【装备发展】莱茵金属公司高能激光武器发展回顾

2016年2月，在德国国防军的支持下，德国莱茵金属公司在德海军舰艇上完成高能激光武器样机测试，样机输出功率10千瓦，安装在MLG 27舰炮炮座上。测试过程中，样机完成了对无人机、小型水面舰艇、地面静止目标等不同机动性目标的跟踪，测试了海洋环境下相关技术的有效性。本次测试标志着德国成为继美国后，另一个开展高能激光武器海上测试的国家。

莱茵金属公司Waffe弹药分部（RWM）自1980年起开始研发激光武器，绝大部分研究都得到了德国国防军的支持。最初研发了CO₂脉冲激光器，自九十年代年中期开始探索Nd：YAG板条式脉冲固体激光器，但最终由于光学系统问题没能成功。在研发脉冲固体激光武器的过程中，开展了有关目标交互、大气湍流、平台集成等相关研究，并搭建了激光武器试验靶场，当激光武器从实验室发射时，试验场的最大射程可达到2千米。

1、作战需求分析

莱茵金属公司以防空、反火力压制、未爆物清除三项任务为基本需求，通过多次模拟和理论计算，得到了相应的性能要求。

图1  不同任务对高能激光武器的性能需求

执行未爆物清除时，激光武器需要尽可能小的光学口径，以降低爆炸冲击波对光学系统的冲击；用于防空和反火力压制等动态作战时，光学系统的质量和成本成为限制光学器件直径的主要因素，因此，面对这种需求，需要近衍射极限的极高光束质量。

2、高能激光效应器基本结构及关键技术

莱茵金属公司将其研发的高能激光武器样机称为“高能激光武器效应器”，采用了光束叠加技术，以及基于商用光纤激光器的激光武器模块，对不同的平台都有较好的适应性和可扩展性。

图2  高能激光效应器基本结构

每台高能激光效应器至少包含1个激光武器模块，模块由1台高能光纤激光器和1套光束成型单元组成。光束成型单元对目标放大成像，以极高的精度跟踪目标上的某个点，并将激光束聚焦至这个点上。光束成型单元可分为三部分：高精度成像部分、精密跟踪部分、光学望远镜。为了提高精密跟踪系统的精度和速度，可用窄带宽光源（激光）照射目标。光束成型单元的设计和制造都以保证光束质量近衍射极限为目标。考虑平台的类型和作战模式，外围设备（如高能激光器冷却和供电设备、粗跟踪、指向、火控、激光控制等）可以集成至平台，也可作为外部负载。

为了提高激光武器的输出功率，同时保持极高光束质量，莱茵金属公司采取了两条技术路径。近中期的样机采用了商用单模光纤激光系统，通过特殊改进，加之“光束叠加技术”，可使激光器在军事环境下运行。远期项目将采用光谱合束技术。

3、莱茵金属公司高能激光武器发展历程

（1）未爆物清除样机

通过在实验室和场地环境下开展的未爆物、以及其他爆炸材料的清除试验，莱茵金属公司确定了未爆物清除样机的最小作战距离，且激光束功率需达到1千瓦，并将1千瓦的光纤激光器和相关的光束成型单元集成至TM170装甲车平台，但最初的平台无法满足电力和冷却需求。因此，为平台加装了额外的储能模块，通过3部商用变流器，可将24V车用直流电转换为三相400V交流电，用于驱动激光器。激光器的冷却系统直接由储能模块驱动。激光束由光纤发出后进入光束成型单元，后者安装于一部炮塔上。通过光束成型单元中与光束平行的摄像机，可手动调整炮塔指向，使光束聚焦至目标。

图3  安装在TM170装甲车上的激光武器样机

（2）通用10千瓦激光武器样机

2011年，RWM搭建了1台通用10千瓦激光武器样机，将2台5千瓦激光武器模块安装至陆基防空系统（GBAD），并选择“千禧年”防空炮塔作为激光武器模块的集成平台，该炮塔可满足跟踪和指向精度需求。

下图是装备了5千瓦商用单模光纤激光器的“千禧年”炮塔，激光器位于炮塔下方的箱体中，光束成型单元安装至火炮的支架上。试验中采用了“空中卫士”（Skyshield）作为火控单元、激光控制单元、评估单元，以及搭载雷达和照射激光器的平台，并与激光武器样机分散布置。

图4  通用10千瓦激光武器样机

当“空中卫士”系统的雷达捕获到目标后，与雷达同轴安装的激光照射器自动开始照射目标，“千禧年”炮塔将随目标移动而进行运动，当完成精密跟踪后，高能激光器开始向目标发动攻击。

（3）50千瓦激光武器样机

2012年推出的50千瓦激光武器样机是在10千瓦通用型激光武器样机的基础上开发的，采用了光束叠加技术以及基于商业现货的光纤激光武器模块概念。基础平台、评估单元、跟踪设备、雷达、火控系统等都采用了现役的“空中卫士”陆基防空系统的相关设备，仅作了很少改进。“防空卫士”陆基防空系统可同时控制多个炮塔对抗同一目标。

图5  “空中卫士”防空系统（中）及两套激光武器站示意图

样机对跟踪系统的跟踪和指向精度要求是精度小于20微弧，远高于常规武器系统。为了满足需求，样机的跟踪系统分为两部分，即粗跟踪系统和精密跟踪系统。粗跟踪系统可利用“空中卫士”传感器平台的雷达和光电传感器信号作为输入，跟踪精度不低于5毫弧。精密跟踪由光束成型单元实现，利用与跟踪雷达和光电传感器同轴安装的激光照射器作为输入信号。

（4）“履带V型机动效应器”

“履带V型机动效应器”是将一台1千瓦光纤激光器集成至改进型M113履带式装甲运兵车，装甲车上的遥控武器站配有一套光束成型单元。“履带V型机动效应器”设计用于有限距离内的未爆弹清除或障碍清除。因此，选用了最小的光束成型单元口径以降低爆炸冲击波的影响。由于仅对抗固定或缓慢移动的目标，该系统省略了照射和精密跟踪部件，使得效应器的设计更为鲁棒，更易操作。激光器的电源和冷却设备集成至了M113平台，使该平台可自主作战。“履带V型机动效应器”是首个与卡车平台集成并开展测试的高能激光效应器。

图6  “履带V型机动效应器”

（5）“轮式XX型机动效应器”

“轮式XX型机动效应器”设计时重点强调机动性，因此选用了8×8的GTK“拳击手”多用途装甲车地盘。1台5千瓦光纤激光器，以及电源和冷却系统被集成至经改进后的战场救护模块中。车辆顶部的敏捷遥控武器站有一台光束成型单元，可人工操作，也可自动进行粗跟踪。光束成型单元中包含精密跟踪设备，以补偿平台的振动。因此可在平台机动过程中、在较远距离上保持光束稳定。此外，模块中还包括一套高能激光操作站和两部跟踪设备。目前的配置中不包含照射激光器，但经简单升级后即可加装。

图7  “轮式XX型机动效应器”

（6）“集装箱L机动效应器”

“集装箱L机动效应器”包含2套激光武器模块，每套输出功率10千瓦。高能激光效应器集成至采取了弹道防护措施的20英尺标准集装箱中，内含2套10千瓦高能激光器以及冷却单元，光束成型单元安装在车顶的遥控武器站上。两台光束成型单元中都配有各自的精密跟踪系统，其中也包含了照射激光器。此外，箱体中还安装了高能激光器操作站以及精密跟踪和粗跟踪系统。车体为采用了防护措施的T-815/7型8×8卡车。激光效应器的电力由外部提供。对于灵活的模块化系统而言，集装箱是一个理想的选择。可灵活配置或部署一台或数台高能激光效应器。电源可以是机动平台，也可是地面基础设施或海军舰艇的固定式电站。

图8  “集装箱L机动效应器”

（7）“30千瓦级固定式效应器”

“30千瓦级固定式效应器”的基本设计与2012年试验的30千瓦级激光武器站基本相同。3台10千瓦激光武器模块集成至MG 10“空中卫士”炮塔，原火炮拆除后由光束成型单元替代。30千瓦固定式激光武器站如下图所示，高能激光器集成至10英尺海运集装箱中，电力和冷却全部由外部提供。为了验证激光武器站与陆基防空系统的集成性能，MG-10炮塔的粗跟踪由“空中卫士”传感器平台（包含雷达和光电传感器）指挥。传感器平台经过改进，装有照射激光器，以提高精密跟踪系统的距离和速度。

图9  “30千瓦级固定式效应器”

4、结语

莱茵金属公司的高能激光武器采用了模块化概念，可集成至多种平台，并可根据任务需求、平台空间等约束条件调整激光功率和跟踪模式，具有很强的灵活性。下一步研究工作中，将致力于缩小高能激光器体积，进一步提高系统的集成度和网络化能力，并通过光谱合束的技术将激光器输出功率提升至100千瓦级，以适应更多的任务领域。（蓝海星：白旭尧）