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颠覆性军事技术:定向能武器开启「光之战争」

2024-07-17军事

近年来,各军事强国纷纷把激光武器、微波武器等定向能武器列为优先发展方向,显示了这类武器广阔的发展前景,也意味着「光之战争」或将成为未来战争的主流形态。

激光武器系统对抗无人机

以往步兵分队作战时,一旦视线被遮挡就很难观察到对面情况。随着小型旋翼无人机的出现解决了上述难题,这种价格低廉的无人机可飞到数百米或数千米远处,轻松窥探到遮挡物后的状况。其还能对目标区域进行跟踪监视,甚至为地面炮火乃至进攻部队进行目标标定。在俄乌冲突中,双方就充分利用无人机展开了多样化的无人机作战。冲突初期,双方主要使用察打一体无人机对地面目标进行打击。随着冲突持续,双方都加强了对空防御力量,开始使用商用消费级无人机和自杀式无人机作战。到2023年,俄乌双方开始使用穿越机(注:无人机的一种,通常用于竞速运动)对坦克进行打击,这一战术可谓颠覆了以往反坦克作战模式。

理论上,传统防空导弹可有效拦截无人机,但在实际操作中用传统防空导弹拦截无人机的性价比很低。若对方无人机使用了「蜂群」,技术火力通道较少的传统防空导弹就会束手无策。当然无人机也有克星,比如以色列的「铁束」激光武器系统。这套于2014年首次对外展示的激光武器系统属于100千瓦级别,由以色列拉斐尔先进防御系统有限公司研发。该系统利用激光锁定目标进行烧灼,摧毁类似火箭弹、迫击炮弹、反坦克导弹和无人机等空中威胁。其最关键的部件激光器使用了光纤激光器技术,采用「叠阵」和「合束」的方法,将多个微小激光器发出的弱激光整合为一束较强的激光,从而提高了激光功率和能量密度。

以色列的「铁束」激光武器系统

据报道,「铁束」系统可根据不同目标和距离调整激光功率和能量,拦截2至7.2公里范围内的目标。2022年以色列国防部称,该系统在测试中成功击落了无人机、迫击炮弹和反坦克导弹等目标。按计划,「铁束」系统原计划2025年服役,但2023年10月爆发的新一轮巴以冲突加速了其部署。当然,匆忙部署的「铁束」系统技术远谈不上成熟,因此,以色列只是将其定位为防空系统的补充手段。

定向能武器的性能特点各不同

定向能武器又叫束能武器,是指朝一定方向发射的高能量射束,在物体表面产生极高的能量密度,从而使敌方的人员和电子设备、武器等受到伤害的武器。像「铁束」这种激光防空系统,就是典型的定向能武器。

传统武器大多依赖弹药产生的动能对目标造成破坏,而定向能武器则通过亚原子、粒子或电磁波,以激光、微波、粒子束、声波等形式将能量直接投放到目标上,产生高温、电离、辐射、声波等综合效应,从而对目标造成毁伤。根据发射能量的载体不同,定向能武器主要包括:微波武器、高功率激光武器、粒子束武器和声波武器。

激光武器 主要依靠定向发射的激光束直接毁伤目标或使之失效,能工作在可见光波段、红外波段、紫外波段,用于衰减、干扰、毁坏光电或红外传感系统(抗传感器武器)。

机载激光拦截系统

目前,激光武器的主要应用领域是防空反导。根据作战用途不同,激光武器可分为战略激光武器和战术激光武器。其中,战略激光武器可用于反卫星和反战略导弹,战术激光武器则包括高能激光武器和主要用于致盲人眼或破坏电子设备、光电传感器的低能激光武器。根据工作机理不同,激光武器可分为化学激光和固体激光。其中,化学激光器方便实现大功率兆瓦级输出,进行硬毁伤或远距离干扰,但其体积庞大,只能部署在较大的作战平台上。例如,美军的机载激光器系统,核心部件就是兆瓦级的化学氧碘激光器,其运载平台是改进型波音747-400F客机,因系统结构复杂庞大,化学燃料易燃、剧毒并有腐蚀性,导致使用维护烦琐且成本昂贵,难以进入实战部署状态。固体激光器体积紧凑、重量轻,但输出功率较低,更适合对体积重量要求较为严格的车载平台使用。

微波武器 的杀伤机理是,通过强微波发生器和高增益定向天线发出强大的汇聚的微波波束,以高强度辐射场包围目标,在电子和电器线路中产生致命的电压和电流,从而破坏飞机、导弹等目标内部的电子设备,使其丧失战斗力。当使用功率密度0.01瓦/平方厘米至1瓦/平方厘米微波波束照射目标时,可使武器系统设备中的电子元器件及小型计算机系统的芯片失效或烧毁。当功率密度达到每平方厘米10政士的由磁场至100瓦时,其辐射形成的电磁场可以在金属的表面产生感应电流,使电子元器件功能紊乱、产生误码、中断数据或信息传输,抹掉计算机存储的信息。当功率密度超过100瓦/平方厘米时,被照射的目标会在很短的时间内受高热而破坏。

目前的微波武器主要有高功率微波(HPM)武器和非核电磁脉冲(EMP)武器。这两者的根本区别在于,高功率微波武器发射的电磁脉冲能量集中在单一频率为主的窄带内,电磁能量通过天线直接进入,或通过孔缝耦合等方式进入目标系统,干扰或烧毁系统内部的电子设备和器件,而电磁脉冲武器的电磁能量则分散在较宽的频带内,只能干扰和破坏有长电缆的设备。在实际应用当中,由于高功率微波的强度大、定向性好,其作用范围和杀伤力也更大,尤其是对付建筑物、地下掩体等硬目标时,不会破坏物理结构及产生放射性污染,因此高功率微波的打击效能比电磁脉冲武器更高。

美国Leonidas微波武器系统

粒子束武器 ,是把诸如原子气、氘、氚一类的中性粒子,或电子、质子、各种重离子一类的带电粒子,加速到接近光速并用磁场聚焦成密集的束流射向远距离目标,在极短时间内把极大的能量传给目标,以此对目标造成破坏或摧毁目标。粒子束武器主要通过三种方式破坏目标:其一,利用高速密集粒子束流的动能破坏目标结构;其二,引爆目标的战斗部;其三。穿过电子设备时产生脉冲电流使之失效。大气层内的带电粒子束的特点是粒子束流为电子束流而不是中性束流。在大气中它虽有衰减,但可以传导且宜于使用。在大气层外的真空状态,由于带电粒子之间的斥力,带电粒子束会在短时间内散失殆尽,所以中性粒子(中子)束更适合在外层空间使用。

尽管粒子武器有着独特优势,但因现阶段制造、聚焦和稳定高能粒子及克服磁场干扰等技术难题尚未解决,故粒子武器仍处于基础研究阶段,尚未有成熟产品出现。

声波武器 通常可分为次声波武器、噪声武器和超声波武器。人类的听力频率范围在20至20000赫兹之间,频率在20赫兹以下的声音称为次声波,而频率在20000赫兹以上的被称为超声波,次声波和超声波都是人的耳朵无法听到的。次声波武器的杀伤机制是,当人体遇到0.5至8赫兹的次声波时会产生共振,肺部会受到影响,紧接着就会出现呼吸系统紊乱等症状,严重的甚至会在短时间内死亡。次声波武器一般有器官型和神经型两大类,其中器官型主要是与人体内脏器官形成共振,神经型则是与人的大脑形成共振。由于次声波穿透力很强,因而无论躲在地下室还是掩体设施中,都无济于事。噪声武器主要是利用音频范围的高强度或高分贝的噪声,来对人员产生较大的刺激和影响。其杀伤机理是,当高能超声波射向人体时,能在水、空气等常见介质中形成强大的声压,它们与炸弹等武器爆炸时形成的冲击波效果类似。当人耳感受到这种特殊的噪声时,听觉系统和中枢神经都会受到影响,会出现头晕耳鸣、心跳加速、引发内脏的破裂或病变甚至昏迷等一系列症状,降低甚至丧失人的行动能力,甚至死亡。

与传统常规武器相比,定向能武器的「弹药」不可视、无限量,飞行速度等同于光速或声速,可打击多个目标,还具有精度高、反应灵活、杀伤效率高、附带毁伤小等特点。在作战中,其既可作为防御性武器,用于保护重要设施和目标不受敌方精确武器的攻击,又可作攻击性武器,用于电子战以干扰或破坏目标,打击敌方重要军事和民用目标,实行战场封锁、压制敌方防空系统等,尤其适用于对抗飞机、卫星、精确制导武器。比如,波音公司和美国专门行动指挥部合作研制的先进战术激光器系统,以及美空军的机载激光系统,就使用兆瓦级的化学激光器来拦截弹道导弹。

船载定向声波武器

可重复使用的高功率微波武器系统,可由无人作战飞机携带,具有可深入敌方、无人员伤亡的特点,是定向能武器技术与无人机的巧妙结合。此外,防御性的高功率微波武器也能通过破坏导弹的制导系统或飞机的导航系统,使其失去精确打击的能力从而保护主要的军事设施。当微波功率足够高时,甚至可以直接摧毁来袭飞机和导弹。就目前情况看,在定向能武器中,激光武器、高功率微波武器及声波武器发展最快,粒子束武器发展较慢,尚处于研究探索阶段。

大国战略平衡的振荡器

20世纪60 年代以来,定向能武器已成为军事强国寻求战略优势的着力点。从1962 年起,美国就斥巨资发展高能激光技术。1981年,美国国防部设立了定向能技术局,专门开发粒子束武器和激光武器,并从当年开始实施预算额为3.15 亿美元的5年开发计划。20世纪80年代中期,在「星球大战」计划中,美国首次提出将定向能武器作为主力拦截武器的构想,当时主要包括空间基激光器、地面基激光器、空间粒子束武器等。

与美国竞争的苏联不甘落后,也大力研发定向能武器。1984年10月10日在美国「挑战者」号航天飞机的一次飞行任务中,苏联就使用激光雷达获取「挑战者」号的目标标据,由于被激光照射,「挑战者」号设备出现了暂时故障,导致通信中断,宇航员们也因此感到严重不适。1987年苏联舰艇还曾使用激光武器攻击了在夏威夷北部太平洋上空执行任务的两架美国军用飞机,只是未对两架飞机造成破坏。

进入21世纪后,定向能武器迎来大发展。例如,美军在2010年5月进行的一项试验中,创下激光武器在海上击落空中目标(无人机)的先河。2011年,德国莱茵金属公司成功研发10千瓦级防空激光武器,成功击毁一架「提尔-1」无人机。同年,以军在加沙地带的军事行动中,使用战术激光武器致盲了哈马斯武装反坦克导弹的光电火控系统。2017年,美国「庞塞」号两栖船坞运输舰在波斯湾进行了舰载激光武器,实际测试发射出的激光温度高达数千度,而综合评估后发现击落一次目标的花费仅为1美元。2021年3月19日,洛-马公司发布了名为「莫菲斯」的反无人机解决方案,该方案以「阿尔提乌斯-600」小型无人机为载体,配备高功率微波组件,可靠近敌方无人机群。通过近距离释放千兆瓦级微波能量,使敌方无人机失效。

经过几十年的探索,定向能武器已成为美国「抵消战略」的有力支撑。所谓「抵消战略」,是指二战后美国用技术优势抵消对手的数量优势或用突破性技术提供的新能力,抵消对手现有的优势军事能力的战略。自20世纪50年代以来,美国已出台了三次「抵消战略」,旨在谋求以技术创新为支撑继而拉大美国的军事优势,是保持优势并消耗对手的长期竞争战略。21世纪初,美国加速推动新一轮军事转型,强调以高新科技武器为核心的战争形态。定向能武器的发展之所以备受重视,是因为其将对空域作战带来质的改变,进而对国际战略稳定产生巨大影响。

光学炫目拦截器

在信息化战争条件下,重要军事目标面临着「发现即摧毁」的威胁,如果将弹道导弹比作一把锐利无比的矛,那么反导系统就是一面坚不可摧的盾。据此,有评论称,哪个国家能拥有更完善的导弹防御系统和更先进的预警拦截体系,哪个国家就能在战略上获取更大主动性和更安全的战场环境。正因如此,若具备拦截洲际弹道导弹能力的定向能武器出现,势必会对国际局势产生深远的影响。