基本介紹
- 中文名：定向能武器
- 外文名：Directed energy weapon
- 別名：束能武器
- 分類：雷射武器、粒子束武器、微波武器
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基本信息
定向能武器，又叫“束能武器”，是利用各種束能產生的強大殺傷力的武器。定向能武器，依其被發射能量的載體不同，可以分為雷射武器、粒子束武器、微波武器。無論能量載體性質有什麼不同，作為武器系統其共同的特點是，首先束能傳播速度可接近光速，這種武器系統，一旦發射即可命中，無需等待時間；其次能量集中而且高，如高能雷射束的輸出功率可達到幾百至幾千千瓦，擊中目標後使其破壞、燒毀或熔化；另外由於發射的是雷射束或粒子束，它們被聚集得非常細，來得又很突然，所以對方難以發現射束來自何處，對方來不及進行機動、迴避或對抗。定向能武器包括雷射武器、高功率微波、射頻武器和粒子束武器。一般主要指高能雷射和微波，它們可以挫敗處在任意發射階段的彈道飛彈，包括發射初期、加速中、飛行中和最後階段。是美國、俄羅斯和中國等軍事科技較為發達的國家一直大力發展的一類新型武器，而日本對此也非常重視。
介紹
定向能武器 ，在很小立體角內定向傳輸能量來打擊遙遠目標的武器。英文簡稱DEW。定向能武器能在大氣或真空中以很小的立體角（半錐角10-5～10-7弧度）傳輸能量，其傳輸速度等於光速（雷射束）或接近光速（高能粒子束）。所以，它能在瞬間打中遠至幾千千米外快速運動的目標（例如洲際彈道飛彈的助推器、母艙、誘餌和軍用衛星等），將其摧毀或予以識別，並可迅速再次瞄準。定向能武器通常包括定向能束源、發射傳輸系統、目標捕獲跟蹤識別和殺傷評估系統等部分。定向能武器主要分為2類：一類是常規定向能武器，包括各類雷射 、高能粒子束（ 中性氫原子束和電子束）武器；另一類是核定向能武器，包括核泵浦X光雷射器和尚處於概念研究階段的定向電磁脈衝彈和定向電漿武器。雷射武器、粒子束武器、微波武器在內的定向能武器，分別處於預研、研製以及基本技術和原理方案的探討階段，估計將在22世紀初葉陸續投入戰場，並對未來戰場的局勢產生深遠的影響。
可作定向能武器的雷射器
可作定向能武器的雷射器主要有：化學雷射器、準分子雷射器、X光雷射器、自由電子雷射器和γ射線雷射器。定向能武器部署方式分天基和地基2種。天基部署是指把定向能武器設定於軌道高度為千千米級的衛星或作戰平台上。化學雷射器、核泵浦X光雷射器、γ射線雷射器具有很高的能量重量比，因而可用於天基部署；中性粒子束主要用作目標識別，它僅能在高空（120千米以上）運行，故只能用於天基部署 。另一類如準分子雷射器和感應直線加速器型自由電子雷射器 ，能量重量比小，重量和體積很大，只能用於地基部署。
尚需研究
分類
戰術雷射武器
戰術雷射武器主要由高能雷射器，精密瞄準跟蹤系統和光速控制發射系統等組成。雷射武器可分為反衛星、反天基雷射武器及反戰略飛彈等的戰略雷射武器和用於毀傷光電感測器(包括人眼)、飛機及戰術飛彈等的戰術雷射武器。供陸軍野戰部隊使用的主要是戰術雷射武器。戰術雷射武器的工作原理，以反飛彈的防空雷射武器系統為例，說明其工作原理，首先由遠程預警雷達捕獲目標，並將目標信息傳送給指揮控制系統，指揮控制系統通過目標分配與坐標變換，引導精密瞄準跟蹤系統捕獲並鎖定目標，精密瞄準跟蹤系統再引導光束髮射系統使發射望遠鏡對準目標。當目標處於適當位置時，指揮控制系統發出攻擊命令，啟動雷射器，由雷射器發出的光束，經控制發射系統射向目標，並對其進行破壞。
雷射致盲武器已經在90年代戰場上投入使用，如美國陸軍研製的“缸魚”式雷射致盲器，在海灣戰爭中投入使用。大功率的戰術雷射武器目前仍處於實驗研究階段。如美國在海灣戰爭之後開展了一項稱之為“沙漠閃光”的研究計畫，對用雷射武器對付“飛毛腿”飛彈進行評估和研究。待選的雷射器有3種：氟化氚/氟化氫雷射器、化學氧碘雷射器和自由電子雷射器。至於機載武器的研究，美國戰略防禦計畫局正在開展一項有關雷射束水平射向“飛毛腿”飛彈類目標時大氣湍流對傳輸的影響的研究。另一項研究由勞倫茲·利弗莫爾負責進行，將從高空無人駕駛飛機上直接發射雷射光束，以避免大氣湍流對雷射傳輸的影響。據悉，這兩項研究有可能導致90年代末進行全面的機載雷射器方案的論證。由於大氣對雷射會產生吸收、散射和湍流效應。大氣中的分子和氣溶膠(塵埃、煙霧、水滴等質點)使雷射束的能量發生衰減，大氣湍流會使雷射束髮生擴展、漂移、抖動和閉爍效應，使雷射能量損耗，偏離目標，對於強雷射，由於大氣吸收了雷射束的能量，導致光路加熱，從而改變了大氣的折射率分布。這種大氣體的雷射的“熱暈”效應，會使雷射束髮生漂移、擴展、畸變或彎曲。大氣傳輸的另一種效應是大氣擊穿，也就是使大氣發生電離。當大氣被擊穿而產生電漿時，會嚴重吸收或阻礙雷射束的傳輸，影響其殺傷破壞威力。預計，戰術雷射武器用於對付地面裝甲目標，用於防空擊毀低空飛機、攔截或擊毀戰術飛彈在近期內尚不可能，真正進入實戰套用，估計要到21世紀30年代。
戰術雷射武器
戰術雷射武器粒子束武器
粒子束武器是用高能強流加速器將粒子源產生的電子、質子和離子加速到接近光束，並用磁場把它聚集成密集的束流，直接或去掉電荷後射向目標，靠束流的動能或其它效應使目標失效。除了粒子加速器外，粒子束武器還包括能源、目標識別與跟蹤、粒子束瞄準定位和指揮與控制等系統。其中粒子加速器是粒子束武器系統的核心，用於產生高能粒子束。為了對付加固目標，要把被加速粒子的能量提高到100MeV，甚至要提高到200MeV，並要求能源在600S內連續提供100MW的功率，最大流強10KA，脈衝寬高70ns。平均每秒產生5個脈衝。粒子束武器對目標的破壞能力比雷射武器更強。其主要特點是：穿透力強、能量集中，脈衝發射率高，能快速改變發射方向。根據其使用特點，粒子束武器分為兩大類：一類是在大氣中使用的帶電粒子束武器，它可以實施直接擊穿目標的“硬”殺傷，也可以實施局部失效的裝備發展“軟”殺傷；另一類是在外層空間使用的中性粒子束武器，主要用於攔截助推段飛彈，也可以攔截中段或再入段目標。目前對前一類粒子束武器的研究只局限於作為點防禦的近程武器系統範圍內，進入實戰套用，預計要到21世紀二、三十年代。
粒子束武器的主要缺點是：其一是帶電粒子在大氣層內傳輸能量損失較大；其二是由於束流擴散，使得在空氣中使用的粒子束，只能打擊近距離目標；其三是地磁場影響而使束流彎曲。因此，這種武器距離實戰套用還需相當長時間。目前已開發國家主要進行基礎研究，並且立足於空間防禦系統，可否作為戰術武器套用，目前還難以預測。
粒子束武器
粒子束武器微波武器
微波武器是一種採用強微波發射機、高增益天線以及其它配套設備，使發射出來的強大的微波束會聚在窄波束內，以強大的能量殺傷、破壞目標的定向能武器，其輻射的微波波束能量，要比雷達大幾個數量級。微波武器可用於殺傷人員，就其殺傷機理而言，有“非熱效應”與“熱效應”兩種”。“非熱效應”是利用3～13毫瓦/厘米2的弱波能量照射人體，以引起人員煩躁、頭痛、神經紊亂、記憶力衰退等。這種效應如果用到戰場上時，可使各種武器系統的操作人員產生上述心理變態，導致武器系統的操作失靈。而“熱效應”則是利用強微波輻射照射人體，能量密度為20瓦/厘米2，照射時間為1～2秒，通過瞬時產生的高溫高熱，造成人員的死亡。微波束另一個特點是，它可以穿過縫隙、玻璃或纖維進入坦克裝甲車輛內部，燒傷車輛內的乘員。
微波武器還可以使現代化武器系統中的電子設備及元器件失效或損壞。例如，用0.01～1微瓦/厘米2的弱微波能量，就可以干擾相應頻段的雷達和通信設備的正常工作。10～100瓦/厘米2的強微波輻射形成的瞬變電磁場，可使金屬目標表面產生的感應電流與電荷，通過天線、導線和各種開口或縫隙，進入坦克裝甲車輛、飛彈、飛機、衛星等武器內部，破壞各種敏感元件如感測器、電子元器件等，使武器系統失去其效能。微波武器的能量達到1000～10000瓦/厘米2的超強微波能量，可在很短時間內使目標因受高熱而導致破壞，甚至能夠引爆武器中的炸藥等，使武器被毀壞。微波武器與雷射束、粒子束武器相比作用距離更遠，受天氣影響更小，從而使對方相應對抗措施更加複雜化。戰術微波武器，例如車載戰術性的微波武器的研究進展較快，可望在下世紀初裝備部隊。此外，目前美國已研製能在微波波段產生千兆瓦脈衝功率的實驗型微波發射管，並希望最終脈衝功率達到100千兆瓦。
微波武器目前存在的問題：一是對有核防護設施的目標無效。許多國家的軍用電子系統裝有防原子破壞設備，並開始制定了有關軍用電子設計標準。這些設備對微波武器也有同樣的防範作用，其原因是金屬板可保護電子設備不受微波熱效應的影響；二是使用中對友鄰部隊可能構成威脅。為了發揮微波武器的作用，其功率必須很大，這樣就可能對在一定範圍內的友鄰部隊的電子系統構成巨大威脅。為防止這一點，就必須採用高度定向的天線或利用地面禁止物；三是微波武器可能遭受反輻射飛彈(ARM)的攻擊。ARM是一種尋的無線電和雷達信號的飛彈。不言而喻，由於微波武器能發射出功率很大的電磁波，因此，ARM被看作是微波武器的天敵，但對這一問題，國際上有學者持不同看法。其理由是，一是認為微波武器功率很高，因此可能事先引爆來犯飛彈；二是微波武器可能會影響ARM制導系統中的微電子線路，從而破壞ARM對其的跟蹤而偏離航向。
車載微波武器
車載微波武器雷射武器
發展新型的精密瞄準跟蹤系統
新型材料和新型加工工藝的研究
開展製造大型反射鏡的新型材料和新型加工工藝的研究。雷射武器反射鏡越大，發出的光束的發散角越小，聚焦性能好。而反射鏡的直徑超過1m,不僅加工複雜，造價極高，而且體積、重量增大後，主鏡的定向器的轉動慣量加大，不能滿足對目標的跟蹤速度和對付多目標的能力。為此，美國等西方國家下一步開展製造反射鏡材料及新型加工工藝的研究。如美國擬採用石墨纖維複合材料作基底的反射鏡，鏡面鍍矽並拋光，其熱膨脹係數接近於零。反射鏡擬採用多塊鏡面拼裝而成，放寬了加工要求。這一工藝的突破，將有可能使反射鏡的造價降低，輕便性和熱穩定性能都會有所改進。
雷射武器強雷射在大氣中傳輸的研究
積極開展強雷射在大氣中傳輸所出現的大氣湍流和“熱暈”的研究。目前對於雷射在大氣中傳輸，對於湍流和“熱暈”的效應所造成的有害影響，正在探索和研究之中，對於大氣擊穿的“熱暈”效應，有人提出先用低強度高重複頻率的先行光束來驅除光路上的氣溶膠粒子，然後發射強雷射，還有人擬採用自適應光學來抵消湍流和“熱暈”效應。這些方法都是正在和將要研究的課題。
粒子束武器
加強基礎研究
對於粒子束武器的基礎研究，首先在研究產生粒子的加速器。目前，產生粒子束的主要方法是利用線性感應加速器(LIA)。但是，由於這種加速器太笨重，因此無法投入戰場使用。目前正在加緊研製體積小的LIA，其方法是以一個線性LIA為中心，然後象卷餅一樣向上盤繞，以便讓粒子束可以在現有的小型LIA中環流。美國陸軍彈道研究試驗室稱，目前尚需進一步證實小型環流LIA的原理。其工作原理是：通過同一加速器，連續再循環脈動的粒子束，以便把能量逐漸加到每次通過的粒子束上。這種小型加速器能否投入陸軍戰場使用，尺寸和重量是關鍵因素。
重視高能轉換技術的研究
微波武器
重視中功率微波武器的研究
所謂中功率微波武器是其功率低於大功率微波武器，而高於現行干擾機。專家預測，對中功率微波，只要有合適的高脈衝重複率、頻頻寬度和脈衝形狀，就會得到比現有干擾機高得多的損傷效應。電子干擾機只起到迷惑、欺騙無線電和雷達的操作手使其無法正常工作的作用，而中功率微波武器的作用是影響電子設備本身，從而使操作人員無法工作。在21世紀初葉，這種中功率微波武器將可能研製成功，以取代現使用的電子干擾機。
重視對友鄰系統的影響的研究
重視解決微波武器的使用對友鄰系統的影響的研究。美國空軍目前正在研究一種性能優良的防護微波武器的裝置，以克服在未來戰場上使用微波武器時，不致影響對友鄰部隊設備的使用。
海軍用艦載微波武器有可能首先投入使用
