中國央視網-裝備時空 定向能武器 〈上〉

定向能武器,又叫「束能武器」,是利用各種束能產生的強大殺傷力的武器。它是利用激光束、粒子束、微波束、等離子束、聲波束的能量,產生高溫、電離、輻射、聲波等綜合效應,採取束的形式,而不是面的形式向一定方向發射,用以摧毀或損傷目標的武器系統。定向能武器,依其被發射能量的載體不同,可以分為激光武器、粒子束武器、微波武器。無論能量載體性質有什麼不同,作為武器系統其共同的特點是,首先束能傳播速度可接近光束,這種武器系統,一旦發射即可命中,無需等待時間;其次能量集中而且高,如高能激光束的輸出功率可達到幾百至幾千千瓦,擊中目標后使其破壞、燒毀或熔化;另外由於發射的是激光束或粒子束,它們被聚集得非常細,來得又很突然,所以對方難以發現射束來自何處,對方來不及進行機動、迴避或對抗。定向能武器包括激光武器、高功率微波、射頻武器和粒子束武器。一般主要指高能激光和微波,它們可以挫敗處在任意發射階段的彈道導彈,包括發射初期、加速中、飛行中和最後階段。是美國、俄羅斯等國家一直大力發展的一類新型武器,中國對此也非常重視。2009年12月美國刊文稱,中國發展的定向能武器系統將陷美軍於困境!

1 定向能武器 -概述

定向能武器機載定向能武器
定向能武器 ,在很小立體角內定向傳輸能量來打擊遙遠目標的武器。英文簡稱DEW。定向能武器能在大氣或真空中以很小的立體角(半錐角10-5~10-7弧度)傳輸能量,其傳輸速度等於光速(激光束)或接近光速(高能粒子束)。所以,它能在瞬間打中遠至幾千千米外快速運動的目標(例如洲際彈道導彈的助推器、母艙、誘餌和軍用衛星等),將其摧毀或予以識別,並可迅速再次瞄準。定向能武器通常包括定向能束源、發射傳輸系統、目標捕獲跟蹤識別和殺傷評估系統等部分。
定向能武器主要分為2類:一類是常規定向能武器,包括各類激光 、高能粒子束( 中性氫原子束和電子束)武器;另一類是核定向能武器,包括核泵浦X光激光器和尚處於概念研究階段的定向電磁脈衝彈和定向等離子體武器。激光武器、粒子束武器、微波武器在內的定向能武器,分別處於預研、研製以及基本技術和原理方案的探討階段,估計將在22世紀初葉陸續投入戰場,並對未來戰場的局勢產生深遠的影響。
可作定向能武器的激光器主要有:化學激光器、準分子激光器、X光激光器、自由電子激光器和γ射線激光器。定向能武器部署方式分天基和地基2種。天基部署是指把定向能武器設置於軌道高度為千千米級的衛星或作戰平台上。化學激光器、核泵浦X光激光器、γ射線激光器具有很高的能量重量比,因而可用於天基部署;中性粒子束主要用作目標識別,它僅能在高空(120千米以上)運行,故只能用於天基部署 。另一類如準分子激光器和感應直線加速器型自由電子激光器 ,能量重量比小,重量和體積很大,只能用於地基部署。
定向能武器技術雖然取得了重大進展,但仍存在大量的科學和工程上的困難問題有待解決:它的關鍵部件激光器和中性粒子束的一些性能還必須提高十倍到幾百倍,尚需較長時間的深入研究,才能對它的效能、生存能力和效費比作出比較確切的判斷。

2 定向能武器 -分類

定向能武器戰術激光武器

戰術激光武器

戰術激光武器主要由高能激光器,精密瞄準跟蹤系統和光速控制發射系統等組成。激光武器可分為反衛星、反天基激光武器及反戰略導彈等的戰略激光武器和用於毀傷光電感測器(包括人眼)、飛機及戰術導彈等的戰術激光武器。供陸軍野戰部隊使用的主要是戰術激光武器。戰術激光武器的工作原理,以反導彈的防空激光武器系統為例,說明其工作原理,首先由遠程預警雷達捕獲目標,並將目標信息傳送給指揮控制系統,指揮控制系統通過目標分配與坐標變換,引導精密瞄準跟蹤系統捕獲並鎖定目標,精密瞄準跟蹤系統再引導光束髮射系統使發射望遠鏡對準目標。當目標處於適當位置時,指揮控制系統發出攻擊命令,啟動激光器,由激光器發出的光束,經控制發射系統射向目標,並對其進行破壞。
激光致盲武器已經在90年代戰場上投入使用,如美國陸軍研製的「缸魚」式激光致盲器,在海灣戰爭中投入使用。大功率的戰術激光武器目前仍處於實驗研究階段。如美國在海灣戰爭之後開展了一項稱之為「沙漠閃光」的研究計劃,對用激光武器對付「飛毛腿」導彈進行評估和研究。待選的激光器有3種:氟化氚/氟化氫激光器、化學氧碘激光器和自由電子激光器。至於機載武器的研究,美國戰略防禦計劃局正在開展一項有關激光束水平射向「飛毛腿」導彈類目標時大氣湍流對傳輸的影響的研究。另一項研究由勞倫茲·利弗莫爾負責進行,將從高空無人駕駛飛機上直接發射激光光束,以避免大氣湍流對激光傳輸的影響。據悉,這兩項研究有可能導致90年代末進行全面的機載激光器方案的論證。由於大氣對激光會產生吸收、散射和湍流效應。大氣中的分子和氣溶膠(塵埃、煙霧、水滴等質點)使激光束的能量發生衰減,大氣湍流會使激光束髮生擴展、漂移、抖動和閉爍效應,使激光能量損耗,偏離目標,對於強激光,由於大氣吸收了激光束的能量,導致光路加熱,從而改變了大氣的折射率分佈。這種大氣體的激光的「熱暈」效應,會使激光束髮生漂移、擴展、畸變或彎曲。大氣傳輸的另一種效應是大氣擊穿,也就是使大氣發生電離。當大氣被擊穿而產生等離子體時,會嚴重吸收或阻礙激光束的傳輸,影響其殺傷破壞威力。預計,戰術激光武器用於對付地面裝甲目標,用於防空擊毀低空飛機、攔截或擊毀戰術導彈在近期內尚不可能,真正進入實戰應用,估計要到21世紀30年代。 
定向能武器粒子束武器

粒子束武器

粒子束武器是用高能強流加速器將粒子源產生的電子、質子和離子加速到接近光束,並用磁場把它聚集成密集的束流,直接或去掉電荷后射向目標,靠束流的動能或其它效應使目標失效。除了粒子加速器外,粒子束武器還包括能源、目標識別與跟蹤、粒子束瞄準定位和指揮與控制等系統。其中粒子加速器是粒子束武器系統的核心,用於產生高能粒子束。為了對付加固目標,要把被加速粒子的能量提高到100MeV,甚至要提高到200MeV,並要求能源在600S內連續提供100MW的功率,最大流強10KA,脈衝寬高70ns。平均每秒產生5個脈衝。粒子束武器對目標的破壞能力比激光武器更強。其主要特點是:穿透力強、能量集中,脈衝發射率高,能快速改變發射方向。根據其使用特點,粒子束武器分為兩大類:一類是在大氣中使用的帶電粒子束武器,它可以實施直接擊穿目標的「硬」殺傷,也可以實施局部失效的裝備發展「軟」殺傷;另一類是在外層空間使用的中性粒子束武器,主要用於攔截助推段導彈,也可以攔截中段或再入段目標。目前對前一類粒子束武器的研究只局限於作為點防禦的近程武器系統範圍內,進入實戰應用,預計要到21世紀二、三十年代。
粒子束武器的主要缺點是:其一是帶電粒子在大氣層內傳輸能量損失較大;其二是由於束流擴散,使得在空氣中使用的粒子束,只能打擊近距離目標;其三是地磁場影響而使束流彎曲。因此,這種武器距離實戰應用還需相當長時間。目前發達國家主要進行基礎研究,並且立足於空間防禦系統,可否作為戰術武器應用,目前還難以預測。
定向能武器微波武器

微波武器

微波武器是一種採用強微波發射機、高增益天線以及其它配套設備,使發射出來的強大的微波束會聚在窄波束內,以強大的能量殺傷、破壞目標的定向能武器,其輻射的微波波束能量,要比雷達大幾個數量級。微波武器可用於殺傷人員,就其殺傷機理而言,有「非熱效應」與「熱效應」兩種」。「非熱效應」是利用3~13毫瓦/厘米2的弱波能量照射人體,以引起人員煩躁、頭痛、神經紊亂、記憶力衰退等。這種效應如果用到戰場上時,可使各種武器系統的操作人員產生上述心理變態,導致武器系統的操作失靈。而「熱效應」則是利用強微波幅射照射人體,能量密度為20瓦/厘米2,照射時間為1~2秒,通過瞬時產生的高溫高熱,造成人員的死亡。微波束另一個特點是,它可以穿過縫隙、玻璃或纖維進入坦克裝甲車輛內部,燒傷車輛內的乘員。
微波武器還可以使現代化武器系統中的電子設備及元器件失效或損壞。例如,用0.01~1微瓦/厘米2的弱微波能量,就可以干擾相應頻段的雷達和通信設備的正常工作。10~100瓦/厘米2的強微波輻射形成的瞬變電磁場,可使金屬目標表面產生的感應電流與電荷,通過天線、導線和各種開口或縫隙,進入坦克裝甲車輛、導彈、飛機、衛星等武器內部,破壞各種敏感元件如感測器、電子元器件等,使武器系統失去其效能。微波武器的能量達到1000~10000瓦/厘米2的超強微波能量,可在很短時間內使目標因受高熱而導致破壞,甚至能夠引爆武器中的炸藥等,使武器被毀壞。微波武器與激光束、粒子束武器相比作用距離更遠,受天氣影響更小,從而使對方相應對抗措施更加複雜化。戰術微波武器,例如車載戰術性的微波武器的研究進展較快,可望在下世紀初裝備部隊。此外,目前美國已研製能在微波波段產生千兆瓦脈衝功率的實驗型微波發射管,並希望最終脈衝功率達到100千兆瓦。
微波武器目前存在的問題:一是對有核防護設施的目標無效。許多國家的軍用電子系統裝有防原子破壞設備,並開始制定了有關軍用電子設計標準。這些設備對微波武器也有同樣的防範作用,其原因是金屬板可保護電子設備不受微波熱效應的影響;二是使用中對友鄰部隊可能構成威脅。為了發揮微波武器的作用,其功率必須很大,這樣就可能對在一定範圍內的友鄰部隊的電子系統構成巨大威脅。為防止這一點,就必須採用高度定向的天線或利用地面屏蔽物;三是微波武器可能遭受反輻射導彈(ARM)的攻擊。ARM是一種尋的無線電和雷達信號的導彈。不言而喻,由於微波武器能發射出功率很大的電磁波,因此,ARM被看作是微波武器的天敵,但對這一問題,國際上有學者持不同看法。其理由是,一是認為微波武器功率很高,因此可能事先引爆來犯導彈;二是微波武器可能會影響ARM制導系統中的微電子線路,從而破壞ARM對其的跟蹤而偏離航向。

3 定向能武器 -研究和發展趨勢

定向能武器激光武器

激光武器

1、發展新型的精密瞄準跟蹤系統。激光武器對目標的瞄準、跟蹤精度非常高,否則不能夠精確擊中目標,目前研製的微波雷達是無法滿足要求的。國際上正在開展紅外跟蹤、電視跟蹤和激光雷達等裝備發展光學跟蹤技術的研究,重點放在激光雷達跟蹤系統的研究。  
2、開展製造大型反射鏡的新型材料和新型加工工藝的研究。激光武器反射鏡越大,發出的光束的發散角越小,聚焦性能好。而反射鏡的直徑超過1m,不僅加工複雜,造價極高,而且體積、重量增大后,主鏡的定向器的轉動慣量加大,不能滿足對目標的跟蹤速度和對付多目標的能力。為此,美國等西方國家下一步開展製造反射鏡材料及新型加工工藝的研究。如美國擬採用石墨纖維複合材料作基底的反射鏡,鏡面鍍硅並拋光,其熱膨脹係數接近於零。反射鏡擬採用多塊鏡面拼裝而成,放寬了加工要求。這一工藝的突破,將有可能使反射鏡的造價降低,輕便性和熱穩定性能都會有所改進。
3、積極開展強激光在大氣中傳輸所出現的大氣湍流和「熱暈」的研究。目前對於激光在大氣中傳輸,對於湍流和「熱暈」的效應所造成的有害影響,正在探索和研究之中,對於大氣擊穿的「熱暈」效應,有人提出先用低強度高重複頻率的先行光束來驅除光路上的氣溶膠粒子,然後發射強激光,還有人擬採用自適應光學來抵消湍流和「熱暈」效應。這些方法都是正在和將要研究的課題。

粒子束武器

1、加強基礎研究。對於粒子束武器的基礎研究,首先在研究產生粒子的加速器。目前,產生粒子束的主要方法是利用線性感應加速器(LIA)。但是,由於這種加速器太笨重,因此無法投入戰場使用。目前正在加緊研製體積小的LIA,其方法是以一個線性LIA為中心,然後象卷餅一樣向上盤繞,以便讓粒子束可以在現有的小型LIA中環流。美國陸軍彈道研究試驗室稱,目前尚需進一步證實小型環流LIA的原理。其工作原理是:通過同一加速器,連續再循環脈動的粒子束,以便把能量逐漸加到每次通過的粒子束上。這種小型加速器能否投入陸軍戰場使用,尺寸和重量是關鍵因素。
2、重視高能轉換技術的研究。重視能量轉換技術的研究,以便形成高速粒子脈衝。美國空軍研究機構稱,傳統的可控硅開關和火花放電開關的研究已經完成,下一步將開展磁性開關研究。這種開關是基於飽和的電磁感應原理,具有很高的重複率。
定向能武器美軍微波武器

微波武器

1、重視中功率微波武器的研究。所謂中功率微波武器是其功率低於大功率微波武器,而高於現行干擾機。專家預測,對中功率微波,只要有合適的高脈衝重複率、頻帶寬度和脈衝形狀,就會得到比現有干擾機高得多的損傷效應。電子干擾機只起到迷惑、欺騙無線電和雷達的操作手使其無法正常工作的作用,而中功率微波武器的作用是影響電子設備本身,從而使操作人員無法工作。在21世紀初葉,這種中功率微波武器將可能研製成功,以取代現使用的電子干擾機。
2、重視解決微波武器的使用對友鄰系統的影響的研究。美國空軍目前正在研究一種性能優良的防護微波武器的裝置,以克服在未來戰場上使用微波武器時,不致影響對友鄰部隊設備的使用。
3、海軍用艦載微波武器有可能首先投入使用。由於各軍種對微波武器都有特殊的要求。美國陸軍提出的戰術微波武器應能夠安裝到大型履帶上,不僅其體積要小,而且要把定向性極高的天線裝在直立的桅杆上,以利於最佳瞄準。空軍則要求這種武器體積要小,功率低並採用專用天線。海軍用艦載微波武器則具有功率高、天線大和作用距離遠等特點。據分析,在三軍中,由於海軍對微波武器在重量、空間和功率方面提出的限制條件較少。因此,海軍型微波武器有可能在未來10~20年內首先投入使用。

4 定向能武器 -中美概況

定向能武器中國863計劃

中國

中國很關注的一項軍事技術是發展定向能武器系統。由中國核武器之父王淦昌教授等人發起的在國內外很有名的863計劃,推動了定向能武器的研究。863計劃中,大多數項目是與反衛星、反彈道導彈和防空有關的應用系統,但郭賀中(音譯)教授的提議,加快了高能微波(HPM)束武器的研究,這種武器的作用是壓制敵人的C3I和防空系統。HPM武器的威力相當大,如果將巡航導彈的彈頭中裝入一個高能微波束髮生器,它將使目標附近大範圍區域中的電子設備失靈,產生的破壞能力比相同大小的常規彈頭高了許多倍。在1990年海灣戰爭中,美國曾試驗了這種技術(可能借鑒了前蘇聯的技術),美軍的AGM-86C巡航導彈經過改進后,裝備了HPM彈頭。
美國專家曾對中國研製HPM武器的能力產生了懷疑,認為這是一個相當大的挑戰。但是,中國在基礎物理研究上的豐富經驗,加上前蘇聯專家在開始階段的一些幫助,使研究工作進展很大。HPM武器的一個核心部件被稱為螺旋爆炸電磁流束壓縮發生器(FCG),在前蘇聯時代用於民用和軍事用途,FCG提供了非常高的能量密度和穩定的發射時間,適用於HPM武器,相信中國已經研製出了這種裝置。在實驗中,中國的科技人員成功的在100納秒時間內,使脈衝能量輸出值達到了3.5億到4億安培,下一步最大的挑戰是如何使能量「聚焦」,發射在正確的區域和目標之上。如果所有潛在的問題能夠解決,那麼HPM彈頭就能部署在象Kh-55或Kh-65等巡航導彈上,可以破壞的有效範圍將達到半徑為300到500米的區域,換裝更大的爆炸裝置后,有效區域還將擴大。
定向能武器「朱姆沃爾特」級戰艦

美國

美國五角大樓的很多報告都認為,高能微波和激光能干擾或屏蔽彈道導彈的制導系統,從而令其無法擊中預定目標。海軍處在這一新興軍事技術革命的最前沿。現在缺乏的是一個能夠滿足定向能武器大量能源需求的電子一體化平台。能夠實現這一目標的平台將是「朱姆沃爾特」級(DDG-1000)戰艦組成的小型艦隊。每艘戰艦大約可產生78兆瓦的能量,遠遠高於「阿利·伯克」級(DDG-51)戰艦產生的能量。海軍作戰部長加里·拉夫黑德說,DDG-1000戰艦將於2015年開始用於作戰部署。它們將成為美軍海上平台,為移動和定向能武器的測試與評估提供服務,搜集定向能武器的珍貴數據並推動其他先進武器的開發。國防部需要把儘可能多的資源用於測試新一代武器上,以便挫敗美國在中東的頭號威脅。
新型武器的實驗室研製階段已經完成,準備進入要求更高的海上測試階段。在「朱姆沃爾特」級戰艦上進行的大量測試將有助於確定這種先進武器在海上快速移動的能力。這種軍艦是至少往未來10年或更長時間內能夠支持定向能系統測試的唯一平台。奧巴馬政府對導彈防禦系統的新舉措做出了重要政治承諾。但這只是一個過渡性戰略,分階段修改的做法將為美國儘快對付迅速增長的威脅提供保證。下一階段的武器是什麼呢?當然,定向能武器是未來目標,但如果我們沒有在實踐中測試這種武器的手段,就很難了解它的能力。DDG-1000可以滿足這一需要,如果初步測試令人滿意,該軍艦將成為先進定向能系統部署的基礎,從而滿足奧巴馬總統採取更強大、聰明與快速導彈防禦戰略的要求。
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One thought on “中國央視網-裝備時空 定向能武器 〈上〉

  1. 感覺跟以前看的卡通有點像,這種武器的摧毀能力很強大,一旦量產,整個國際局勢應該會變得十分動盪,還是希望卡通只是卡通,而不會在未來有真實的武器產生….

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