美國海軍CVN-78“福特”號航母效果圖
隨著激光技術(shù)的成熟，美國海軍領(lǐng)導(dǎo)人計劃采用多種激光武器，以協(xié)助現(xiàn)有的導(dǎo)彈裝備共同實行航母防御。據(jù)美國軍事網(wǎng)站2015年6月16日報道，海軍高級官員稱，海軍可能為最新的“福特”級航空母艦安裝多種激光武器，以擊落來襲導(dǎo)彈并最終提供進攻火力。
發(fā)端于冷戰(zhàn)，美海軍與激光武器結(jié)下“不解情緣”
自20世紀(jì)60年代第一臺激光器問世以來，世界各軍事強國就開始致力于發(fā)展高能激光武器，以期將激光武器應(yīng)用于戰(zhàn)場。冷戰(zhàn)期間，前蘇聯(lián)海軍就曾用激光器致盲北約飛機機組成員和直升機飛行員；英國也曾基于工業(yè)激光器研制了激光炫目系統(tǒng)，并在1982年的馬島海戰(zhàn)中首次應(yīng)用，隨后還將其作為輔助性武器和非致命性自防御手段，裝備英國海軍艦艇奔赴海灣戰(zhàn)爭。這些激光武器主要是低能固態(tài)激光器，用于干擾即“軟殺傷”用途，具有功能和威力上的局限性。
與此同時，在“硬殺傷”激光武器方面，美海軍從20世紀(jì)70年代開始研究武器級高能激光器，將重點放在了可實現(xiàn)更高能量級的化學(xué)激光器上。1978年3月，由美國湯普森·拉莫·伍爾德里奇公司開發(fā)的演示實驗樣機—— 海軍先進化學(xué)激光器進行了首次試驗，波束控制設(shè)備采用了休斯公司研制的海軍位置跟蹤器。試驗中，該樣機成功在彈道垂直方向擊落了低空、高速飛行中的“陶”式導(dǎo)彈。
1983年，高能激光器的開發(fā)改由美國國防高級研究計劃局接管，海軍則主要負(fù)責(zé)管理高能激光系統(tǒng)試驗場項目。1989年，該項目成功用激光在垂直彈道方向擊落了一架以2.2馬赫速度飛行的BQM-34靶機，但隨后進行的來襲目標(biāo)對抗試驗卻以失敗告終。之后很長一段時間，激光帶來的“熱暈”效應(yīng)始終無法得到解決，不僅不能滿足為艦艇提供自防御能力的要求，而且上述化學(xué)激光器因含有劇毒化學(xué)物質(zhì)并會產(chǎn)生危險的廢水，受到美國海軍內(nèi)部的批評，認(rèn)為其并不適合在艦艇上使用。
20世紀(jì)90年代，隨著固態(tài)激光技術(shù)的進一步發(fā)展，其產(chǎn)生的激光束能量逐漸達到與化學(xué)激光器相當(dāng)?shù)那呒?，重新喚起了美海軍的興趣。固態(tài)激光器更加安全，而且穩(wěn)定性好、體積較小，具有良好的艦載化前景。但與化學(xué)激光器相同，固態(tài)激光器同樣存在大氣中傳輸衰減的問題。因此，美海軍將研究的重點放在如何降低激光傳輸?shù)哪芰克p問題上。分析發(fā)現(xiàn)，要徹底解決該問題，必須實現(xiàn)激光波長在不同大氣環(huán)境中的自由調(diào)節(jié)，而自由電子激光技術(shù)恰具這一特性，在美海軍當(dāng)時發(fā)布的高能激光器路線圖中，將自由電子激光技術(shù)確定為未來最具發(fā)展?jié)摿Φ呐炤d激光武器技術(shù)。
自由電子激光器輸出功率可達兆瓦級，較固態(tài)激光器千瓦級輸出功率有著不可比擬的優(yōu)勢，但也帶來了系統(tǒng)體積龐大、配套設(shè)備不成熟、防護要求高等一系列技術(shù)難題，短期內(nèi)無法達到艦載化的要求。為了盡快發(fā)展出可在艦艇上部署使用的激光武器，美海軍繼續(xù)推進自由電子激光技術(shù)長期開發(fā)和應(yīng)用研究，加大對固態(tài)激光技術(shù)的投入，并啟動了固態(tài)激光武器系統(tǒng)的研制工作。
艦載激光武器發(fā)射使用成本約為每發(fā)1美元，而美海軍近程防空攔截導(dǎo)彈發(fā)射成本為100-140萬美元，遠程防空和反導(dǎo)導(dǎo)彈的發(fā)射成本更高達數(shù)百萬美元。因此，美海軍在攻擊成本較低的飛行目標(biāo)時，使用激光武器可大大提高費用比，且有利于降低艦艇的采辦成本。常規(guī)艦載武器系統(tǒng)只能裝備數(shù)量有限的攔截彈，一旦用盡則需要重新裝填，必然影響作戰(zhàn)響應(yīng)時間。而由電力驅(qū)動的激光武器只要連續(xù)供電且具備持續(xù)冷卻能力即可實現(xiàn)不間斷的目標(biāo)攔截。因此，激光武器在理論上可擁有無限彈藥，使艦艇自防御能力更強。激光束以光速直線傳播，可在一瞬間命中目標(biāo)。因此，激光束更容易集中在目標(biāo)的某個特定點上，在數(shù)秒時間內(nèi)造成巨大傷害。
激光武器不僅能精確打擊，且發(fā)射的光點尺寸直徑僅為數(shù)厘米，攻擊目標(biāo)后一般不會對周圍物體造成傷害。此外，海軍艦艇在近港口海域使用近防武器時，未能命中目標(biāo)的炮彈掉落下來可能對港口區(qū)域造成連帶毀傷，因此其使用也受到一些限制。激光武器可有效解決這一問題。據(jù)美國海軍分析，在作戰(zhàn)使用中，將艦載激光武器系統(tǒng)融入現(xiàn)有常規(guī)艦載武器裝備體系，用艦載激光武器對抗首波誘餌彈攻擊，并將節(jié)省下來的攔截彈和近防武器彈藥用于攻擊下一波更猛烈的來襲目標(biāo)，這種分工明確、多層重疊的防空火力網(wǎng)，可使艦艇防空、反導(dǎo)的理論攔截率達到99%。
艦載激光武器系統(tǒng)較常規(guī)武器具備一系列優(yōu)勢，但同樣存在許多技術(shù)難題。首先是在大氣中傳輸衰減的問題，造成其射程受大氣的影響，不具備全天候作戰(zhàn)能力。目前對激光在大氣中傳輸應(yīng)對湍流和“熱暈”效應(yīng)的探索和研究正在進行中。其次是跟蹤瞄準(zhǔn)難度大的問題。目前國際上正在開展紅外跟蹤、電視跟蹤和激光雷達等光學(xué)跟蹤技術(shù)的研究，重點放在激光雷達跟蹤系統(tǒng)研究。再次是抗飽和攻擊能力差。由于激光束一次只能攻擊一個目標(biāo)，在一定時間內(nèi)，激光雖然可以摧毀較多目標(biāo)，但單個激光武器如果對抗多種武器同時來襲的飽和攻擊，則存在較大難度。最后是難以擊毀裝甲目標(biāo)和旋轉(zhuǎn)運動目標(biāo)的問題，尤其是隨著射程增加，光束在目標(biāo)上形成的光斑也越大，激光功率密度隨之降低，殺傷力減弱。
除了上述方面，艦載激光武器持續(xù)射擊時需消耗巨大的能量，必須配備儲能系統(tǒng)，且對艦艇動力系統(tǒng)的要求很高，當(dāng)前美軍大型水面艦艇最新采用的綜合電力系統(tǒng)和新型核動力裝置提供了很好的基礎(chǔ)。此外，目前艦載激光武器系統(tǒng)的體積仍然較大，過多的占據(jù)“寸土寸金”的艦上空間，其較大的重量也將增加船體噸位，存在影響艦船的電磁兼容性、降低艦船隱身性能、造成冷卻系統(tǒng)超負(fù)荷運轉(zhuǎn)等問題。
到目前為止，激光炮所發(fā)揮的作用仍屬想象。莫斯稱，激光武器表現(xiàn)出來的技術(shù)奇跡令人震驚：移動艦只發(fā)射的激光光束威力巨大。不久的將來，海軍可能無需為其軍艦加裝那些笨重而危險的導(dǎo)彈和彈頭。無彈藥限制的激光武器系統(tǒng)可提供無限防御能力。雖然加裝這種系統(tǒng)要耗費4000萬美元，但“扣動扳機”的成本幾乎為零。出于功率和冷卻的需要，當(dāng)前的定向能武器技術(shù)都意味著其裝置十分巨大而沉重，但是該技術(shù)正在快速發(fā)展中，一些降低體型的設(shè)計理念已經(jīng)出現(xiàn)，空戰(zhàn)指揮官、海軍少將麥克 莫納茲爾說。莫納茲爾說：“航母上只能裝配有限數(shù)量的導(dǎo)彈和裝置，如果能夠安裝成本更低的定向能量武器，總體成本就能顯著下降，同時航母的防御水平還能得到顯著提高。航母是安裝定向能量武器的一個絕妙平臺，現(xiàn)在它被用作防御目的，但隨著技術(shù)的進步，你將會看到進攻性的激光技術(shù)的出現(xiàn)。”
“福特”級航母是新一代核動力航母。從2007年美國海軍與諾·格公司簽署的系列合約看，首艦“福特”號航母最初預(yù)算為137億美元，目前其成本還在攀升，已成為美國乃至世界海軍史上造價最高的航母。“福特”號全長333米，寬40.8米，擁有巨型飛行甲板，排水量約10萬噸，載員2500到2700人，堪稱“超級航母”。“福特”號指揮系統(tǒng)將采用更先進的C4ISR系統(tǒng)技術(shù)和自動化設(shè)備，全面支持美軍的網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)能力，可與其他武器和軍種間實現(xiàn)“互聯(lián)、互通、互操作”，并將廣泛采用電腦顯示器、個人數(shù)碼助理和掌上電腦等替代操作人員目前所使用的手冊和參考資料，以方便操作人員日常保存、查找等使用。由于它大量采用無人操作裝備，艦員的個人生活空間將會有所增大。
“福特”級航母同樣需要充足的電能以支撐其新型電磁彈射器、雙波段雷達、先進的制動裝置及其他電氣設(shè)備。莫納茲爾說：“ 福特 級航母為未來設(shè)計預(yù)留了充足的電力容限，因為我們看到越來越多的電氣裝置正在到來，該航母還設(shè)計有能夠?qū)㈦娔軐?dǎo)出反應(yīng)堆并以一定水平進行存儲的電能存儲功能，讓我們能夠在需要時取出所存儲電能以操作獨立設(shè)備。”“福特”號采用新型A5W壓水堆核動力裝置，功率比“米茲”級增加25%以上，使用13800伏的配電系統(tǒng)，可產(chǎn)生3倍于“尼米茲”級航母反應(yīng)堆的電力。在“福特”號預(yù)計50年的全壽命期內(nèi)，A5W型壓水堆不必更換堆芯。這種新型核動力技術(shù)，雖然一次性投資較大，但大大延長了動力系統(tǒng)的壽命，使單位價格變得相對低一些。
“福特”號徹底摒棄了以往航母的蒸汽彈射器，啟用電磁彈射器。這種彈射器帶來的最大好處是：艦載機日出動量將大幅提高，每日正常出動飛機可達160架次，高峰時可達270架次，遠高于現(xiàn)役航母每日正常120架次、高峰時220至240架次的出動量。此外，“福特”號將大量裝備無人機。這些無人機將裝備精確制導(dǎo)武器執(zhí)行精確打擊任務(wù)。
“福特”號的超級還體現(xiàn)在它的設(shè)計和加工過程。建造“福特”號，像組建一個三維拼圖，與早年用墨水繪圖并制造同等尺寸木頭模型的“尼米茲”級航母不同，美國工程師在“福特”號設(shè)計建造過程中只需戴上一副特制眼鏡，在艦船電腦輔助設(shè)計中心對著大屏幕就可完成設(shè)計。展現(xiàn)在虛擬屏幕上的所有航母艙室三維模型里，每個元素都清晰可見：泵、管道、墊片和螺栓。工程師給每個數(shù)字零件都編了號，還標(biāo)明了供應(yīng)商。設(shè)計完成后，設(shè)計師們將圖紙數(shù)據(jù)輸入電腦，傳輸?shù)礁鞯氐募庸S。接著，“福特”號從虛擬世界回到現(xiàn)實。難怪有人曾感嘆：“建造一艘航母不亞于建造一座城市。”
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