天基激光武器

天基激光武器

研製單位：TRW、波音和洛克希德·馬丁公司

造價：全部研製與發射成本預計970億美元

是美國天基激光武器發展計劃。是美國防部科研局與美國空軍共同勾畫的二十一世紀用激光武器進行太空作戰的美好藍圖。該計劃於20世紀70年代啟動，當時的美國防高級研究計劃局開始實施一項旨在驗證天基激光武器可行性的“三位一體”的技術計劃, 即：

①“阿爾法”（Alpha）計劃

旨在驗證百萬瓦級柱型氟化氫化學激光器軌道飛行的技術可行性。

②“大型光學演示實驗”(LODE)計劃

旨在實驗驗證利用與自適應光學 系統相耦合的輸出波檢測技術控制與瞄準激光束。LODE計劃包含一項“大型先進反射鏡計劃”(LAMP)，用以驗證製造適於在空間使用的4米直徑多面組合輕質主反射鏡的可行性。

③“金爪”（Talon Gold）計劃

旨在驗證捕獲、跟蹤與瞄準技術。

1983年，美國開始實施“戰略防禦倡議”（SDI）計劃，天基激光武器技術的研究也被納入其中，由戰略防禦計劃局（SDIO）負責實施（1993年5月易名為彈道導彈防禦局)。SDI計劃旨在對付蘇聯的洲際彈道導彈，要求將敵方導彈扼殺在多彈頭分離之前的助推段。當時的SDI設想，蘇聯會同時發射2 000枚洲際彈道導彈，天基武器系統應有每秒鐘擊落40枚導 彈的能力。為此，需在軌道上部署幾十顆激光作戰衛星，每顆衛星上的激光武器需由發射功率為30兆瓦的激光器和直徑10米的主反射鏡組成。

蘇聯解體以後，美國作戰戰略發生變化。天基激光武器系統的主要任務由防禦洲際彈道導彈轉為防禦戰區彈道導彈；攻擊目標不再是從蘇聯本土起飛的大批遠程導彈，而是可能從世界上任何地點發射的近程彈道導彈。作戰戰略的變化放寬了對天基激光器的要求。

美國彈道導彈防禦局就天基激光武器系統進行了多方案比較，提出的最優方案是：在高度為1300千米、傾角為40°、不同升交點赤經的圓軌道上，部署24顆激光作戰衛星構成全球星座。每 顆激光作戰衛星能摧毀以其為中心、半徑為4 000千米範圍內的導彈。根據目標距離不同，它可在2～5秒內摧毀飛行中的導彈。如果新目標與原射向之間的角度不太大的話，激光作戰衛星能在0.5s內調整到新的方向，瞄準另一枚導彈。

激光作戰衛星由激光武器(激光器、光學系統、捕獲跟蹤與指向系統)和平台服務系統組成。激光器採用氟化氫激光器，工作波長2.7微米，發射功率估計為8兆瓦。光學系統的主反射鏡直徑8米，鏡表面有超反射塗層，不需要主動冷卻，即能保證激光器在巨大熱負荷下正常工作。捕獲跟蹤與指向系統由監視裝置和穩定平台組成，能在激光器機械泵產生強烈振動的情況下，保證光束對準目標。平台服務系統包括電源、反應物（燃料）、數據處理和測控等分系統。

在20世紀80年代末和90年代初，激光作戰衛星各分系統的關鍵技術均已得到演示驗證。

“阿爾法”激光器由TRW公司於1980年開始研製，1989年進行首次出光試驗，到1994年8月，已出光10次以上，並在兆瓦級功率水平獲得高質量輸出光束。通過改進激光器的結構設計，增加模塊化腔環的辦法，減輕了激光器的質量，可將輸出功率提高到實戰水平。最近研究表明，通過改進激光器的噴管設計，還可進一步減輕質量。在光學系統方面，1989年製造了直 徑4米的多面組合反射鏡，1993年攻克了製造11米反射鏡的關鍵技術，為大型光學系統的工程 實現奠定了基礎。

由於捕獲跟蹤與指向系統採用了大型先進反射鏡計劃和大型光學演示實驗計劃開 發的新技術，已製成4米直徑、主動控制的多面組合反射鏡，可按比例直接放大到實戰用的8米 直徑反射鏡。1997年，TRW公司完成了“阿爾法”激光器與大型先進反射鏡的地基綜合試驗，成功地進行了三次百萬瓦級高功率激光器與光束控制系統及瞄準子系統的地面集成綜合試驗，演示驗證了天基激光系統的可行性和生存能力。為天基激光演示器的研製提供了設計數據。這些地面綜合試驗為天基激光武器演示樣機的發展提供了寶貴的設計數據，系統集成問題基本解決，現已進入武器系統的方案論證階段。1999年2月，彈道導彈防禦局與TRW、波音和洛克希德·馬丁等三家公司簽訂了1.27億美元的合同，開始執行天基激光演示器在軌演示試驗計劃。

整個天基激光武器（IFX）預計到2013年完成，計劃的前期和中期工作已完成，美空軍正集中精力攻克難關，目前關鍵技術已經突破，準備研製天基演示器。 2005年後完成演示器，進一步開發8米直徑反射鏡，逐步實現20顆衛星的星載部署。

美國科研局設計的未來太空激光武器如下：太空激光武器的激光介質能連續發光200-500秒；激光波長為2.7微米；激光功率為5-10兆瓦；軌道高度為800-1000公里；傾斜角為40度；一顆衛星的覆蓋面積為地球表面積的1/10；航程為4000-12000公里；發光直徑為0.3-1米；最大射程為3000米；一次射擊時間為10秒；平均瞄準時間為1秒；質量為3.5萬千克；整個系統由20顆衛星和10個軌道鏡組成。

激光衛星各分系統的技術經過過去20～30年的開發，現都已基本掌握。為了建造實戰用 的激光武器系統，目前正在加緊執行兩項任務：

一　研製、試驗"天基激光武器演示器"

這是將所有分系統總裝，形成完整的激光作戰衛星，進行在軌演示試驗，驗證全系統工作的協調性和對太空環境的適應性。該演示器的尺寸按實戰型衛星的1/2，激光器發射功率按實戰型功率的1/3設計。該演示器的質量估計為16600千克，大約是實戰型激光衛星質量（35 000千克）的1/2。

二　解決全尺寸激光衛星的發射

美國的大力神-4火箭及其下一代的運載能力可達 到22 000千克（近地軌道）。如果實戰型激光衛星尺寸不能縮小，則需將衛星分2次發射，在太空組裝，或者需要研製新的運載火箭。美國國防部不打算研製新的火箭，所以正在加強激光衛星小型化和衛星太空組裝的研究。

激光作戰衛星的研製成本，可根據美國軍用衛星研製成本的歷史統計數據進行估算：已知單價為5萬美元/千克～15萬美元/千克。由24顆衛星組成的天基激光武器星座總質量估計為840 噸（24×35 000千克），若按平均單價10萬美元/千克計，研製成本為840億美元。？

研製實戰型衛星，需在完成演示器太空試驗的基礎上，增加10%的技術延伸費；發射成本按改進型一次性運載火箭5 650美元/千克計。於是，全部研製與發射成本總計970億美元。

天基激光武器系統的下一步技術

研製波長更短的激光器

以便縮小光學系統的尺寸。正在開發的有波長1.3微米的改進型氟化氫激光器、波長1.35微米的化學氧碘激光器、新型二極體激光器和波長0.8微米的多光束激光器。

增大主反射鏡的直徑

提高照射到目標的光束能量。反射鏡尺寸越大，可使光束越集中，光強越高。若維持光強不變，則可以降低對激光器輸出功率的要求，從而減輕衛星質量，降 低研製成本。

進一步提高跟蹤和指向精度

以彌補因光束抖動產生的模糊度，其效果相當於提 高激光器輸出功率或增大光學反射鏡尺寸。

美國正在加緊天基激光武器到激光作戰衛星的發展，已將其作為太空動能武器的備用與後繼系統和國家導彈防禦系統的組成部分。

目前，美國防部認為，太空激光武器是用來摧毀洲際導彈、助推階段的戰役—戰術導彈最有效的武器，並且能在百到幾千公里的距離上摧毀空中和太空中的任何其它目標。美國科研局在導彈防禦計劃中關於這個問題主要從事兩個方面的工作：研製高能化學激光和研製識別目標、跟蹤目標系統、目標制導系統以及火控系統等。

太空激光武器的計劃

美國導彈防禦局制定了研製太空激光武器的計劃，分以下幾個階段進行：

第一階段

實施ALE計劃，主要內容是把激光“阿爾法”與發光儀器LODE進行集成；目前美國的TR米公司已經研製出了氟化氫高能化學激光“阿爾法”，是在1991年開始研製的。此外，還研製出了發光儀器LODE，LODE上裝有直徑為4米的圓鏡LA米P。截止到1994年末，按照ALI計劃，進行了大約10次的“阿爾法”發光實驗。在1996年又重新進行了一次發光試驗，試驗結果發光持續時間為5秒。在2000年3月進行了第22次太空實驗，發光持續時間達到了6秒。

第二階段

把目標識別、跟蹤、制導系統與火控系統進行合成試驗；在2001年初使用新型的目標識別、跟蹤、制導系統與激光調整系統進行了實驗。

第三階段

組建太空激光武器的演示模型，並進行地面和飛行試驗。在1999年2月導彈防禦局與公司集團(波音、洛-馬、TRW)簽訂了1.27億美元的合同，組建太空激光武器演示器並進行最後階段的綜合太空試驗IFX計劃，用以檢驗這種激光武器摧毀導彈的能力。IFX計劃中激光系統的實驗部分由TRW公司負責，同時負責研製、生產激光控制系統，主鏡控制系統，以及研製超聲冷卻劑HYLTE。IFX計劃中的目標識別、跟蹤及目標制導系統計劃盡量用聯營公司為機載激光武器研製的同類系統。IFX實驗原計劃持續到2012年結束，實驗的目的是檢驗太空激光武器識別目標、跟蹤目標以及目標激光制導的能力、激光控制能力，打算在實驗中使用在HABE計劃中研製的高空氣球為載體，氣球預計在2004-2005年進行生產。在實驗成功的條件下，美國導彈防禦局和美國空軍計劃簽訂附加合同，進行最後階段的綜合太空實驗IFX，空軍專家表示計劃將在2013年完成。在實驗準備階段還計劃研製新型自動冷卻噴口，噴口的作用是向共振器內噴射激光介質，要求使用新型噴口能提高輸出功率的30%。還計劃研製硅狀鏡的生產工藝。並且由洛-馬公司負責衛星的設計。

太空激光武器還存在許多尚未解決的難題，包括：怎樣把大型的激光裝置送入軌道，主要原因就是發光裝置主鏡的直徑過大，解決的主要辦法是研製能在運載火箭的貨艙內放得下的摺疊式主鏡，並且在太空激光武器進入預定軌道后能自動打開。還有一個問題就是，怎樣向軌道上的太空激光武器補充化學介質，在將來激光武器使用的都是化學激光，沒有介質就不能發生化學反應，也就不能產生激光。美國科研局和美國空軍，在太空激光武器的下一階段的主要任務是集中精力攻克上述難題。