激光武器行业研究报告：新域新质作战力量，美军初期部署应用
（报告出品：兴业证券）
1、激光武器基本概念
1.1、激光武器特点及分类
激光英文名Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（缩写LASER）， 意即“通过受激辐射产生的光放大”，激光具有单色性好、相干性高、方向性强的 特点。不同于传统枪炮等武器以火药发射弹丸为机理，以激光武器、微波武器、电磁炮 等为代表的新概念高能武器，呈现出快速发展的趋势。据《高功率激光武器进展 与启示》（杨剑波,宗思光,陈利），高能激光武器是利用激光束直接毁伤目标或使之 失效的定向能武器，具有能量集中、传输速度快、作用距离远、命中精度高、转 移火力快、抗电磁干扰、能多次重复使用和效费比高等优点。按照搭载平台划分，激光武器可以分为天基、机载、舰载、车载、地面几类。
按照对目标的毁伤机理划分，包括干扰/致盲目标光电系统的“软毁伤”和烧穿、融 化目标结构的“硬毁伤”，毁伤形式与激光的功率密度（单位面积的激光功率）相 关，硬毁伤所需要的功率密度高于软毁伤。
1.2、激光武器发展演变：由战略向战术，战术应用追求更高功率
美国开展激光武器研究时间长、项目多，以美国激光武器发展重点作为参考，可 以发现，其激光武器在用途上由侧重战略目的向侧重战术目的，在技术指标上， 从最早难以实现的天基兆瓦级激光器，转向更现实的几十千瓦级激光器，再进一 步要求激光器提升至增加百千瓦/兆瓦级。
美国早期着眼战略需求发展兆瓦级天基激光武器，现已不是重点。据《美军机载 激光武器系统发展趋势研究》（何有,荣祥胜），美苏冷战时期，为摧毁敌方卫星和 弹道导弹而致力于研发天基激光武器和地基激光武器，自 1977 年起，美国一直在 努力研发天基激光武器；激光武器体制以化学激光器为主，功率为兆瓦级，体积 较为庞大，但由于相关技术与成本耗费等方面问题，导致部署遥遥无期，使得美军开始逐步将研究重点由在轨激光转向小型激光武器。2002 年 10 月，美国国防 部宣布撤消天基激光综合飞行实验计划办公室，将天基激光武器计划收缩成小规 模的技术发展计划，并且不再计划后续的空间实验。
“9·11”事件后，美国转向偏重战术应用，发展几十千瓦级激光器。据《美军机载激 光武器系统发展趋势研究》（何有,荣祥胜），为积极应对来自单兵防空武器、火箭 弹、小型飞行器和自制爆炸装置物等威胁，美军开始致力于以激光器为主更具机 动灵活性的战术武器的研发，采用几十千瓦级的激光器，其技战术特点是具有远 距离干扰和一定的近距离毁伤能力。硬摧毁要求提升，激光器向兆瓦级发展。为应对潜在的反舰导弹和大型作战无人 机的威胁，美国大力发展舰载和无人机搭载的激光武器，进一步研发紧凑型百千 瓦量级的光纤体制固体激光武器。据《美国高能激光武器发展概况》（丁宇,姜锋, 郑荣山），2019 年，美国国防部研究与工程副部长办公室发布激光扩展计划信息 需求。目标是提高高能激光武器的激光功率和转换效率，减小其重量和体积，提 出了功率分别为 300kW、500kW、1MW 的阶梯目标。
2、激光武器基本原理
2.1、激光武器主要功能部件
典型的构成激光武器的系统包括侦察指挥系统、精密跟踪系统、高能激光器、光 束定向器和电源及配套系统，其中高能激光器是激光武器的核心。
2.2、激光器技术路线分类
激光器有三大主要功能部件：泵浦源、增益介质、谐振腔。泵浦源为激光器提供 光源，增益介质（也称为工作物质）吸收泵浦源提供的能量后将光放大，谐振腔 为泵浦光源与增益介质之间的回路，振腔振荡选模输出激光。
按照核心功能部件增益介质和泵浦源的技术路线、运转方式和输出波长可以将激 光器分类。不同种类的激光器由于其技术特点不同，适宜于不同应用场景。
固态激光器是激光武器较成熟的增益介质路线。按照增益介质技术路线，可以把 激光器分为固态激光器、染料（液体）激光器、化学（气体）激光器和自由电子 激光器。其中染料（液体）激光器在工业中应用较少；化学（气体）激光器能较 容易实现高功率，如据《高功率激光武器进展与启示》（杨剑波，宗思光，陈利斐）， 美国研制的氟化氘化学激光武器输出功率达到2. 2 MW，位列激光武器功率前列， 但气体激光器弹体积大且会产生有毒气体；自由电子激光器在体积、重量和功耗 方面对比固态激光器仍不具备优势。考虑到武器装备对体积、重量、可维护性的 要求，固态激光器是激光武器应用较成熟的路线。
光纤激光器在激光武器中应用广泛。高能固态激光器主要采用薄片、板条、光纤、 波导四类技术路线。四种技术路线均被美国波音公司、洛克希德·马丁等防务公司 实践。据《高功率激光武器进展与启示》（杨剑波,宗思光,陈利斐），光纤激光器以 可柔性操作的掺杂光纤作为增益介质，光束质量优良、电光效率高(约 40 %) ，易 于散热、可靠性高、适装性强。据《战术激光武器反无人机发展现状和关键技术 分析》（朱孟真,陈霞,刘旭,等），随着技术发展，光纤激光器的输出性能得到了极大 提高，在工业、国防等领域得到了广泛应用，2012 至 2021 年的高能激光武器试 验主要是基于光纤激光器实现的。
半导体泵浦激光器是高功率光纤激光器主流泵浦源。泵浦源是激光的能量源，泵 浦源激光系统的转换效率、输出功率有重要影响。泵浦源按照激励方式可以分为 光泵浦、电泵浦、化学泵浦、热泵浦和核泵浦。半导体泵浦源（Diode Pump，也 称为二极管泵浦源）本身是一个半导体激光器，属于光泵浦源。据《高功率半导 体激光泵浦源研究进展》（马骁宇,张娜玲,仲莉,刘素平,井红旗），高功率半导体激 光器泵浦的固体激光器和光纤激光器具有效率高、寿命长、稳定性好、光束质量 好的优点。综上，按增益介质划分，光纤激光器是当前激光武器的重点发展方向，硬毁伤需 求驱动激光器向更高功率发展。按泵浦源划分，半导体泵浦激光器是高功率光纤 激光器主流泵浦源。
3、国外激光武器发展现状
3.1、陆基激光武器
陆基激光武器主要作用是对抗来袭弹药和无人机。据美国陆军官网，战斗能力发 展司令部规划了现代防空和导弹防御路线图，共 6 层防御措施对抗无人机、导弹、 火箭弹等。第 1 层至第 6 层防护区域依次增大，其中第 2 和第 5 层采用激光武器， 分别为多任务高能激光（Multi-Mission High Energy Laser，MMHEL）和高能激光 战术车辆（High Energy Laser Tactical Vehicle Demonstrator，HEL TVD）。
两层防御范围对应两类功率级别的车载激光武器。据《美国陆军车载战术激光武 器发展分析》（黄沛,曹国辉,张海晶,等），多任务高能激光平台为轻型机动战车，功 率为 50kW，高能激光战术车辆项目平台为重型卡车，功率为 100kW。除了上述 两项目外，美国陆军还有其他功率车载激光武器项目，其中 2019 年美国陆军与通 用原子电磁系统、波音合作的间接火力防护能力-高能激光器项目寻求开发 250- 300kW 功率的激光武器，以拓展拦截巡航导弹能力。
除了美国陆军外，加拿大、德国和以色列也开展了陆基激光武器研制，并在近年 取得进展。
3.2、空基激光武器
美国空军早期尝试大功率机载激光武器拦截弹道导弹，项目已停止。据《美国高 能激光武器发展概况》（丁宇,姜锋,郑荣山,等），美国曾开展机载激光武器 ABL （Airborne Laser）项目，方案是在大型平台波音 747 宽体飞机上搭载将高能化学 氧碘激光武器，从 12000 米高空拦截 250 千米以外的处于助推段的洲际或弹道导 弹，但存在效果与预期相差较大、激光在大气传输过程中大气湍流和热晕等问题 没能得到有效解决、部署费用极为高昂的问题。据 Airforce Technology 网站，美 国国防部 1996 年授予 ABL 项目合同，2011 年 ABL 项目已经停止，截至停止时 已经花费近 52 亿美元。美国制定了更切合实际的三步走战略。据美国空军机载激光武器发展路线图，目 前美国空基激光武器发展分为三阶段，其任务目标分别包括：1）使传感器等软目 标失效；2）对抗中距离导弹等威胁；3）直接毁伤空中/地面硬目标。规划功率级 别分别为 10kW、100kW 和 300kW；搭载平台分别由现有作战飞机逐步发展为下 一代战机。
美国机载激光吊舱已经成功开展地面实验。据《美军机载武器的新发展》（范晋祥, 陈晶华），2019 年 SHiELD 项目地面版本的验证样机成功击落了空中发射的导弹， 验证了激光武器对导弹目标的杀伤有效性。据环球网 2020 年 7 月援引美国《防务 新闻》报道，由于技术挑战以及疫情的影响，原本计划在 2021 年实施的 SHiELD 机载测试被推迟至 2023 年。
机载激光武器尚面临若干具有挑战性的技术问题。据《从 SHiELD 看机载激光武 器的反导能力和技术挑战》（曹秋生,路静,柳建光,等），机载平台相较舰载、车载平 台具有高速、空间有限的特点。高速带来了动对动高速目标精密跟瞄和聚焦发射 问题，以及超声速空气流动对激光传输的影响；飞机有限的空间要求激光武器平 台具有高转换效率，大功率激光要求飞机平台具有额外的供电措施。
据《美国高能激光武器发展概况》，激光合束输出技术可以实现多路激光的功率合 成，美国诺斯罗普·格鲁曼公司开发了一种光束拼接的板条激光器。采用由波前传 感器、重构器、控制器、倾斜镜和变形镜等组成自适应光学系统可以实时校正大 气的湍流和热晕等大气畸变造成的光学扰动。
3.3、海基激光武器
受转化效率限制，高功率激光武器对平台供能有更高要求。据中国军网 2014 年 3 月报道，美国海军计划装备的激光武器激光束功率将达到 300~500kW，而供电要 求也将会提高到 2.5MW。战舰相比飞机和车辆，其空间更大，更便利于为持续高 功率激光照射提供能源，能更好支持硬毁伤目标。美国海军当前主要激光武器项目包括海军光学眩目拦截器项目、高能激光和一体 化光学炫目器项目、固态激光技术成熟化和拦截反舰导弹的高能激光项目，其中海军光学眩目拦截器项目作战模式为软杀伤即毁伤传感器，其余项目作战模式均 为硬杀伤，功率分别为 3/60/300kW，作战目标分别为反无人机/小艇、防空和反小 型水面舰艇、拦截反舰导弹。据中国军网 2014 年《美专家：激光武器将在太平洋高烈度冲突中显奇效》报道， 美国海军还计划在 2025 年后装备激光束功率 1 兆瓦级别的高能激光武器，从而全 面具备拦截从反舰巡航导弹到使用再入机动弹头的反舰弹道导弹的能力。
3.4、美国激光武器部署应用尚处于初期阶段
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