很大。

二是激光器功率受到飛機體積及載重量的嚴重製約。由於攻擊距離過遠，發射的激光被空氣中的灰塵、水濕等雜質阻隔，產生較大衰減，作用到目標表面能量密度不足，而要增大激光器的功率，與搭載平台波音747的容積及重量形成衝突。

三是技術發展路線過於激進。美軍在ABL項目上採用陸基彈道導彈防禦系統「邊試驗邊改進」的發展模式，直接進入整機樣機試驗，不盡如人意的試驗結果使項目陷入風險中。

四是經費超支嚴重，項目一拖再拖。過高的技術指標和現實技術之間的差距導致項目研發進度不斷拖延，繼而引發嚴重的經費超支。

2011年12月，考慮到ABL項目在短期內難以達到技戰術要求，同時成本過高，為削減國防預算開支，美國防部中止該項目。

3．美繼續探索激光助推段反導相關技術

ABL下馬後，美國導彈防禦局並沒有完全放棄激光助推段反導技術，繼續從多個方面秘密開展研究：

一是繼續開發高能激光技術。從2015年至今，導彈防禦局一直資助兩項高能激光技術的研發，即勞倫斯利弗莫爾國家實驗室研發的「二極體泵浦鹼性氣體激光器」（DPALS）和麻省理工學院林肯實驗室研究的「光纖組合激光器」（FCS），目標是提高激光器的功率，同時大幅降低激光器的體積和重量，以備技術成熟之後，重啟激光助推段反導系統。

二是探索新的激光器搭載平台。ABL項目中止後，國防部開始推進無人機搭載激光武器進行助推段反導的概念。由於無人機可更前沿部署甚至深入敵國境內，能在小於400千米範圍內摧毀處於助推段飛行的洲際彈道導彈，因此無人機激光反導成為國防部重點研究的方向。2017年，導彈防禦局聯合波音公司、通用原子公司和洛克希德·馬丁公司共同完成一項無人機反導技術演示驗證試驗，將整個系統包括一部跟蹤激光器、一部低功率打擊激光器以及一套光束控制系統集成到一架高空無人機上。

二、美激光助推段反導技術下步發展方向

此次美導彈防禦局發布關於「推動激光器快速發展」的信息徵詢書，旨在推動工業界加大力度研究大功率激光器，為美軍後續重新啟動「機載激光項目」打下基礎。根據該徵詢書，可以看出美未來助推段反導技術的發展思路：

1．完成兆瓦級激光器演示樣機

首要任務是驗證2025～2026年完成兆瓦級激光器樣機的可行性。兆瓦級激光器採用電泵浦定向能技術，是美機載助推段反導的核心部件。之前ABL項目失敗，關鍵問題就是兆瓦級激光器難以達到項目要求。因此，此次國防部發出的需求文件，要求工業界重點研究兆瓦級電泵浦激光器，以達到在助推段摧毀敵方彈道導彈的水平，並且能夠在未來6～7年內製造出相應的地基演示樣機。

2．提出高功率激光器的綜合解決方案

徵詢書提出，除提升激光器功率外，還要提升高功率激光器的綜合性能，相關的概念需求包括：一是減小激光器的尺寸和重量。為適應未來的反導作戰平台，必須限制激光器的尺寸和重量。包括激光器及電力管理和熱能管理子系統在內的整體系統，其功率密度必須限制在2～4千克/千瓦。二是提升電-光轉化效能。電-光轉化效能是機載激光器提高功率降低質量的必要條件，徵詢書中要求激光器的電-光轉化效率必須達到48%以上。三是激光發射持續時間必須持續2～60秒。四是能源儲備系統必須保證激光器每次充電能夠全功率運行120秒以上。五是研究激光器運行時的電力管理子系統和熱能管理子系統。

3．實現激光器從實驗室到工業化的轉變

此外，美國防部《2020財年國防預算申請》也透露出未來激光反導的一些發展思路：導彈防禦局計劃從2020年開始用3年時間實現「推動激光器快速發展」項目從實驗室轉向工業部門，並計劃2023年開始建造「具有戰略意義的激光器」。為此，導彈防禦局將加大資金投入，2020財年用於「定向能演示驗證樣機開發」項目的資金將比2019年增加75%，從6600萬美元提高至1.16億美元。

4．繼續探索未來的激光器搭載平台

導彈防禦局在徵詢書中並未明確提出大功率激光器的搭載平台，只是要求大功率激光器的地面演示樣機必須具備技術成熟和質量較輕的技術特點，以適應未來作戰平台。可見，關於未來是繼續利用波音747飛機作為搭載平台還是改用大型無人機，目前還未有定論。但據報道，2019年導彈防禦局將與波音、通用原子和洛·馬公司分別簽訂價值2600萬美元的合同，繼續研發將追蹤激光器、打擊激光器和光束控制系統集成到高空無人機上的關鍵技術。

三、對美重啟激光反導計劃的幾點看法

1．激光助推段反導將是美未來反導系統建設的重心

一是助推段反導是美全球反導體系建設的「短板」。美全球反導體系建設包含四大支柱：陸基中段反導系統（GMD，攔截洲際彈道導彈）、海基「標準-3」中段攔截系統（可攔截射程3500千米的彈道導彈，未來可攔截洲際彈道導彈）、「薩德」末段高層防禦系統搭配「愛國者-3」末段低層防禦系統（可攔截中短程彈道導彈）、助推段攔截系統。目前，前三部分都已大量部署並正在逐步升級改造，而助推段攔截系統仍處於技術探索階段，嚴重製約了美全球反導體系建設。

二是激光助推段反導具有其他反導系統不具備的獨特優勢。助推段是彈道導彈飛行過程中最脆弱的階段，此時彈頭與彈體沒有分離，整個目標體型巨大，飛行速度較慢，並且無法像中段/末段那樣採取機動變軌、釋放誘餌和多彈頭分離等突防措施，更易於跟蹤和攔截。而助推段攔截面臨反應時間短和需要抵近攔截等缺點，機載激光器正好彌補這一缺陷。因此美對激光助推段反導一直難以割捨。

三是激光技術正在逐步走向成熟。儘管2011年美軍中止了「機載激光器」項目，但通過實施該項目，美在高能激光器技術、能源製備和光束控制等領域均取得了很大進展。近年來，美繼續投資激光研發項目，很多技術難點正在突破，這些為未來新型機載激光反導系統發展打下了堅實基礎。

2．大功率、小型化、無人化是美激光反導的發展方向

一是提高功率，目前美軍方正在研發的幾種激光器，功率已經達到100千瓦級，2015年波音公司曾進行了300千瓦的激光試驗，但實際輸出功率僅為100～200千瓦，從地面射擊空中目標時射程為10千米，而從空中發射打擊地面和空中目標時射程為20千米。導彈防禦局希望能在2022年製造實際功率達300千瓦級的激光器，但這與機載激光助推段反導所需的兆瓦級功率還有很大距離。

二是減小尺寸和重量。要將追蹤激光器、進攻激光器、光束控制系統、電力管理系統、熱能管理系統全部整合到一個作戰平台中，小型化是必由之路。2018年，麻省理工學院林肯實驗室研發的光纖組合激光器的功率密度已達5千克/千瓦；今年勞倫斯利弗莫爾國家實驗室即將演示驗證的二極體泵浦鹼性氣體激光器功率密度甚至提高到3千克/千瓦。

三是採用無人機作為搭載平台。目前，無人機已廣泛應用於各個作戰領域，同樣無人機也適應於激光反導項目，美軍也正在開展一系列研發和試驗計劃。儘管目前美還未明確未來激光器的搭載平台，但無人機作為未來助推段反導激光器的搭載平台的可能性大大增加。

3．美突破激光助推段反導的技術難點絕非易事

儘管美意圖重啟機載激光助推段反導計劃，但該計劃仍面臨許多令人生畏的技術挑戰，未來能否取得突破仍是個未知數：

一是提高激光器功率與降低激光器重量和體積之間的矛盾。要將激光器功率提升到兆瓦級，激光器的重量和體積就會嚴重影響系統的整體效能，甚至使搭載平台難以升高至所需的作戰高度。

二是大氣擾動補償和平台振動問題。由於激光不能拐彎，機載激光器必須一次性將直徑40厘米的激光束聚焦到直徑不超過1米的導彈上，要在400千米外實現這一目標，對機載追蹤裝置的精度要求非常高。但由於大氣擾動和飛機飛行時不斷振動，導致追蹤裝置難以在遠距離聚焦導彈。

三是搭載平台的生存能力和重負荷下長航時運行問題。由於對手的洲際彈道導彈都在遠離國界的地方發射，因此反導激光器的搭載平台必須儘可能靠近國界甚至越界打擊，這對其生存能力提出了很大挑戰。此外，搭載平台需要在重負荷條件下進行長時間的巡航，對其能量供應和動力系統也提出了非常高的要求。

來源 ：美國《防務內情》/圖片來自互聯網

軍事科學院軍事科學信息研究中心 陳銀娣

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