美国机载激光武器就是美国人诱导我们的最好的实例,下面就进行分析。
1 美国机载激光武器的吓人的概述
机载激光将提供可快速部署的装备远程高能激光武器的机载平台,它能自动探测、捕获、跟踪、识别、瞄准和摧毁几百公里外的液体和固体战区弹道导弹。它是美国最雄心勃勃的一项强激光武器计划,极有可能成为部署的第一种实际有效的高功率定向能武器。它代表了迄今技术发展的最高水平,并将成为未来(1998年的未来,已经十年)10年最重要的演示论证项目,目标是摧毁起飞段的100公里——400公里内的起飞段的弹道导弹。采用2——3兆瓦的氧碘化学激光器,1500毫米有效通光孔径的发射天线。
2 机载激光武器的发展计划
机载激光武器分四个发展阶段:概念设计;技术设计和降低风险;工程和制造研究;生产阶段。
1994~1996年是概念研究;
1997年进行技术设计和降低风险阶段,开始研制作战样机;
1998年演示全功率飞行重量COIL模块;
1999年改装波音747-400E型飞机;
2003年建成有作战性能的样机,并进行拦截弹道导弹的试验;
2004年开始生产;
2006年建成三架机载激光战机(包括重新改装的样机);
2008年建成另外4架机载激光战机。
3 机载激光概念设计取得重大成果
机载激光计划在化学氧碘激光器,激光大气传输,光束控制,靶现象学,非致冷光学部件,消除飞机运动和振动引起的低频“颤动”等关键技术方面都取得了重大的进展。并成功地进行了COIL激光器模块的功率和效率演示试验,强激光杀伤力试验,束控系统演示验证和主动跟踪助推段导弹的演示验证。从而结束了概念设计阶段,进入了研制样机的阶段。1.1.1 概念设计阶段的主要成果
* COIL激光器模块原形演示证明能满足兆瓦级激光器的性能要求;
* 杀伤力演示试验证明机载激光摧毁弹道导弹是可行的;
*束控系统演示试验提高了机载激光杀伤几百公里外目标的可信度(最近的试验证明机载激光在大气湍流中的瞄准精度达到0.1μrad;
*建立并验证了大气湍流的计算机模型,并成功地表征了大气的传输特性,验证了在典型的湍流情况 下补偿大气畸变的可行性;
* 首次演示了助推段弹道导弹的主动跟踪。1.1.2 机载激光武器系统的主要性能
4 机载激光武器组要技术指标
作战型氧碘激光器输出功率:2~3MW;
演示型COIL:1~2MW;
作战高度:12~15km;
激光射程:100~400km;运载平台:
波音747-400F;发射镜直径:1.5m;
武器系统总重:45t;
机载化学燃料重量:14t;
激光器模块:功率200kW,重量373kg,长×高为2.5m×1m,作战型COIL由14个模块组成。
每次巡航8h,可空中加油。在一次巡航中可射击40次,每次持续3~5s,至少能击毁同时发射的三枚弹道导弹。
战机自主作战,逐一探测、捕获、跟踪和射击多枚导弹,从探测到击落助推段导弹在80s之内。
一个战区需七架机载激光战机,五架值勤,两架处于维修或设备更新。
5 为什么这个看起来很科学的计划会失败?
激光要击毁100公里外的导弹,必须在100公里外会聚成一个光斑,这个光斑的直径不能大,光斑内激光功率要达到一定的功率密度,还要求这个光斑能够跟着飞行的导弹运动。使会聚在导弹上的光斑保持汇聚位置不变,直至导弹被摧毁。两个指标:激光会聚光斑直径和瞄准跟踪精度是激光是否能够摧毁导弹的关键。ffice
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首先分析会聚光斑:
根据理论计算,100公里处会聚光斑最小直径不小于100毫米A.100公里处激光会聚光斑直径D(毫米):
D=K*167*M/d
(K单位:100公里;M :表示激光器光束质量的数据,M>1;d :激光器的发射望远镜有效通光口径,单位米)
显然,美国机载激光武器在100公里处的会聚光斑理论极限最小值是11.1毫米,功率密度是每平方厘米2.1万瓦——3.1瓦,这样的功率密度,要在弹道导弹上烧出一个洞,必须保持一段时间。
这个功率密度仅仅是理论极限,实际情况是:
一,这样高功率的激光器很难做到M数小于5(尽管国内的激光界,经常报道他们的激光器M数小于1.1,这能说教授们无知,才敢于无所畏惧,造出这样的数据);
二,考虑到机载激光武器的大口径发射天线,安放在机头,飞行中产生的气流和大气的湍流,很难补偿,使会聚光斑变得更大;
三,有效光学直径1500毫米的透镜对材料要求极高,加工精度也极高,也不能达到极限的会聚光斑;
四,物距和焦面得距离仅有(F×F)/100000(F发射透镜的焦距,单位米),这个数据表明,物距落在了焦深里面,如果是以平行光发射,100公里处的光斑直径最小也是150厘米,功率密度也只有119瓦/平方厘米——179瓦/平方厘米,这样的功率密度,是无法摧毁目标的。
因此,实际会聚光斑可能大于一米,功率密度小于200瓦/(平方厘米),这样的功率密度难于摧毁一百公里外的目标。
第二,分析跟踪精度
根据美国的报道:“试验证明机载激光在大气湍流中的瞄准精度达到0.1μrad”,这个数据不真实。
根据前面分析,衍射极限的激光束,通过直径1500毫米的发射天线,在100毫米出的会聚光斑直径不小于100毫米;据资料跟踪是采用YAG激光照射和红外跟踪,这样最好是采用同一个物镜,不可能在飞机上再装载一个更大的接收物镜,显然光学系统的理论分辨率不会大于1μrad。显然,加上大气的干扰,即使有补偿,加上加工误差,装配误差,要实现0.01毫弧度的分辨率也有困难。也就是说看不清楚100公里外的直径小于1米的目标,自然也跟踪不上了。
综合上面的分析,显然美国的机载激光武器难以实现他的目标,也不难理解一个被如此报道的项目,十年以后还没有实现这个目标。
6 教训
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