定向能武器

一、定向能武器的基本原理及现状

    随着激光、新材料、微电子、声光、电光等高技术的发展，衍生出一门利用各种束能产
生的强大杀伤威力的“束能武器”，即人们通常所说的定向能武器。它是利用激光束、粒子
束、微波束、等离子束、声波束的能量，产生高温、电离、辐射、声波等综合效应，采取束
的形式，而不是面的形式向一定方向发射，用以摧毁或损伤目标的武器系统。
    定向能武器，依其被发射能量的载体不同，可以分为激光武器、粒子束武器、微波武
器。无论能量载体性质有什么不同，作为武器系统其共同的特点是：首先，束能传播速度可
接近光束，这种武器系统，一旦发射即可命中，无需等待时间；其次，能量集中而且高，如
高能激光束的输出功率可达到几百至几千千瓦，击中目标后使其破坏、烧毁或熔化。
    另外，由于发射的是激光束或粒子束，它们被聚集得非常细，来得又很突然，所以对方
难以发现射束来自何处，对方来不及进行机动、回避或对抗。

    1。战术激光武器(TLW)

    战术激光武器主要由高能激光器，精密瞄准跟踪系统和光速控制发射系统等组成。
    (1)高能激光器是激光武器的核心，是产生杀伤破坏作用的关键部分。在选择和研制激
光武器时，应考虑的主要因素有：①尽可能高的发射功率；②有高的能量转换效率；③激光
波长应位于大气窗口(指大气对该波长的能量吸收极少)；④光束发散小；⑤质量轻、体积
小。迄今研制的高能激光器主要有固体激光器、CO2激光器、化学激光器。
    (2)瞄准跟踪系统。对于任何武器系统来说，目标探测、捕获和跟踪都是首要任务。激
光武器对瞄准跟踪系统的要求则更高。由于激光武器是用激光束直接击中目标造成破坏的，
所以激光束不仅应直接命中目标，而且还要在目标上停留一段时间，以便积累足够的能量，
使目标破坏。为了使激光束精确命中目标和稳定地跟踪目标，瞄准精度要求达到2×
10u7(°)，跟踪精度要求高于1mrad。激光武器所要求的这种跟瞄精度是当前微波雷达无法
达到的。必须发展红外跟踪、电视跟踪和激光雷达等光学精密跟踪。目前，激光雷达是国外
重点发展的跟踪系统。
    (3)光束控制发射系统。光束控制发射系统，亦称发射望远镜。由激光器发出的光束经
光束控制发射系统而射向目标。发射望远镜的主要部件是一块大型反射镜，它起着将光束聚
集到目标上的作用。反射镜的直径越大，射出的光束发散角越小，即聚焦得越好。但反射镜
的直径愈大，不仅加工工艺复杂，而且造价高昂。
    激光武器可分为反卫星、反天基激光武器及反战略导弹等的战略激光武器和用于毁伤光
电传感器(包括人眼)、飞机及战术导弹等的战术激光武器。供陆军野战部队使用的主要是战
术激光武器。战术激光武器的工作原理，以反导弹的防空激光武器系统为例，说明其工作原
理，首先由远程预警雷达捕获目标，并将目标信息传送给指挥控制系统，指挥控制系统通过
目标分配与坐标变换，引导精密瞄准跟踪系统捕获并锁定目标，精密瞄准跟踪系统再引导光
束发射系统使发射望远镜对准目标。当目标处于适当位置时，指挥控制系统发出攻击命令，
启动激光器，由激光器发出的光束，经控制发射系统射向目标，并对其进行破坏。
    目前，激光致盲武器已经在90年代战场上投入使用，如美国陆军研制的“缸鱼”式激
光致盲器，在海湾战争中投入使用。大功率的战术激光武器目前仍处于实验研究阶段。如美
国在海湾战争之后开展了一项称之为“沙漠闪光”的研究计划，对用激光武器对付“飞毛
腿”导弹进行评估和研究。待选的激光器有3种：氟化氚／氟化氢激光器、化学氧碘激光器
和自由电子激光器。至于机载武器的研究，美国战略防御计划局目前正在开展一项有关激光
束水平射向“飞毛腿”导弹类目标时大气湍流对传输的影响的研究。另一项研究由劳伦
兹·利弗莫尔负责进行，将从高空无人驾驶飞机上直接发射激光光束，以避免大气湍流对激
光传输的影响。据悉，这两项研究有可能导致90年代末进行全面的机载激光器方案的论
证。由于大气对激光会产生吸收、散射和湍流效应。大气中的分子和气溶胶(尘埃、烟雾、
水滴等质点)使激光束的能量发生衰减，大气湍流会使激光束发生扩展、漂移、抖动和闭烁
效应，使激光能量损耗，偏离目标，对于强激光，由于大气吸收了激光束的能量，导致光路
加热，从而改变了大气的折射率分布。这种大气体的激光的“热晕”效应，会使激光束发生
漂移、扩展、畸变或弯曲。大气传输的另一种效应是大气击穿，也就是使大气发生电离。当
大气被击穿而产生等离子体时，会严重吸收或阻碍激光束的传输，影响其杀伤破坏威力。预
计，战术激光武器用于对付地面装甲目标，用于防空击毁低空飞机、拦截或击毁战术导弹在
近期内尚不可能，真正进入实战应用，估计要到21世纪30年代。

    2．粒子束武器

    粒子束武器是用高能强流加速器将粒子源产生的电子、质子和离子加速到接近光束，并
用磁场把它聚集成密集的束流，直接或去掉电荷后射向目标，靠束流的动能或其它效应使目
标失效。除了粒子加速器外，粒子束武器还包括能源、目标识别与跟踪、粒子束瞄准定位和
指挥与控制等系统。其中粒子加速器是粒子束武器系统的核心，用于产生高能粒子束。
    为了对付加固目标，要把被加速粒子的能量提高到100MeV，甚至要提高到200MeV，并
要求能源在600S内连续提供100MW的功率，最大流强10KA，脉冲宽高70ns。平均每秒产生
5个脉冲。粒子束武器对目标的破坏能力比激光武器更强。其主要特点是：穿透力强、能量
集中，脉冲发射率高，能快速改变发射方向。根据其使用特点，粒子束武器分为两大类：一
类是在大气中使用的带电粒子束武器，它可以实施直接击穿目标的“硬”杀伤，也可以实施
局部失效的装备发展“软”杀伤；另一类是在外层空间使用的中性粒子束武器，主要用于拦
截助推段导弹，也可以拦截中段或再入段目标。目前对前一类粒子束武器的研究只局限于作
为点防御的近程武器系统范围内，进入实战应用，预计要到21世纪二、三十年代。
    粒子束武器的主要缺点是：其一是带电粒子在大气层内传输能量损失较大；其二是由于
束流扩散，使得在空气中使用的粒子束，只能打击近距离目标；其三是地磁场影响而使束流
弯曲。因此，这种武器距离实战应用还需相当长时间。目前发达国家主要进行基础研究，并
且立足于空间防御系统，可否作为战术武器应用，目前还难以预测。

    3．微波武器

    微波武器是一种采用强微波发射机、高增益天线以及其它配套设备，使发射出来的强大
的微波束会聚在窄波束内，以强大的能量杀伤、破坏目标的定向能武器，其辐射的微波波束
能量，要比雷达大几个数量级。
    微波武器可用于杀伤人员，就其杀伤机理而言，有“非热效应”与“热效应”两种”。
“非热效应”是利用3～13毫瓦／厘米2的弱波能量照射人体，以引起人员烦躁、头痛、神
经紊乱、记忆力衰退等。这种效应如果用到战场上时，可使各种武器系统的操作人员产生上
述心理变态，导致武器系统的操作失灵。而“热效应”则是利用强微波幅射照射人体，能量
密度为20瓦／厘米2，照射时间为1～2秒，通过瞬时产生的高温高热，造成人员的死亡。
微波束另一个特点是，它可以穿过缝隙、玻璃或纤维进入坦克装甲车辆内部，烧伤车辆内的
乘员。
    微波武器还可以使现代化武器系统中的电子设备及元器件失效或损坏。例如，用0
01～1微瓦／厘米2的弱微波能量，就可以干扰相应频段的雷达和通信设备的正常工作。
10～100瓦／厘米2的强微波辐射形成的瞬变电磁场，可使金属目标表面产生的感应电流与
电荷，通过天线、导线和各种开口或缝隙，进入坦克装甲车辆、导弹、飞机、卫星等武器内
部，破坏各种敏感元件如传感器、电子元器件等，使武器系统失去其效能。微波武器的能量
达到1000～10000瓦／厘米2的超强微波能量，可在很短时间内使目标因受高热而导致破
坏，甚至能够引爆武器中的炸药等，使武器被毁坏。微波武器与激光束、粒子束武器相比作
用距离更远，受天气影响更小，从而使对方相应对抗措施更加复杂化。
    目前战术微波武器，例如车载战术性的微波武器的研究进展较快，可望在下世纪初装备
部队。此外，目前美国已研制能在微波波段产生千兆瓦脉冲功率的实验型微波发射管，并希
望最终脉冲功率达到100千兆瓦。
    微波武器目前存在的问题：一是对有核防护设施的目标无效。许多国家的军用电子系统
装有防原子破坏设备，并开始制定了有关军用电子设计标准。这些设备对微波武器也有同样
的防范作用，其原因是金属板可保护电子设备不受微波热效应的影响；二是使用中对友邻部
队可能构成威胁。为了发挥微波武器的作用，其功率必须很大，这样就可能对在一定范围内
的友邻部队的电子系统构成巨大威胁。为防止这一点，就必须采用高度定向的天线或利用地
面屏蔽物；三是微波武器可能遭受反辐射导弹(ARM)的攻击。ARM是一种寻的无线电和雷达
信号的导弹。不言而喻，由于微波武器能发射出功率很大的电磁波，因此，ARM被看作是微
波武器的天敌，但目前对这一问题，国际上有学者持不同看法。其理由是，一是认为微波武
器功率很高，因此可能事先引爆来犯导弹；二是微波武器可能会影响ARM制导系统中的微电
子线路，从而破坏ARM对其的跟踪而偏离航向。

    二、定向能武器未来的研究和发展趋势

    包括激光武器、粒子束武器、微波武器在内的定向能武器。目前分别处于预研、研制以
及基本技术和原理方案的探讨阶段，估计将在下个世纪初叶陆续投入战场，并对未来战场的
局势产生深远的影响。定向能武器未来的发展趋势是：

    1．激光武器的未来研究和发展趋势

    (1)发展新型的精密瞄准跟踪系统。激光武器对目标的瞄准、跟踪精度非常高，否则不
能够精确击中目标，目前研制的微波雷达是无法满足要求的。国际上目前正在开展红外跟
踪、电视跟踪和激光雷达等装备发展光学跟踪技术的研究，重点放在激光雷达跟踪系统的研
究。(2)开展制造大型反射镜的新型材料和新型加工工艺的研究。激光武器反射镜越大，发
出的光束的发散角越小，聚焦性能好。而反射镜的直径超过1m，不仅加工复杂，造价极
高，而且体积、重量增大后，主镜的定向器的转动惯量加大，不能满足对目标的跟踪速度和
对付多目标的能力。为此，美国等西方国家下一步开展制造反射镜材料及新型加工工艺的研
究。如美国拟采用石墨纤维复合材料作基底的反射镜，镜面镀硅并抛光，其热膨胀系数接近
于零。反射镜拟采用多块镜面拼装而成，放宽了加工要求。这一工艺的突破，将有可能使反
射镜的造价降低，轻便性和热稳定性能都会有所改进。
    (3)积极开展强激光在大气中传输所出现的大气湍流和“热晕”的研究。目前对于激光
在大气中传输，对于湍流和“热晕”的效应所造成的有害影响，正在探索和研究之中，对于
大气击穿的“热晕”效应，有人提出先用低强度高重复频率的先行光束来驱除光路上的气溶
胶粒子，然后发射强激光，还有人拟采用自适应光学来抵消湍流和“热晕”效应。这些方法
都是正在和将要研究的课题。

    2．粒子束武器的未来研究和发展趋势

    (1)加强基础研究。对于粒子束武器的基础研究，首先在研究产生粒子的加速器。目
前，产生粒子束的主要方法是利用线性感应加速器(LIA)。但是，由于这种加速器太笨重，
因此无法投入战场使用。目前正在加紧研制体积小的LIA，其方法是以一个线性LIA为中
心，然后象卷饼一样向上盘绕，以便让粒子束可以在现有的小型LIA中环流。美国陆军弹道
研究试验室称，目前尚需进一步证实小型环流LIA的原理。其工作原理是：通过同一加速
器，连续再循环脉动的粒子束，以便把能量逐渐加到每次通过的粒子束上。这种小型加速器
能否投入陆军战场使用，尺寸和重量是关键因素。
    (2)重视高能转换技术的研究。重视能量转换技术的研究，以便形成高速粒子脉冲。目
前，美国空军研究机构称，传统的可控硅开关和火花放电开关的研究已经完成，下一步将开
展磁性开关研究。这种开关是基于饱和的电磁感应原理，具有很高的重复率。

    3．微波武器未来的研究和发展趋势

    微波武器未来的基本理论和基本技术方面的研究与发展范围很宽。其未来的研究与发展
的重点是：
    (1)重视中功率微波武器的研究。所谓中功率微波武器是其功率低于大功率微波武器，
而高于现行干扰机。专家预测，对中功率微波，只要有合适的高脉冲重复率、频带宽度和脉
冲形状，就会得到比现有干扰机高得多的损伤效应。电子干扰机只起到迷惑、欺骗无线电和
雷达的操作手使其无法正常工作的作用，而中功率微波武器的作用是影响电子设备本身，从
而使操作人员无法工作。在21世纪初叶，这种中功率微波武器将可能研制成功，以取代现
使用的电子干扰机。
    (2)重视解决微波武器的使用对友邻系统的影响的研究。美国空军目前正在研究一种性
能优良的防护微波武器的装置，以克服在未来战场上使用微波武器时，不致影响对友邻部队
设备的使用。
    (3)海军用舰载微波武器有可能首先投入使用。由于各军种对微波武器都有特殊的要
求。美国陆军提出的战术微波武器应能够安装到大型履带上，不仅其体积要小，而且要把定
向性极高的天线装在直立的桅杆上，以利于最佳瞄准。空军则要求这种武器体积要小，功率
低并采用专用天线。海军用舰载微波武器则具有功率高、天线大和作用距离远等特点。
    据分析，在三军中，由于海军对微波武器在重量、空间和功率方面提出的限制条件较
少。