五角大楼研究空间激光战斗站

发布时间：82年03月28日

编译林志信

根据（美国）国防部最近估计，高能激光武器技术已经进展到如此地步：以空间为基地的化学激光器能够摧毁在发射期间的弹道导弹。

发展空基激光武器能力的动向正在促使美国改变它的激光武器发展规划，五角大楼正着手提出空间激光战斗站所需的各种系统。

直到最近，各种激光规划的重点一直放在舰船防海上导弹与攻击机、野战军防空及大型轰炸机防空-空和地-空导弹这样一些近期应用方面。

军事部门要继续试验激光对目标的致命性，但是，这些规划被推迟了，经费被削减了，很清楚，目前重点改在发展空间技术。

据估计，按照目前步伐，发展美国卫星自卫用或防弹道导弹用的种种空间激光战斗站的技术，需要7~10年时间。为着发展一个重要的空间高能激光武器系统，同时需要考虑的因素包括：

奠定激光器，光学装置，以及拦截、扫描和跟踪系统的技术基础。

快速更换目标的能力和战斗管理。

第一代激光武器与其它常规手段的成本效率比较。

美国战略防御政策和1972年反弹道导弹条约对部署常规的和激光的武器系统的限制。

在抵抗苏联核弹头弹道导弹攻击时，必须指出激光的杀伤机理：十分准确命中目标，在特定时间内供给热应力或冲应力，并且快速转向跟另一个目标交战。

按照工业部门和五角大楼的官员看法，主要问题之一是，需要一个十分完整的激光武器网，包括拦截和跟踪目标必备的传感器以及战斗站的设计。

激光武器的火控系统必须具有特殊的能力。“激光必须以极高精度进行瞄准，这就要求火控子系统要特别准确给光束控制子系统指出瞄准点”，一位国防部高级官员说。“除此之外，要发挥激光武器火力潜力，火控系统还必须很快领会到与之交战的目标已被完全摧毁无法再执行其任务，使激光能够立即转到下一个目标。”

按目前高能激光规划关于研制的进度和经费安排，要到1985~1987年才能断定各种空基武器系统的可行性，这就是说，轨道战斗站最早要到九十年代中期才能投入使用。

不过，国会在加紧对国防部施加压力，以便加速研制反卫星和防弹道导弹用的空基激光武器。

最近一项研究断定，由各种系统的设计师和工程师组成的一个小组，完成一种激光战斗站的详细设计，需要二年以上。根据研究，“不完成这一步，要制定一个发展和部署的规划那是没有现实基础的”，“没有明确的设计，以今日技术施工，其结果将是进度严重脱节和成本增高。”

国防高级研究设计局控制着大多数涉及空基高能激光武器的研究和发展项目。该局的规划集中在各个领域中共同遇到的关键技术问题。这些问题是：

高能激光器——五角大楼确定，激光器的平均输出功率至少20千瓦，或者单脉冲能量至少30千焦。

光学装置——用于聚焦和调节光束的反射镜、望远镜和窗口。

拦截、扫描和跟踪系统——用于检测目标并把光束中的光子能量辐射给目标以便在足够时间内摧毁目标的各种传感器。

根据Alpha规划，国防高级研究设计局正在指导研制输出功率为5兆瓦的柱形化学激光器。

国防高级研究设计局的化学激光器研制工作大：约花1400万美元。TRW和Rocketdyne两家正在研制的化学激光器，使用氢和氟作燃料，以2.7微米波长，用连续波方式发射。

按照Alpha进度表，将于1983~19 S5年对激光器进行论证。

三个重要的光学规划正在按照国防高级研究设计局与航空空间工业部门签订的合同实施。论证工作跟Alpha规划一样，安排在1983~1985年进行。三个规划之一，大型光学论证实验，用来论证制造和控制空基激光系统所需的直径4米反射镜的能力。试验首先在地面进行。两个工业小组——Hughes飞机公司和Lockhpead导弹与空间公司正按大型光学论证实验规划中的合同开展工作。

实验确定中继孔径是另一个光学规划。它用来研究空基中继光学装置的应用，使地基激光器能够经空间反射镜中继它们的光束跟目标交战。可控的大孔径波阵面抽样是第三个光学规划。它用于研究高能激光系统的共适应光学技术，以便提供有效武器所需的波阵面品质（相干性）。Lockheed公司是主承包商。

Talon Gold是国防高级研究设计局的拦截、扫描和跟踪规划的代号。航天飞机将用来论证瞄准目标精度至少为0.2微弧的激光束。来自工业部门的两个重要工业小组正在这个规划中开展竞争：Rockwell国际公司和Hughes飞机公司一组作为副承包商，Lockheed公司和Sylvania公司、Ford航空空间公司与Hughes飞机公司一组作为子承包商。

拟于1981年后期选择优胜小组，Talon Gold的首次飞行安排在1985年中期。业已完成确定概念阶段，并且竞争性的实验工作正在进行之中。

根据国防高级研究设计局理事Robert R. Fossum博士看法，去年在奠定化学激光武器系统技术基础方面已经取得重大进展。“定标系统（scaled systems）的试验已经完成，并且证实了从前亚定标系统（subscaled systems）所获得的高燃料效率性能数据……。另外，还发展了一些相当于及在某些情况下超过现有器件性能的非常规概念”，Fossum补充说，“这些新概念燃料效率高、重量轻，相当于减轻空间激光武器系统的重量，或者说具有储存更多燃料的能力。”

国防高级研究设计局还主持激元稀有卤化物气体激光器（excimer rare gas halide lasers）和自由电子激光器的研究工作。这些激光器在可见光谱较短波段工作，允许使用较小光学装置，尤其在空基武器方面。

自由电子激光器被国防高级研究设计局描述为“最激进概念之一”。它把有关的电子束能量转变成光能，因而兼有粒子束加速器和高能激光器技术。自由电子激光器将是一种可调谐的器件，国防高级研究设计局倾向于以这种技术跟激元激光器技术相竞争，尽可能作为空基应用。

激元激光器利用电子束电离气体，离子经历一种化学变化过程达到受激状态，从而发出激光。

按照国防部官员看法，这些激光器在输出功率和输出效率两方面都比早期紫外激光器提高了一个量级。这位官员说，它们之所以令人信服地用作武器系统，就在于当比功率为每升100兆瓦时约有10%输入电能变成输出光。

自由电子激光器利用更高能量电子束与静止磁场相互作用，在光学波长方面得到增益，很像在微波频时的行波管。按国防高级研究设计局官员看法，虽然激元激光器电效率为10 ~ 20%，然而自由电子激光器潜在效率则为30 ~ 40%，并且不存在激光介质（电子束）的折射问题。

自由电子激光器和激元激光器都是在紫外区0.3 ~ 0.5微米波段以反复脉冲方式工作。激元激光器的成果已经推广到地基应用，然而，据认为，这些激光器作为空基应用，在5000 ~ 8000公里远距离范围有明显好处。

在国防高级研究设计局的可见激光技术发展中，其目标是为空间防御和其它用途建造高平均功率器件。所指的其它用途包括：轻负载激光推进和战略激光通讯。

Fossum说，在1981财政年度以前，论证可见光波长化学激光器的单脉冲定标的规划正在实施之中。按他看法，“在1979财政年度期间，有一类化学（激元）激光器的介质均匀性（各向同性，均匀光束品质）有了明显改善，因此肯定了把高平均功率可见激光聚焦在很远距离范围的可行性，而这正是作为武器所必需的。”

Fossum在援引自由电子激光器时说，“对另一类有希望的激光器作了分析，它表明这些器件可能达到高功率水平和高的电效率。”

在大孔径光束控制方面，国防高级研究设计局正从事于最新的三种主要技术，武器系统的部件初步受到重视。研究工作旨在论证高级玻璃的焊接，已经总结出制造超纸膨胀玻璃“试验板”的技术。“热循环数据是十分有希望的，”Fossum说，“因而打算在这方面进一步发展”。

在大孔径光束控制的研制工作中，利用光束扩展器喷射和聚焦光束。光束扩展器在孔径处把小型激光源扩展开来，很像倒置的望远镜那样工作——把激光器产生的细窄准直的激光束扩展成远距离喷射所需要的大直径光束。经过远距离传输落到目标上便成为紧密聚集的相干光束。

光束的扩散角直接与波长成正比，而与光学装置的直径成反比。因此，需要具有优质、精确表面的大直径光学装置以对付热负荷。

激元激光器和自由电子激光器使用短波辐射的好处在于：在给定激光功率情况下，系统可以使用较小直径的光学装置，以减轻更为严重的制造问题之一；另一个好处是，在较短波长时，某些杀伤机理更为有效。

虽然，国防高级研究设计局的规划集中于高能激光武器技术中最关键的三项，但是对于一个有效的空基激光战斗站说来，还需要解决一些其它问题。

在1~5秒钟内拦截和跟踪导弹的能力是必要的，光束得稳定在0.05 ~ 0.1微弧精度——大约比Talon Gold试验将要论证的还精确50您以上。由于提出的监视系统能在导弹发射50秒钟内检测到信息和提供粗略跟踪数据，光学系统还应具有快速更换目标的能力。

这些都是在整个空基系统装成之前必须予以确定的技术要素，不同于企图证明高能激光器能够致命杀伤远距离目标的技术。

高能激光器按其最佳激光功率、孔径大小、推进装置和其它因素来分，有五种基本使命。即：

反卫星使命这是一种功率为0.2兆瓦、孔径为2.8米的系统。它要求在轨道上布置一组五个的反卫星激光战斗站。每个器件的光束跳动量不大于1微弧。

卫星防御这是一些功率为2~5兆瓦、孔径为4~8米、跳动量不大于0.2微弧的激光器件。需要一组5~10个的战斗站。

联合防弹道导弹用空间激光器和粒子束武器作为分层防御中第三层，分层防御包括中途进行截击的非核自寻截击飞行器和低空终端防御武器。这种联合防御体制用以对付1500~3000枚弹道导弹袭击。激光器这一层负责摧毁100~200枚袭来的导弹，以增强整个防御。激光器功率为5兆瓦，孔径4米，最小跳动量0.1微弧。需要一组18~30个战斗站。

防反弹道导弹杀伤依照这种概念，高能激光器将用以取代常规的防反弹道导弹系统。为了防止弹道导弹核弹头突破美国防线，空基激光器要把敌方导弹摧毁在发射后几秒钟处于中途助推阶段。第一代防杀伤激光系统需要若干个战斗站，每个站激光功率为10兆瓦，孔径12米，光束跳动量至少为0.05微弧。以后要利用功率为10-60兆瓦的激光器和直径30米的孔径，提高防杀伤能力，免遭大规模袭击。这两种情况，需要一组20个战斗站。

“高能激光科学家可以想象一种处于高密度恐吓环境中的武器，它能在全方位上有条不紊地从一个目标移到另一个目标，把光束聚焦在目标上，任凭目标速度变化和机动，一直对着选定的瞄准点，烧穿目标蒙皮，破坏其重要部件，或者点燃燃料或弹头，”五角大楼一位官员说。“于是，武器在得到它的完善火控系统发出的指令情况下，便打开开关，把光束辐射给目标，造成最大的威胁，并且在燃料耗尽前连续进行10次成功的战斗”。

国防高级研究设计局工作主要针对发展保护美国宇宙飞船所需要的技术。不过，这种技术基本上也可以用于反卫星和联合防弹道导弹。

根据新近估计，防反弹道导弹杀伤任务看来是超越高能激光器技术基础，至少在九十年代是如此，研制的紫外激光器看来有希望用于防杀伤任务。然而，新近估计指出，空基激光器作为分层防御中一层，可用以抗击潜艇发射的低弹道的弹道导弹袭击，或用作宽方位大体积洲际弹道导弹饱和攻击。

但是，要到1985~1987年以后才有希望作出以高能激光器作为联合防弹道导弹力量的决定，那时确定了常规反弹道导弹防御武器效力，而且完成了成本效率的比较。

激光武器有指望用来对付大量目标，即使目标从各个方向袭来。对于激光器捕捉的每个“光点”，只用很少燃料产生光束。因此，国防部一位官员说，每个装置（激光站）具有储存大量“光点”的潜力。“最后，由于光束是利用反射镜操纵的，激光器便具有在宽广视角上快速地从一个目标转移到另一个目标的能力。”

国防部和工业部门估计表明，利用航天飞机一次发射，有可能部署一个反卫星的高能激光器或一颗装有激光武器防御系统的卫星。

近来有一项研究指出，防反弹道导弹杀伤概念要求航天飞机多次发射，在轨道上装配，并使用拖船把这些系统安放在适当高度上。

近几个月来提出了空间高能激光系统生存率若干问题，并且广泛研究了战胜美国各种激光系统的种种可能设想。这些包括：苏联近几年试验过17次的凶手卫星型的反卫星，苏联新设计的具有核威力的反卫星装置，对抗激光瞄准的反反射器，空间雷，以及苏联激光武器。

研究断定，空基激光武器本来是自卫的。暂且不谈一些空间武器情况，一般说来，激光战斗站面对苏联各种威胁能够生存下来。在激光战斗站幸存情况下，尽管能力退化，但是苏联干扰通常成本高昂而且不很可靠。

当研究断定简单干扰对空间激光武器不是十分有效时，它还指出这个问题尚要继续进行评定。

五角大楼负责高能激光武器技术发展的官员认为，要使激光武器系统取得成就，必须找到涉及影响此种成就的问题。

例如，作为聚焦的高能光束，成功的激光作战是发生在烧穿目标蒙皮并破坏重要部件时。

因此，当能量瞬即被传送时，激光必须落到目标上把它摧毁，聚焦光点在目标上跳动，把光束中的能量分散在目标上，会增加杀伤所需要的时间。