探究洛馬光纖激光武器 正逐步走向成熟

寂靜天花板

光纖激光器具有固有的高效電驅(qū)動效率和高質(zhì)量的波束，目前已經(jīng)處于快速發(fā)展,、邁向成熟的階段,。目前,，對于執(zhí)行防御和攻擊任務(wù)的高能電動激光武器系統(tǒng)，軍方也尚未就其開發(fā)和部署做出決策,。
; e* x) P- S6 G% E) X美國空軍計劃2017年對洛馬研制的3萬瓦光纖激光系統(tǒng)進行的驗證，是一個重要步驟,。不過,，與光纖激光器形成競爭的固態(tài)激光器，其功率在驗證中已經(jīng)超過10萬瓦,，技術(shù)成熟度較高,，被軍方認(rèn)為是潛在的、可實現(xiàn)盡早部署的定向能武器。

洛馬公司已經(jīng)開始生產(chǎn)光纖激光器模塊,，用于功率6萬瓦的激光武器系統(tǒng),。2015年4月，洛馬公司獲得價值2500萬美元的合同,，用于制造和試驗?zāi)�塊化激光器,，該激光器將集成到陸軍所屬、波音研制的高能激光移動驗證機（HEL MD）上,。洛馬公司的高級研究員Rob Afzal表示,，“我們公司將在2016年底向用戶交付激光器�,！敝���,，洛馬公司利用內(nèi)部資金制造了一個功率3萬瓦的激光系統(tǒng)，在保持波束質(zhì)量和電驅(qū)效率的同時,，驗證用多個光纖激光器合成波束的可行性,。Afzal介紹，模塊化技術(shù)能夠?qū)⒓す馄鬟M行規(guī)模集成,，提升功率級別達10萬瓦以上,；在2017年的演示結(jié)束后，陸軍計劃僅僅是通過增加激光器模塊,，將HEL MD升級到10萬瓦,。
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: [6 _5 Q( z" W$ A與利用平板激光晶體作為獲取媒介的固態(tài)激光器相比，通過二級泵浦形成的長時間光學(xué)光纖而生成的激光波束,，具有更高質(zhì)量的波束,、更高效的電動效率，但功率量級卻低一些,。光纖激光的波束由多個光纖高效組合而形成單一的高功率波束,。洛馬公司宣稱，該公司研制的激光系統(tǒng)效率達到了40%,，降低了整個武器系統(tǒng)對功率生成和冷卻的要求,。Afzal表示，基于波束組合的光纖激光器,，功率更大,、波束質(zhì)量更高，從而能夠在更遠的距離范圍外,，向目標(biāo)發(fā)射更多的能量,。這樣，就能夠提高作戰(zhàn)距離或減少失敗幾率,，從而使激光武器系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)對多個目標(biāo)的“射擊-觀測-射擊”,。洛馬采用的是光譜波束合成技術(shù),。每一個光纖激光模塊的輸出，波長會有些稍微的不同,。衍射格柵通過將波束一個在一個上面地排列進行波束合成,，形成一個單頻的高功率波束，類似棱柱分解光的逆過程,。

與其它高功率激光器采用的一致波束合成技術(shù)相比,，光譜波束合成技術(shù)能獲得最高的“桶中功率”效率;“桶中功率”效率是一種波束質(zhì)量測量方法，是投送至目標(biāo)區(qū)的功率的函數(shù),。Afzal說,，“同相陣列的問題是旁瓣；旁瓣功率不會對目標(biāo)產(chǎn)生效果,；同相意味著高效,，但會增大復(fù)雜性。我們認(rèn)為,，這種類型的功率和戰(zhàn)術(shù)使用不是我們所追求的,。我們追求的是最簡單、最簡潔的方法,�,！�

+ ^' k" X0 ?; ]9 R2 X0 H- j( ~3萬瓦的“阿拉丁”演示系統(tǒng)有大約100個光纖激光模塊。陸軍6萬瓦原型機所包括的光纖激光器,，數(shù)量更少、功率級別更高,。Afzal解釋到,，“幾乎一個光纖激光器功率為1千瓦，還能夠增加5-10%的能量,。這是光譜波束合成技術(shù)的最大優(yōu)點,。”每一個激光器模塊的末端,，是一個傳送光纖,；該光纖就是波束合成匣的末端。波束合成后的輸出,，是一個單頻的高功率波束,，該波束被發(fā)送至武器系統(tǒng)的激光波束指揮塔。

% p  b" R! D9 `) I" T- z0 F9 q演示系統(tǒng)的目標(biāo)之一,，就是掌握激光器的制造方法并獲得其組元的工作壽命,。生產(chǎn)型激光器的模塊，魯棒性更高,、易于安裝到戰(zhàn)術(shù)平臺上,，功率超過10萬瓦,。安裝于卡車的HEL MD，已經(jīng)對1萬瓦的,、工業(yè)化光纖激光器,，試驗了其對迫擊炮和無人機的作戰(zhàn)能量，但是作用距離和殺傷力還有限,。在2017年完成6萬瓦系統(tǒng)的驗證后,，計劃于2022年進行10萬瓦激光武器系統(tǒng)的試驗。
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$ @) n- b) P' g洛馬自主進行光纖激光器的研制,，是出于對高波束質(zhì)量的需求,，但所采用的元件是商用光學(xué)光纖和泵浦二極管等。激光器領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)生了兩項變革：遠程通信和工業(yè)化切割/焊接,。洛馬充分運用了這兩項變革技術(shù),，研制了一類新型的激光器。商用光纖激光器具有更高的可獲得功率,，可達每光纖1萬瓦,，但波束質(zhì)量不適用于波束合成。到目前為止,，激光武器的大多數(shù)點火試驗,，使用的都是商用激光器，但是能夠通過在一個公共點瞄準(zhǔn)多個波束,，也就是通過部分重疊實現(xiàn)功率增大,。美國海軍3萬瓦激光武器系統(tǒng)的原型機就是這么處理的，該原型機已經(jīng)在部署于波斯灣的兩棲船塢運輸艦“龐塞”號上進行了部署,，開展作戰(zhàn)評估,。

, q$ J1 E) i0 e  @“雅典娜”武器原型機，采用了“阿拉丁”光纖激光器,，在試驗中使一輛卡車的發(fā)動機失效,。模塊化光纖激光器的優(yōu)勢是，規(guī)�,？勺�,、易于冷卻和包裝。采用模塊化設(shè)計時,，可以通過在機架上增加更多的模塊,，變化規(guī)模、增大功率,。每一個模塊均單獨冷卻,；增加模塊，就相應(yīng)增大冷卻系統(tǒng)的規(guī)模,，但復(fù)雜度并不增加,。系統(tǒng)是并行的,，而不是串行的。之前,，我們常常會遇到規(guī)模調(diào)整問題,，當(dāng)激光器的功率增大、平板尺寸更大時,，無法解決熱的冷卻問題,。
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0 ]( X0 c) ^, K# o$ A+ h5 ^: c' r& z0 o模塊包裝的靈活性，是光纖激光器的另一個優(yōu)點,。模塊可以垂直或水平架放,，或者放在兩個機柜中。所有模塊相互獨立,，光纖發(fā)送功率,。空軍研究實驗室（AFRL）目前正在為第六代戰(zhàn)斗機尋求激光武器系統(tǒng),；在第六代戰(zhàn)斗機上,，激光器模塊將在整個飛機上呈分布式安裝，波束由牢牢穿越機體的光纖進行傳送,，所有光纖在機身表面形成一個共形陣,。
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8 }% Q6 r6 m3 M! `鑒于已經(jīng)開始為陸軍制造激光系統(tǒng)的緣故，因此,，洛馬公司也正在研究如何將光纖激光器技術(shù)應(yīng)用于其它需求,。洛馬公司正在尋求如何像陸軍的戰(zhàn)術(shù)平臺一樣，將激光器系統(tǒng)包裝,，為戰(zhàn)艦研制一個武器模塊或?qū)⑾到y(tǒng)安裝到飛機的吊艙中,。
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一個潛在的應(yīng)用，是AFRL計劃的自保護高能激光器驗證（“盾”）項目,，該項目預(yù)計很快將發(fā)布征詢�,！岸堋表椖康哪繕�(biāo)是：2020年底,，為戰(zhàn)斗機驗證一個能夠反導(dǎo)的自防御吊艙；2022年底,，研制一個作用距離更遠,、功率達10萬瓦的系統(tǒng)�,？哲娤到y(tǒng)將激光器技術(shù)用于自防御吊艙,，能夠進行功率的規(guī)模縮放,，對抗大型飛機（包括用于特種作戰(zhàn)的武裝運輸機）掛裝的進攻性武器,。

Afzal表示,，“‘盾’項目的技術(shù)水平是我們目前可以達到的，我們將尋求對其改進已更貼近空軍的要求,，但不是下一代系統(tǒng)的概念,。”不過,，關(guān)鍵的問題是光纖激光器技術(shù)與其它固態(tài)電動激光器的成熟度比較,。陸軍試驗的6萬瓦激光器系統(tǒng)，將洛馬公司的激光器技術(shù)推進到了TRL6,，是否能夠達到TRL7,，則取決于如何試驗該系統(tǒng)和系統(tǒng)能否進行戰(zhàn)術(shù)交戰(zhàn)。競爭仍在繼續(xù),。
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番茄西瓜

學(xué)習(xí)

張懷憫

125年前,，威爾士在世界之戰(zhàn)一書中預(yù)測很快就會出現(xiàn)射線武器的軍事應(yīng)用，98年前愛因斯坦測提出受激輻射理論,，58年前發(fā)布激光制造理論,，55年前出現(xiàn)激光器，51年前貝爾實驗室在工業(yè)激光領(lǐng)域大顯神威,。感覺眾神之戰(zhàn)越來越近了,。



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