定向能武器发展现状及未来展望_雷开卓

2010年 6月 雷开卓 , 等 :定向能武器的发展现状及未来展 望 第 3期
原理 :能源和储能器提供粒子加速器所需的能量 , 高能强流粒子加速器将注入的电子 、质子 、各种重 离子等粒子加速到接近光速 , 使其具有极高的动 能 , 然后用电磁透镜将它们聚集成密集的高能束 流 , 射向目标 , 通过它们与目标物质发生强烈的相 互作用 , 达到毁伤目标的效果 。
定向能武器与 现有武器相比 具有其独 特优 点 [ 1] :1)激光束 、微波束 、粒子 束等 , 以接 近光速 的速度直接射向目标 , 攻击速度快 , 瞄准即能命 中 ;2)通过控制射束 , 可快速改变攻击方向 , 反应
灵活 ;3)能量高度 集中 , 穿透力 强 , 毁伤效 应大 , 只对目标本身甚至其中的某一部位造成破坏 , 而 不像核武器或化学 、生物武器那样 , 造成大范围破 坏或污染 ;4)定向 能武器既可用于进攻 , 如电子 战 ;也可 用 于防 御 , 如拦 截 来 袭 的 飞机 和 导 弹 等 [ 2] 。
虽然与现有兵器相比具有很多优点 , 但是定 向能武器在基础研究上还存在很多难题 , 关键技 术有待突破 , 高密度定向能量获取困难[ 3] 。 同时
实验设备造价昂贵 , 且获取高能射束对人员 、技 术 、装备的水平要求极高 , 在定向能武器的研究上 需要投入巨额 的人力 、物力和财力 [ 4] 。 因而 , 目 前国内外多数定向能武器研究仍处于预研阶段 。
图 1 战 术型地基激光武器作战示意图 Fig.1 Schematicoftacticalland-basedlaserweapon
美国 和俄罗 斯的激 光武 器技术 最为先 进 。 1987年 9月 , 美军用激光武器击落了 1 架模拟巡 航导弹飞行的 BQM-34S型 “火蜂 ”靶机 。 1997年 10月 , 美军对离地 400 km的在轨 MSTI-3号气象 卫星进行了激光打击试验 。俄罗斯军方透露的情 况显示 , 俄军现有的激光武器具有彻底摧毁在数
摘 要 :定向能武器作为一种新概念武器 , 已经得到很多国家的重 视和发展 。 该 文综合论述 了不同 类别的 定向能 武器 , 主要包括激光武器 、粒子束武器 、微波束武器 、声能武器和太阳 能武器 , 分析了每 种定向能武 器的工 作原理 、功能 分类和 性能特点 , 研究了国外定向能武器的发展现状和趋势 , 指出了定向能 武器的研 究重点和研 究方向 , 最后提 出了该 领域发 展的几点建议 。 关键词 :定向能武器 ;聚能 ;声能 ;激光 ;粒子 ;微波 中图分类号 :TJ630;TJ864 文献标识码 :A 文章编号 :1673-1948(2010)03-0161-06
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2010年 6月 鱼 雷 技 术 第 18卷
本文通过分析不同定向能武器的工作原理和 性能特点 , 综合不同国家在此领域的研究现状和 发展趋势 , 提炼出定向能武器的研究重点和关键 技术 , 期望对我国定向能武器的发展有所启示 。
与传统武器相比 , 粒子束武器只要改变一下 导向电磁透镜中的电流方向或强度 , 就能在极短 的时间内改变射击方向 , 迅速转移火力 , 而且使用 后不会对环境造成污染 , 不会对生态造成破坏 , 也 不会给己方带来什么不利的影响 , 对离开弹着点 的其他建筑 、生物都不会毁伤 。 与光聚能激光武 器相比 , 粒子束武器具有全天候的特点 ;同时 , 粒 子束武器发射出去的粒子 比光子具有更 大的动 能 , 而且能够穿云破雾 , 受气候条件影响小 。
图 2 机载激光 (ABL)示意图 Fig.2 Schematicofairbornelaserweapon
激光武器主要研究方向包括以下几个方面 。 (1)新型的精密瞄准跟踪系统 。激光武器对
目标的瞄准 、跟踪精度要求非常高 , 否则不能精确 击中目标 。 由于现有的微波雷达无法满足要求 , 因此目前国际上正在开展红外跟踪 、电视跟踪和 激光雷达等装备的研究 , 发展光学跟踪技术 , 重点 是激光雷达跟踪系统的研究 。 (2)新型的强激光产生技术 。 由于化学激光 器战场机动性差 , 后勤负担重 , 美国已计划用大功 率固体激光武器系统替代化学激光武器系统 [ 6] 。
图 3 粒子束武器原理框图 Fig.3 Principleofparticlebeam weapon
粒子束的毁伤作用表现在 3个方面[ 7] :1)使 目标结构材料汽化或融化 ;2)提前引爆目标中的 引信或破坏目标中的热核材料 ;3)破坏目标的电 路 , 导致电子装置失效 。
粒子束武器分为带电粒子束武器和中性粒子 束武器 2种 。带电粒子束武器中研究较多的是高 能电子束武器 , 该类武器产生的电子束具有极强 的穿透能力 , 它发射出的束流是带电的质子 、电子 和离子等高能粒子 , 它可实施直接击穿目标的 “硬杀伤 ” , 也 可 实施 使目 标 局部 失 效的 “软 杀 伤 ”,因而被认为是一种很有发展前途的高能电 子束武器 。 中性粒子束武 器除了具有杀 伤能力 外 , 还可使受照射的目标产生中子 、γ射线和 X射 线 , 通过对这些射线的遥测 , 可以实现对目标的识 别 , 也可用于拦截助推段导弹 。
0 引言
随着激光 、新材料 、微电子 、声光 、电光等高技 术的发展 , 衍生出一类利用各种束能产生强大杀 伤威力的 “聚能武器 ”, 即定向能武器 。 作为一类 重要的新概念武器 , 定向能武器利用激光束 、粒子 束 、微波束 、等离子束或声波束的能量 , 向一定方 向发射 , 采取束的形式 , 在目标表面或内部产生高 温 、高压 、电离 、辐射 、形变等综合效应 , 从而实现 对目标的快速攻击和毁伤 。
粒子束武器也有很大的弱点 :一是带电粒子 在大气层内传输时要损失大量动能 ;二是由于束 流扩散使粒子束武器只能打击近距离目标 ;三是 地球磁场使束流弯曲 。
粒子束武器的研究和发展重点有以下两点 。
鱼雷技术
(1)粒子加速器的基础研究 。 对于粒子束武 器的基础研究 , 首先在于研究粒子加速器 , 以获得 高能粒子束 。产生粒子束的主要方法是利用线性 感应加速器 (LinearInductionAccelerator, LIA), 但 是这种加速器太笨重 , 难以投入战场使用 。因此 , 目前许多国家正在加紧研制小体积的 LIA。
Abstract:Thedirectedenergyweapon(DEW), asanewconceptweapon, hasbeendevelopedinmanycountriesinrecentyears. Inthispaper, severalimportantDEWsareintroduced, includinglaserweapon, particlebeamweapon, microwavebeamweapon, acousticenergyweapon, andsolarenergyweapon.Theirprinciples, characteristicsandfunctionsarediscussed.SomemaindirectionsofresearchandkeytechnologiesarepointedoutbasedonthesurveyofDEW, andsomesuggestionsareproposedforresearchplanning. Keywords:directedenergyweapon;focusedenergy;acousticsenergy;laser;particle;microwave
第 18卷第 3期 2010年 6月
T鱼OR P ED雷O TE C技HN OL O术GY
Vol.18 No.3 Jun.2 01 0
定向能武器发展现状及未来展望
雷开卓 , 黄建国 , 张群飞 , 陈建峰 , 李 宁 , 方 明
(西北工业大学 航海学院 , 陕西 西安 , 710072 )
收稿日期 :2009-12-02;修回日期 :2010-01-24. 基金项目 :国家自然科学基金 (10974154), 西北工业大学创新基金 (2007KJ01021) 作者简介 :雷开卓 (1965 -), 男 , 副教授 , 研究方向为水声工程 .
鱼雷技术
(2)高能转换技术的研究 。高能量转换技术 是形成高速粒子脉冲的必要手段 。 美国空军研究 机构称 , 可控硅和火花放电的高能转换开关已研 究成功 , 下一步将开展快速磁性开关的研究 , 这种 开关基于饱和电磁感应原理 , 具有很高的重复率 。
3 微波束武器
高功率微波 (HighPowerMicroware, HPM)是 指峰值功率在 100 MW以上 , 频率在 1 ～ 300 GHz 之间的电磁波 [ 8] 。自从 1973年第 1台高功率微 波源问世后 , 经过 30多年的发展 , 高功率微波技 术已逐渐走向成熟 , 微波功率从最初的几百 MW 发展到目前的上百 GW, 频率从 1 GHz发展到 140 GHz以上 。
(3)高功率激光在空气中的传播特性研究 。 由于激光束在空气传输过程中会出现大气湍流和 “热晕 ”, 对激光在大气中的传输造成 不利影响 。 如何利用一些辅助措施减小激光在空气中的传播 损失 , 也是一个需要进行研究的课题 。
2 粒子束武器
粒子束武器的原理框图如图 3所示 。 其工作
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激光武器分为 战术激光武器 和战略激 光武 器 :1)战术激光武器打击距离较近 , 一般在 20 km 之内 , 主要用于破坏人的眼睛和武器装备的光电 系统 , 从而使被攻击的目标失去 战斗力 ;2)战略 激光武器是以外层空间为基地的激光武器 , 主要 通过干扰或破坏光电系统 , 来摧毁敌方在空间轨 道上运行的卫星和反洲际导弹 。战术型地基激光 武器作战示意图如图 1所示 [ 5] , 该类武器通过与 激光雷达的配合 , 可以精确打击空中目标 , 保护地 面重要设施 。
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百公里轨道上运行的敌方卫星 , 并将其炸成碎片 的大规模杀伤能力和只破坏 1 000 km以上轨道 运行的敌方卫星重要部件 (例如光学传感器和高 度控制传感器 )的精确破坏力 。
2008年 9月 7日 , 由美国国防部导弹防御局 (MissileDefenseAgency, MDA)主管的美 国弹道 导弹防御系统助推段拦截项目之一 “机载激光 ” (AirborneLaser, ABL)完成了杀伤用激光器在载 机上的首次地面目标试射 。所用高能激光器安装 在 YAL-1A激光反导飞机验证机上 (以波音 747400F大型货机为平台 ), 其示意图如图 2所示[ 5] 。 按照 MDA制订的进度计划 , 美国在 2009年 8月 进行了全系统 、全交战过程的拦截试飞 , 其任务是 用 YAL-1A拦截 1枚弹道导弹靶标 。
Overview ofDirectedEnergyWeapons
LEIKai-zhuo, HUANGJian-guo, ZHANGQun-fei, CHENJian-feng, LINing, FANGMing
(CollegeofMarineEngineering, NorthwesternPolytechnicalUniversity, Xi′an710072, China)
1 激光武器
激光武器是利用激光束的能量 , 在瞬间杀伤 目标或使其丧失作战效能的定向能武器 。 它利用 强激光束照射目标 , 在目标表面上产生极高的功 率密度 , 使其受热 、燃烧 、熔融 、雾化或汽化 , 并产 生 GPa以 上压力 的超高 压冲 击波 , 从 而毁坏 目 标 。激光武器的出现和在未来的使用 , 被科学家 们认为 “具有使传统的武器系统发生革命性变化 的潜力 , 并可能改变战争的概念和战术 ”[ 5] 。