激光武器的革命——美国诺格公司计划推出300千瓦高能激光武器

随着俄罗斯将其自主研发的激光武器投入俄乌冲突实战,世界上目前50千瓦级以下的激光武器已经从研发投入实用。然而,众所周知,如果激光武器的功率不超过100千瓦,始终只能充当辅助性的角色,担任干扰拦截无人机,破坏路边IED简易爆炸装置,电子干扰等任务,无法通过极短时间的照射就给目标造成硬杀伤。而如果要提高激光武器功率,就必须加大体积,而加大体积,就意味着无法实用。这是一个难解的题。不过,美国诺斯罗普.格鲁曼公司最新公布的消息,似乎给大功率高能激光武器走向实用吹响了前进的号角。

诺格公司高能激光武器原型通过美国防部审查

据比利时陆军认知网报道,近日,诺斯罗普·格鲁曼公司完成了高能激光武器原型样机的初步设计审查,该原型具有非常前瞻性的架构,可以扩展到一万兆瓦的高功率发射水平。美国国防部对诺格公司高能激光武器原型的设计审查表明,该公司已经为激光武器投入军用提供了低成本、精确、可实现的技术方法。

实际上,早在2021年3月,美国国防部就设立了名为“高能激光缩放计划”(英文缩写为HELSI)的研究项目,并授予了斯罗普·格鲁曼公司一份价值 7200 万美元的技术展示合同,让诺格公司展示其基于相干光束技术而开发的一种激光武器原型样机设计。

所谓相干光束技术,听上去是非常陌生的。它又被称作相干光束合成技术(英文缩写CDC),它的出现,恰恰是因为目前工业界、军事界所需的激光发射平均功率难以进一步提升、遭遇瓶颈而出现的一种新技术,其基本原理,实际上就是把多个不同的激光波束经过功率放大器放大之后再利用光学的相干原理组合起来。这一技术研发出来的激光装置从外形上,很像是蜻蜓的复眼,也被称作“光学相控阵”,也有人觉得,它很像是相控阵雷达的技术。

诺格公司新型高功率激光武器想象图

安装有4组阵元的“神剑”激光武器系统正在进行测试,希望未来发射功率能够达到100千瓦,”神剑“项目当年由DARPA主导,是光学相控阵新原理的早期技术预研

从“神剑”到HELSI:采用光学相控阵新原理

诺格公司推出的相干光束合成技术的高能激光武器,并不是凭空出现的,实际上,早在几年前,美国国防部的DARPA就主导过一个名为“神剑”的相干光束合成技术的激光器项目。“神剑”是一种有望将高能激光武器发射功率提高到100~200千瓦级的大中型激光武器系统,可以安装在海基、空基和陆基大中型平台上,

早先在美军军舰上进行测试的50千瓦级高能激光近防武器,是先由六台光纤激光器产生激光,然后再利用机械光束导向和耦合技术将激光汇聚起来进行发射。而相控阵激光技术则与此有明显区别。光学相控阵技术其实直接源自微波相控阵,与相控阵雷达技术同出一源,激光和雷达波都属于电磁波范畴,区别是激光的波长和频率与雷达波不同。DARPA成功研制了光学相控阵OPA,即“光学相控阵”控制激光器,每一个“光学相控阵”模块,由3组21个光学透镜组成,每7个阵元由一台光纤激光器来提供激光束,光纤激光束发出的激光经光相控阵器件分解为7束光,通过阵元上的功率放大器、光移相器发射出去,21个阵元上的光束又汇聚在一起,形成高能激光光束。早先的相控阵激光装置,主要是用于激光雷达。但随着器件水平的提高和发射功率的提升,使得相控阵激光装置功率达到高能激光水平成为可能。相控阵激光装置看似也是由光纤激光器产生激光,然后经光相控阵装置分解又汇聚,但实际上,由于光移相器的性能远比现在的机械光束控制装置要好,因此激光耦合的损耗更小,发射功率进一步提高。而且光移相器等电子半导体部件使得相控阵激光武器的体积大大缩小,而传统激光器的机械控制装置体积极其庞大,有的甚至要占据几个房间。同时,光移相器使得激光武器不必像现在安装在军舰上的试验品一样,需要一个旋转的机械基座,相控阵激光武器跟相控阵雷达一样,可以“指哪儿打哪儿”,无须瞄准,反应和发射速度大大提高(仅为1毫秒),这就使得其完全可以替代并超越传统近距离防空武器。

在演示实验中,21组阵元的“神剑”激光武器样机在7千米远的距离成功精准命中目标,同时“神剑”的尺寸也很紧凑轻巧,21组阵元分为3簇,每簇的直径仅为10厘米。据预计,“神剑”未来的发射功率可达100千瓦级,而其尺寸和重量,仅相当于此前研制的ABL机载激光反导系统上安装的化学激光器样机的十分之一。

几年过去了,从“神剑”到诺格公司的原型样机,相信技术上已经有了更大的进步,成熟度大为提高。

用诺斯罗普·格鲁曼公司战略空间系统副总裁兼总经理罗伯特·弗莱明的话说就是:“这是将高功率激光束组合成单束光束的重要一步,该光束可按比例缩放以实现最大功率。”“利用我们在该领域数十年的经验,我们有望成功展示这项技术。”

该公司将在今年(2022年)晚些时候以越来越高的功率测试原型样机,最终的发射功率可能达到300千瓦之高,以证明相干光束组合设计原理的成功可靠。这一功率,将大大超出当时“神剑”试验的几十到一百千瓦功率水平,这也是对““光学相控阵”这一新的高能激光武器技术路线最激动人心的考验!如果该技术能够成功经受住高能激光试验,则极有可能成为未来激光武器的主要技术路线。

从演示到服役尚需时日

根据美国人一贯的武器研制规律和路线,当年“神剑”光学相控阵激光武器项目,由DARPA来主导,属于技术预研性质,技术预研成熟之后,授予诺格公司演示合同,则属于技术装备的原理性演示,如果演示也成功,下一步将进入试验样机研制阶段,如果试验样机一样顺利,则会被授予原型机研制合同,这个时候,项目就进入了军方主导的武器立项研发过程,如果这一过程也十分顺利,型号定型量产,则就会进入美国军方服役。

所以,目前尚处于美军新技术装备研发“五步走”中的“第二步”,但从目前来看,激光业界普遍对于相干光束合成技术这一路线有较大信心,根据这一路线,也许不出十年,300千瓦级的真正靠谱、杀伤力十足的激光武器就能投入现役,届时必将引发一场世界军事的新革命!

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