[科普中国]-美军无人机载激光器助推段反导发展分析-

　　当前，弹道导弹及其技术扩散的问题已成为影响全球和地区安全的重要问题之一，这促使弹道导弹防御武器在相关国家得到发展并投入使用。但迄今为止世界现役的反导武器均集中在末段反导（如美国THAAD“末段高空区域防御系统”和俄罗斯A-135反导系统）或中段反导（如美国GBI“地基拦截弹”）领域，而助推段反导由于技术难度大等原因，一直没能有实用化的武器入役。

　　随着近年来无人机技术的发展，其在助推段反导领域内的应用前景日渐引起了各国的关注和重视。美国等国已在此领域加大了投入，并取得相当的技术进展。2016年6月，美国国防部导弹防御局（MDA）表示，并未放弃利用空基激光武器实施弹道导弹助推段拦截的构想，只是设想的方案由过去基于波音747-400的YAL-1“机载激光武器”（ABL）试验台改成了高空长航时无人机。2016年8月26日，MDA在美国联邦政府的“联邦商机”网站上发布了先进技术创新跨部门公告，寻求“用于导弹防御的低功率激光武器演示器”解决方案。这是该局发展高空长航时无人机搭载高能激光助推段反导计划的重要一步。运用无人机携带激光拦截武器对处于助推段飞行的弹道导弹进行拦截，可以利用弹道导弹在助推段的特殊性、无人机的灵活机动性以及激光武器的性能，达到最佳的反导效果。

　　1发展历程

　　美国从20世纪90年代中期以来，先后发起了机载激光器（ABL）计划、动能拦截弹（KEI）计划、网络中心机载防御单元（NCADE）等一系列旨在进行助推段拦截的导弹防御计划，其中投资最大的当属用高能激光作为杀伤能量的ABL计划。然而，奥巴马上台后，在导弹防御方面更加注重发展技术较成熟反导系统。2011年12月，美国国防部决定终止ABL机载激光器研发项目。尽管ABL项目已经被终止，但通过实施该项目，美国在激光器技术、能源制备和光束控制等领域均取得了很大进展，这为其新型机载激光器的发展打下了坚实基础。

　　美国将无人机用于助推段反导问题的研究起源于2001年的阿富汗战争。当时，美军无人机在对阿富汗领土实施的侦察中出色地完成了任务。因此，美军把无人机反导作战写进了2003财年军费预算报告中。国会建议对无人机在飞行轨迹主动段飞行的战役战术导弹实施反导作战的可行性进行研究。2009年4月，美空军进行了无人机跟踪弹道导弹发射试验。试验中，MQ-9无人机携带美国雷神公司研制的B型多光谱瞄准系统(MTS-B)光电/红外传感器，从防区外跟踪了以色列发射的箭-2导弹，并将获得的数据通过卫星传回位于美国防部的分布式通用地面系统。

　　近期，美国开始将激光技术应用于无人机领域。据美国《航空周刊与空间技术》2013年8月16日报道，MDA计划使用诸如MQ-9之类的长航时无人机搭载激光武器，对助推段弹道导弹进行拦截。MDA先进技术部主任表示，用于助推段拦截的激光反导无人机的飞行高度为18288米或以上，从而避开云或大气带来的干扰，增强激光武器的效能。

　　2016年2月2日，MDA在其提交的2016财年（2015年10月1日至2016年9月30日）预算中，通过“定向能研究”（DER）项目安排了高空无人机以激光探测和拦截助推段弹道导弹的研究工作（DER项目从2011财年即开始启动，至今每年都有投资或预算安排）。根据MDA提交的2016财年预算，2013财年为DER项目实际投资额度为2631.5万美元，2015财年获批额度为1334.8万美元，2016～2020财年总的计划预算是2.57亿美元，其中2016财年预算为3029.1万美元，2017～2020财年分别计划安排4647.7万、6638.2万、5157.2万、6299.6万美元。该项目旨在寻求新的途径，将高效紧凑的激光武器集成到高空长航时无人机上，最终用于拦截处于助推段的弹道导弹。

　　2发展动因助推段拦截的优势

　　从拦截作战效果看，通过助推段反导，可以扩大己方反导系统的作战纵深，增加拦截层次，实现对来袭导弹的分层防御，提高己方导弹防御系统的综合作战效能和整体拦截概率。一旦助推段拦截成功，被击落的敌方弹道导弹残骸碎片和战斗部都将落在敌国境内，不会给己方带来任何附带损伤，而敌方必须考虑由此带来的严重后果，从而影响其战时使用弹道导弹的决心。对于目前正在探讨发展中的激光武器等新概念反导武器来说，用于助推段反导时才能发挥出最佳的拦截效果。因为目前的弹道导弹为解决重入大气层时与空气摩擦产生高温的问题，其弹头通常都配备有高性能的耐热防护层，这意外地增大了激光武器对其打击时的难度，而在助推段则不存在这样的问题。

　　空基发射的优势体现在多个方面。首先，由于高空长航时无人机飞行高度很高，因此可以最大程度上避免大气环境和云层对激光武器运用的不利影响。其次，空基反导可以在较小的拦截窗口内实现大区域的反导防御，能压制敌整个导弹发射区域，这是末段和中段防御系统所望尘莫及的。第三，空基平台可为助推段拦截提供一个搭载各种拦截载荷，从实现对导弹目标的预警探测，到精确跟踪制导和拦截，最后到拦截效果评估的全要素的反导平台。助推段反导具有比中段和末段更高的作战效能，再加上空基平台提供的作战优势，将使空基反导具备更高的作战效能。激光武器的优势

　　激光武器反应迅速，火力转移快，在锁定高超声速目标的同时，便能做到瞬时打击。将激光武器装备在无人机上能够有效避开地面建筑物以及近地面复杂空气流场对激光光路的干涉、散射，在有效避开地面的干扰后，激光武器的拦截效率将大大提高。无人机载激光武器的拦截时间充分，既能在高超声速武器的发射段对其传感器实施致盲拦截，又能在其飞行段对其实行毁伤打击拦截。激光武器的作战效费比较高，虽然无人机载激光武器前期研制费用高，但相比于一次性拦截导弹的作战经费，研制成功的机载激光武器拦截费用较低。一枚拦截导弹价值几万甚至几十万美金，而发射一次化学激光费用只需2000美元左右。

　　3系统组成无人机平台

　　无人机是助推段拦截的作战平台，担负着为拦截武器提供载机平台，接收和发送预警信息，发现、跟踪和锁定弹道目标和拦截打击效果评估等多种任务。根据拦截作战需求，无人机一方面应具备一定的拦截载荷，以及预警探测、跟踪制导、数据处理及远程快速传输和作战效果评估能力以满足助推段拦截需求；另一方面还要保证无人机的作战适宜性，具备隐身防卫、长航时滞空、空中快速机动到达战场能力。MDA主任詹姆斯•叙宁中将在于华盛顿特区举行的定向能峰会上透露说，诸如波音公司的“鬼眼”、通用原子公司的MQ-9“死神”等无人机将被用于支持激光武器演示验证。激光器

　　MDA致力于按比例提高固态激光武器的输出能量水平，达到可用于助推段拦截的程度。MDA目前决定采用电驱动固体激光武器，但究竟何种激光武器、封装包或平台能被用于最终的无人机概念尚未确定。该低功率激光武器演示验证器项目分为两个阶段，MDA将在2017年授出两份第一阶段合同。第一阶段包括为期12个月的设计工作，最终将完成技术设计审查；第二阶段工作将包括设计、建造和试验。在2016年早些时候，MDA已向波音公司、通用原子公司、洛·马公司、诺·格公司和雷声公司这5家企业各授出一份机载低功率激光武器演示器合同。按照合同，通用原子公司已在其MQ-9“死神”无人机上，利用雷声公司的MTS-C（“多光谱瞄准系统－C”）光电/红外转塔，完成了精确跟踪演示验证。

　　图为雷声公司MTS瞄准系统预警探测系统

　　由于弹道导弹目标在助推段飞行时间短，单一的预警系统无法提供拦截所需的预警信息。因此，需要构建一个大范围、全方位的立体导弹预警探测网。预警探测系统应主要由两大部分组成：第一部分用于对弹道导弹发射及准备活动、助推段导弹飞行情况进行预警和监视，估算相关弹道和拦截参数；第二部分主要用于在拦截打击过程中跟踪、监视弹道目标和拦截武器的运动状态，以便根据情况采取适当的应对措施。因此，需要将众多分散的预警探测系统进行合理配置，需要部署以天基导弹预警网(包括高轨和低轨导弹预警卫星) 为主，以临近空间预警系统、空基和地(海)基预警雷达为辅的导弹预警网。

　　4关键技术

　　激光器技术

　　目前美国国防部没有一种激光武器能提供快速摧毁一枚助推段弹道导弹所需的功率。在对付液体燃料推进的弹道导弹时，激光武器将只需少数几秒即可摧毁目标；对付固体燃料弹道导弹则需要更长时间。美国防部仅成功演示过功率34千瓦的合成光纤激光器和功率10千瓦的二极管泵浦碱金属激光器，这两种激光技术在实现很高的平均功率和非常低的系统质量方面都有良好的前景。MDA和美国防部国防高级研究计划局（DARPA）将在DER项目中合作建造一台50千瓦级的合成光纤激光器，并在2017～2018财年将其功率提高到数百千瓦，并最终提高到兆瓦级。这项工作的第一步是在2016财年创造和集成质量功率比达到5千克/千瓦的光纤激光器。MDA正在发展三种类型的激光武器，一是二极管泵浦的碱金属激光武器（DPAL），二是光纤合成激光武器，三是工业界提出的竞争性技术。无人机生存能力和续航时间

　　美国国家科学院研究小组的联合主席之一大卫·蒙塔古仍质疑MDA设想的可行性。他指出这种方案仍需要足够靠近目标，否则没有足够的反应时间。无人机在距离目标最远不会超过200千米，这样可能出现在敌方防区内，生存面临挑战。即使是在朝鲜这样领土面积有限的国家，距离弹道导弹200千米尽管可能意味着在朝鲜领土上空之外，但仍可能在防空系统的射程内。这还没有考虑诸如伊朗这样面积更大的国家。可见，如何提高无人机的生存能力是未来研究的重点之一。还有一个是续航时间问题。无人机必须在合适的距离范围内持续飞行并待机进行拦截，因此必须提高无人机的续航时间。这不但需要新型的高能燃料组合，还需要推动发展高可靠性的航空发动机。虽然目前美军“全球鹰”“捕食者”均具有长航时能力，但舰载无人机作为一种高度战略型武器，其隐身材料和动力、传感器及反导拦截武器等技术极为严格保密，一旦发生故障或失联坠毁，后果不堪设想，因此对其飞行作战可靠性要求极高。动态环境光束控制和瞄准跟踪技术

　　2016年8月，MDA先进技术计划执行负责人理查德·马特洛克对《飞行国际》透露了以下信息：在为高空长航时无人机配装高能激光武器以拦截助推段洲际弹道导弹之前，MDA将先突破在远距离上建立激光束稳定性并确保在目标瞄准点上驻留时间的技术。激光武器光束控制和瞄准跟踪系统是无人机助推段反导的一项关键技术，目前取得了一定的进展。但是将激光武器与载机平台相结合，激光武器不可避免的要受到载机平台的震动和噪声等环境的影响，以及外部环境的影响。这些动态环境的影响对无人机载激光武器的光束控制和高精度的瞄准和跟踪带来严重的技术困难。因此，在进一步研究激光光束控制技术的同时，应深入开展在载机动态环境下无人机载激光武器的高减振致稳结构设计研究。同时，必须重新分析跟踪瞄准误差，开展高精度随动跟踪技术研究，研究新的精密瞄准与跟踪系统用来捕获、跟踪目标，引导光束瞄准射击，并判断毁伤效果。激光武器适应动态作战环境是无人机载激光武器能够摧毁目标的重要保证。

(来源：北京航天情报与信息研究所，航天防务技术瞭望，吕琳琳、李毅投稿。原文载航天防务微信公号，已获授权转载）