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战术激光武器陆战场运用思考
特种装备网 发布时间:2021-02-27
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摘 要:新时代条件下陆军防空任务正在受到新型远程无人武器的巨大挑战,传统远中近程防空武器系统亟需进行变革性重组和加入新型防空力量,战术激光武器的发展运用由此孕育而生。本文提出了战术激光武器的主要特征,研探了其主要任务清单和效能,分析了战术激光武器在陆战场中实际运用方式,总结了其战场实际需求和发展。

关 键 词:战术激光;陆战场;运用

1 引 言

新时代条件下陆军防空任务正在受到新型远程精确无人武器的巨大挑战,传统远中近程防空武器 系统亟需进行变革性重组和加入新型防空力量,战术激光武器的创新运用由此孕育而生。通过评估美俄在叙利亚战争中,可以得出以激光制导武器、加载 激光系统的无人化武器正在广泛参与现代战争的各个层面,特别是针对陆战场的集中投入使用,表现出精确制导化程度高、对抗传统干扰技术强、雷达信号捕获难、反制措施有限等特点。战争形态的悄然演变,一方面正在推动陆军装备不断发展高新概念作战武器系统,另一方面也对陆军现有对抗装备的升级改造提出新的要求。

2 战术激光武器的主要特征

激光武器是采用发射激光束直接毁伤目标的定向能武器,相比较传统毁伤武器,属于效费比优良的陆军近程防空反导武器系统。主要具有以下技术特征:

(1)波长短,衍射效应小;战术激光武器的波长越短,则能量越大,其破坏性和杀伤力也越大。但也存在容易被空气散射,导致有效距离极大缩短。

(2)发射速度瞬时。战术激光武器实现以光速毁伤敌方目标,可以达成发现即摧毁。但也对情报预警提出更高要求,需提供一定作战准备时间。

(3)系统运转只需保障电力。在确保电力充足的条件下,不依赖弹药等后勤物资供应,在配合相关地面武器系统使用中,可极大减轻其他军需器材的保障压力。

(4)抗干扰能力强。激光传输基本不受外界电磁对抗干扰,可在复杂电磁对抗战场环境中作战,攻击的目标使用现有电磁干扰技术无法躲避战术激光武器打击。

(5)效费比突出。多数防空导弹的成本相对过于昂贵,其中硬件如火箭发动机、导引系统、电子设备、弹体等都属一次性消耗。而战术激光武器发射过程中仅消耗电能,成本可控较低,对于攻击侵入空域经济价值不高、数量较多的目标,以及陆域清障排雷等任务,战术激光武器优势明显。

3 主要任务清单及效能

本文主要定位国土防御及边境反击作战条件下的战术激光武器作战运用和防御作战目标分析。未来战术激光武器在陆战场重点运用于野战 防空任务和要点、要地防空任务。其可能任务清单包括:

3.1 反空地末端光电精确制导武器

现代战争中国土防空和海上防空的点防空已从反飞机临空轰炸为主转向以反精确制导武器攻击为主,对于有重大价值的敏感点目标,包括地面点目标(如军事、政治指挥部和广播电台、电视台等)和海上舰船,是精确制导武器攻击的重点。精确制导武器包括巡航导弹、各类空地导弹、各类反舰导弹和制导炸弹,目前,这些武器既是军事强国的关键性武器,也是多数采用光电制导系统的武器。采用战术激光武器对抗强敌精确制导武器如能可靠实现,将成为决定现代战争胜败的关键环节。

3.2 反低空突防战斗机、武装直升机、查打无人机

未来空袭环境将日趋复杂严峻,低空突防战斗机、武装直升机、查打无人机是现代地面防空的重要作战对象。在NSSIM仿真平台中建立以上相关武器及场景对应的想定,以美军武器性能为例,见表1 NSSIN仿真平台中激光武器参数设置,形成敌我兵力部署及空袭路线图,根据仿真模拟结果,如图1 无/有战术激光武器参加的作战效能分析,可得出激光武器融入防空体系对体系效能的影响,与敌方空袭兵器数量及我方装备结构有关。在近程防空作战中,在一定范围内,随着敌方空袭兵器数量的增加,使用激光武器代替部分传统防空武器,将使整个体系的作战效能得到提高。

战术激光武器陆战场运用思考

战术激光武器陆战场运用思考

3.3 低慢小相关目标

低慢小相关目标多数采用大量高密度、高强度的尼龙材料、碳纤维、环氧树脂等作为重要制作原料。 战术激光武器对以上材料在高强度辐照下可瞬时产生毁伤效果,激光烧蚀是一个瞬态热分析过程,利用ANSYS软件对激光烧蚀尼龙材料的温度场变化进行数值模拟,表明使用功率密度为100W/cm2的高斯光束对尼龙材料目标照射,在相同功率密度条件下,均匀分布的光束相比高斯分布的光束对材料的烧蚀效果更明显,可对低慢小目标进行功能性毁伤。

3.4 战术光电观瞄支援分队目标压制与毁伤

战术激光武器在陆战场中主要可编配于地面防空力量,形成配搭防空导弹、高射炮等武器的一体化防空火力网,实现在远、中、近程防空反导能力的提升和火力防御强度。

4 战术激光武器在陆战场中实际运用

4.1 毁伤光电探测系统

光电精确制导武器的导引系统,以及无人机的光电控制感应系统,其中用于侦察导引和精确打击的核心元器件主要依赖波段不同的光电探测感应器材。该器件可使用激光对其进行压制,从而使其失效和无法感应,这是战术激光武器的主要作用原理。

战术激光武器由于其高能量入射激光透过对抗目标光学系统汇集到焦平面附近的光电探测器表面,利用光学增益效果提高靶面能量密度,达到材料损伤阈值后,可以造成探测器熔融毁伤,继而对读出电路等配套电子设备形成结构性损伤和功能性破坏,导致光电探测器失去效能。对带有滤光功能的光学系统,可以损伤滤光片膜系或基底材料,导致透光率、工作波段等性能参数发生彻底改变,降低或失去精确制导能力。

激光制导的核心器件是四象限探测器,其由四个独立二极管构成,工作原理主要是依据四个象限信号取差计算角偏差,因此四个象限响应度必须一致以保持高定位精度。由于探测器位于导引头光学系统焦面附近,具有较高的光学增益,当入射激光通过导引头光学系统会聚到探测器表面任何一个象限,对其造成损伤后,将导致被破坏象限响应度降低甚至完全无信号输出,四个象限响应一致性大幅下降。当其他三个象限仍正常接收目标反射激光信号,就会产生固定角偏差和脱靶量,使导弹偏离目标飞行,最终无法准确命中目标。

成像制导武器光电探测器件和无人机载光电侦查传感器均是弱光探测系统,灵敏度高,且位于导引头光学系统焦平面上,光学增益高,因此,易受激光损伤。入射激光通过光学系统会聚后在探测器表面产生高能量密度,当激光辐射足够强时,将对成像器件数个象元造成破坏,使读出电路电极短路或断路,进而导致器件无图像信号输出,导引头无法锁定目标实施精确制导,命中精度大幅降低。

激光测距机雪崩二极管探测器具有高响应度和量子效率。为提高测程,常采用较大入瞳尺寸,获得高光学增益。激光通过测距机光学系统会聚后,能量密度大幅提高,达到雪崩二极管损伤阈值后,对其 造成损伤,无法接受激光回波信号,失去测距功能。

当机载光电观瞄/火控系统的侦察光电传感器、激光测距机雪崩二极管探测器受到损伤,将不能对目标实施成像侦察,难以锁定目标、获取距离信息,火控计算机就无法解算弹道参数、控制武器投放,不能精确命中目标,丧失核心能力。

4.2 激光毁伤飞行器壳体

飞行器机身部件材料主要有铝、镁、钢、钛、镍、陶瓷、石墨等,战术激光武器可以通过利用激光的高能量密度特性直接辐照飞行器壳体,产生热熔融过程,并烧蚀相关器件。其毁伤目标的主要原理是:目标在战术激光武器的持续高强度照射下,其作用部分被瞬间加热、升温,当目标被激光照射部分的温度升高到目标材料的熔化温度时,目标在被激光照射处形成凹坑或造成穿孔,甚至由于高温高压产生热爆炸,造成目标结构功能破坏。

4.3 主要运用方式

按照战术激光武器在陆战场不同作战行动、防御任务、威胁等级,可进行相对应的防御部署,通常有三种方式:点防御方式、区域防御方式、伴随防御方式(如图2所示)。

5 战场实际需求和发展探讨

5.1 伴随防护

当前,传统防空武器普遍存在点射能力弱问题,自动速射高射炮多管组合形式虽然能够解决部分问题,其机动能力制约了实战效果。战术激光武器的发展前景和运用特点,使其成为进程防空武器的可以预期的有效补充手段,对陆战场的防御作战机动化有大幅提升作用,可以适应伴随防空作战任务的实际需求。

5.2 要地防空

目前光电对抗准备体系中,结合外军激光武器的应用发展趋势,战术激光武器系统是可以预期具有实战运用前景的新型激光对抗武器装备,可以弥补传统电子对抗装备存在的不足和弱项,其具有的高精度光电跟瞄、激光损伤及多目标对抗能力,更加能够适应未来高端战争中机动性、精确性、火力持续性等需求,在时效性和复杂性显著突出的陆战场中 遂行各种防空护卫任务,为要地防空提供有效途径。还能配合其他光电对抗武器进行网络化协同作战,形成对抗功能与作用距离梯次配置的防空护卫光电对抗装备系统,提升综合防护军事效益。

5.3 末端防御

战术激光武器系统可作为末端防御系统的组成部分之一,与光电信息分系统、综合对抗分系统、防空制导炮弹分系统等共同组成末端防御系统,如图3所示。

战术激光武器陆战场运用思考

以上系统中,光电信息分系统的作用是为各个分系统提供目标信息,并通过战术网络进行互联互通,确保战术激光武器与其他系统进行协同作战,达成对目标的远近中程全覆盖、点面结合、分层分次、多种手段有效防护。

末端防御武器系统配备具有硬毁伤、光电对抗和激光毁伤能力的多型武器,可实现多层梯队式防御拦截,如图4所示。

战术激光武器系统可在8~20 km电子干扰层与综合光电对抗系统配合协同,对来袭目标实施干扰,在3~8 km激光毁伤/弹炮摧毁组合层通过对目标光电探测器实施毁伤,配合近防高炮、防空导弹、光电对抗实现中段防空功能,在0.5~3 km光电欺骗/弹炮摧毁组合层通过拦截“低慢小”飞行物,由防空导弹与综合对抗系统对来袭目标进行毁伤/诱偏,协同完成末段防护任务。

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[来源:《激光与红外》责任编辑:孔珊珊]
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