国外军用激光技术装备研究及应用调研报告

防务者

来源：高端装备发展研究中心

　　“激光”、“原子能”、“半导体”和“计算机”称为20世纪的“新四大发明”，对人类社会文明产生了极其深远的影响，激光技术这一高新技术，经过半个世纪的发展，从机理原理，实验手段到制造工艺都已逐步成熟，且先进的激光器不断研制成功，并凭借其高亮度、方向性强、单色性好、相干性好的显着特点，在工业、农业、医疗、娱乐等领域的应用已经是大显神威。与此同时，其在军事领域的表现也十分优异。

　　激光技术用于现代军事，不仅可以提高现有常规武器的命中率，而且可为军队提供新型战术武器，从而大大增强军队在现代战争中的作战能力，其应用领域涉及雷达、测距、定向能武器、导弹、航空航天、电子对抗等方面，受到各大军事强国的重视，未来有望成为军事技术最活跃的一个领域，到目前为止，其主要应用有：

　　激光武器

　　激光武器是利用高能激光束的热效应、力学破坏特性、辐射破坏特性等直接杀伤目标的一种定向能武器。作为颠覆性武器，激光武器一直受到各军事强国的青睐。早在激光器发明之初，人们就设想利用“速度快无需提前量、辐射强度高、摧毁威力大、单发成本低”的“光弹”作为打击手段，尤其在里根星球大战计划期间，激光武器研究一度达到巅峰，其目的是研制具有百千瓦以上输出功率的激光武器，对百公里以外的导弹、卫星等战略目标实施毁伤。

　　随着军事技术的发展诸如导弹、高超声速飞行器等新型武器相继投入实战，现有武器技术基本达不到预警与拦截响应时间的要求，难以应对这些“高超声速飞行、高机动变轨与旋转、高精确打击破坏、高隐身飞行”的新威胁。而战术激光武器是应对这些威胁的有效手段、重要选项和发展方向。战术激光武器是指利用数万瓦以上的高能激光作为“光弹”，像常规武器那样安放在飞机、卫星、舰船、车辆等运动载体上，直接打击数公里以外的军事目标，如无人机、炮弹、快艇、敌方人员、车辆、光学传感器、卫星、导弹和飞机等。

　　目前，美国、俄罗斯等军事强国的激光武器已具备战略威慑能力。然而，由于大气的衰减和远距离传输时光斑发散，随着传输距离的增加，激光武器的实际打击效果大打折扣。现有激光技术难以实现大气中远距离硬毁伤战略打击，但在较近距离内体现了战术激光武器不可替代的实战应用前景。

　　近几十年来，激光武器的对抗目标已由洲际导弹等远距离大目标逐渐转向火箭弹､无人机等近距离小目标，激光武器耗资极为巨大，现有激光技术短期内难以实现兆瓦级激光器的小型化､机动化､实用化，这些因素使激光武器研究的重点由超大功率､大体积､基于气体(化学)激光器的战略激光武器逐渐转向较低功率､小体积､基于固体(尤其是光纤)激光器的战术激光武器｡战略激光武器项目如星载战略激光武器(SBL)､机载战略激光武器(ABL)､地基战略激光武器(鹦鹉螺)等纷纷下马｡联合高功率固体激光器(JPHSSL)､车载高能激光技术演示器(HELTD)､耐用电子激光器(RELI)､舰载激光武器系统(LaWS)､舰载战术激光武器系统(MK38-TLS)等战术激光武器项目按计划取得成功，并在各种载运平台上继续进行实验和应用研究。

车载高能激光技术演示器(HELTD)

　　化学激光器(主要有氧碘､氟化氘等)具有体积庞大､质量大(产生1kW激光需要55kg)､难以机动､发射次数有限､且使用中有毒气排放等弊端，尽管其输出功率可达数百千瓦以上，但难以安放在小型机动载体上，其战术应用是当前发展的瓶颈，总体发展呈现逐步终止或淘汰的趋势｡而固体激光器可获得大功率､高能量､高亮度输出，且具有效率高､小型化和稳定性好等优点，是当今世界各国战术激光武器发展的方向｡近年来固体激光器相关技术不断取得突破，为固体激光武器走向实战铺平了道路｡

Laws Laser Weapon

　　合束或相干合束是获取高功率、高亮度激光和远距离传输的有效途径，也是战术激光武器实现以上功率量级输出的关键技术。作为目前世界上最先进的固体激光器——光纤激光器具有独特的优势，包括光束质量好、效率高、柔软细长、口径小且易于组束等，极大地促进了相干合成或光谱合成技术的发展，它已广泛应用于战术激光武器。

　　为应对小型空基和海基目标，洛克希德·马丁公司研发了“先进测试高能武器”系统(简称ATHENA，又称“雅典娜”)，该系统采用“多波长光束组合”技术，模块化设计，激光能量可以按照特定任务的需求自由选择｡2015年3月，他们采用30kW功率的光纤激光器迅速烧毁了1.6km之外的汽车发动机歧管，该武器模块将成为美军60kW车载激光武器系统的核心｡2015年10月，洛克希德·马丁公司宣布在Bothell开始生产该系统｡

被ATHENA击穿的卡车引擎盖

　　德国莱茵金属公司和欧洲导弹集团(MBDA)公司均采用光束叠加技术，开展多载运平台，尤其是车载光纤激光武器的研制｡分别研制出5，10，40，50，80kW等多型激光器，最终将达120kW目标｡其中，莱茵金属公司10kW光纤激光武器已安装在“拳击手”8×8多用途装甲车的高能战术激光武器系统和瑞士厄利孔公司“天空哨兵”35mm高炮系统的炮塔武器系统中，未来也可装在空中客车公司A400M飞机内｡

　　纵观各国激光武器的发展，可以归纳出以下几个发展趋势：

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　　激光雷达

　　激光雷达是一项正在迅速发展的高新技术，在军事部门具有广泛的用途，受到了各国军事部门的极大关注。国际导弹技术控制法明确指出：“激光雷达系统将激光用于回波测距、定向，并通过位置、径向速度及物体反射特性识别目标，体现了特殊的发射、扫描、接收和信号处理技术”，并把激光雷达作为限制扩散的军事技术之一。

　　激光雷达是传统雷达技术与现代激光技术相结合的产物。激光问世后的第二年，即1961年，科学家就提出了激光雷达的设想，并开展了研究工作。40年来，激光雷达技术从最简单的激光测距技术开始，逐步发展了激光跟踪、激光测速、激光扫描成像、激光多普勒成像等技术，陆续开发出不同用途的激光雷达，使激光雷达成为一类具有多种功能的系统。

　　激光雷达之所以受到关注，是因为其具有一系列独特的优点：具有极高的角分辨率、具有极高的距离分辨率、速度分辨率高、测速范围广、能获得目标的多种图像、抗干扰能力强、比微波雷达的体积和重量小等。但是，激光雷达的技术难度很高，至今尚未成熟，而且在恶劣天气时性能下降，使其应用受到一定的限制。

　　激光雷达仍是一项发展中的技术，有的激光雷达系统已经实用，但许多激光雷达系统仍在研制或探索之中。激光雷达类别可以从不同的角度来划分。若按用途和功能划分，则有精密跟踪激光雷达、制导激光雷达、火控激光雷达、气象激光雷达、侦毒激光雷达、水下激光雷达……;若按工作体制划分，则有单脉冲、连续波、调频脉冲压缩、调频连续波、调幅连续波、脉冲多普勒等体制的激光雷达。

美国国防部高级项目计划局采用的二维光学相控阵技术，该技术可用于先进激光雷达和其他国防用途，在2013年时进行了验证

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　　激光通信

　　激光通信是利用激光光束作为载波，在自由空间如大气､外太空中直接传输光信息的一种通信方式｡开辟了全新的通信频道使调制带宽可以显著增加､传输速率及信息量大(最高可达10G/min)､能把光功率集中在非常窄的光束中､器件的尺寸､重量､功耗都明显降低､各通信链路间的电磁干扰小､保密性强，并且显著减少地面基站｡

　　海基系统：现代海战的主要作战方式是舰船编队作战，其主要优势是可以发挥舰船编队作战的整体作战效果，因此作战中舰与舰之间的通信联系自然成为指挥控制的关键所在｡无线电通信是目前舰船上采用的通信手段，但是它的致命缺陷是保密性差，即容易被敌方窃听和干扰，甚至己方的无线电设备之间也会产生相互干扰｡相比之下，激光无线通信具有如下的优势｡

　　陆基系统：利用地面台站的大功率激光器发出强脉冲激光，直接经卫星上的反射镜光束反射至所需照射的地域，实现与目标的通信｡这种方式可通过星载反射镜扩展成宽光束｡实现一个相当大范围内的通信;也可以控制成窄光束，以扫描方式通信｡此方案灵活，通信距离远｡可用于全球范围内光束所能照射到的地域，通信速率高，不容易被敌人截获，安全隐蔽性好，有助于提高目标的生存能力｡

　　空基系统：空基系统也称机载激光对目标通信系统，机载激光对目标通信是将大功率激光器置于飞机上，飞机飞越预定地域时｡激光束以一定形状的波束(如15km长，1km宽的矩形)扫过目标地域完成对目标的广播式通讯｡对于机载激光通信系统，飞机相对地面运动，最好采用矩形光斑扫过预定地区，这样可以减小发射机的单脉冲能量｡为了实现通信，飞机必须知道目标所在的大概地区位置，飞机在预定地区上空做往返飞行，使光斑能够扫过整个预定地域｡

　　天基系统：把大功率激光器置于卫星上完成通信功能，地面指挥中心用微波将报文数据发射至卫星，然后对星载激光发射机进行调制，发射光脉冲信号，对于星载统，发射光斑一般采用圆形｡激光束经过云层､大气后到达地面，其光斑直径扩大到几千米至十几千米｡卫星还要控制激光束方向，使光斑在预定地区上扫描，扫描轨迹用激光信号传输到目标接收装置接收｡还可以借助一颗卫星与另一颗卫星的星际之间的通信，让位置最佳的一颗卫星实现与指定地域的目标通信｡

　　由于在大气层以外激光几乎没有衰减，因此在保持地面光斑直径不变的情况下，不论是低轨道卫星还是高轨道同步卫星，所需激光器的功率都是相同的｡但是，由于卫星和目标间存在相对运动，因此目标接收到的激光信号将产生多普勒频移，而多普勒频移量与卫星轨道高度有关：卫星轨道越高，卫星相对地面的速度越小，多普勒频移也越小｡

　　由于实际使用的原子滤光器基本上是一种固定频率的滤光器，因此要求激光器的光频能够微调，以预先对超出原子滤光器探测频带范围的多普勒频移进行校正｡当采用地球同步卫星时，卫星相对地面静止，多普勒频移最小，因此星载激光对目标通信系统应采用地球同步卫星｡采用地球同步卫星也可以减少卫星数量，降低整个系统的成本以及保持卫星与地面指挥中心的连通性，发射三颗地球同步卫星即可实现全球激光对目标通信｡

　　激光通信是包含多项工程的交叉科学研究课题，它的发展与高质量大功率半导体激光器、精密光学元件、高质量光滤波器件、高灵敏度光学探测器及快速、精密光、机、电综合技术的研究和发展密切不可分，光电器件、激光技术和电子学技术的发展，为空间光通信奠定了物质基础。

　　军用激光技术的核心器件激光器将逐步实现固态化，即采用半导体激光二极管泵浦的固体激光器和半导体激光器，从而大幅度提高能量转换效率，减小体积重量，延长寿命，适应恶劣工作环境。激光工作波长将根据军事需求而扩展，激光功率和能量将进一步提高。激光武器、激光核聚变、空间激光通信、激光水下目标探测、激光超远程测距等军事应用技术将有重大发展。

　　总的来说，军用激光的波长将根据军事需求而扩展，激光功率和能量将进一步提高。激光武器、激光雷达、激光通信等军事应用技术将进一步发展。