美國海軍雷射武器系統(LaSW)

 

(上與下)柏克級Flight 2A飛彈驅逐艦杜威號(USS Dewey DDG-105)在2012年安裝了美國海軍雷射武器系統(LaWS)

的第一個原型進行海上測試,功率為30KW等級。這套測試裝備安裝在艦尾直昇機甲板。

在2018年初,美國海軍宣布在聖安東尼奧級(San Antonio class)船塢運輸艦波特蘭號

(USS Portland LPD-27)安裝150KW級的固態雷射技術成熟系統(SSL-TM),稱為雷射武器

展示項目(LWSD) MK-2 Mod 0。這套雷射武器安裝在艦首原本預留安裝MK-41

垂直發射器的位置。

安裝LWSD MK-2 Mod0的波特蘭號(USS Portland LPD-27),攝於2021年12月14日。

在2020年,光學炫目攔截系統(ODIN)在美國海軍水面作戰中心達爾格倫的支持設施

(Naval Support Facility Dahlgren)進行測試。

 在2019年底的塢修期間,柏克級飛彈驅逐艦杜威號(USS Dewey DDG-105)在艦橋前方安裝了光學炫目攔截系統

(ODIN),成為美國海軍第一艘部署實用化雷射武器系統的軍艦。

柏克級飛彈驅逐艦史托克戴爾號(USS Stockdale DDG-106)裝備了ODIN,攝於2021年7月。

在2021年12月14日,波特蘭號(LPD-27)在亞丁灣的展示項目中,

以LWSD MK-2 Mod 0雷射武器射擊靜態水面標靶的畫面。

在2022年2月在新墨西哥州白沙測試場進行展示的洛馬分層防禦雷射(LLD)武器原型;此次展示中,

LLD擊落了一架模擬次音速巡航飛彈的靶機。這是全世界首次以全固態高能雷射武器擊落巡航飛彈

等級靶機的紀錄。

2024年2月拍到的柏克Flight 2A驅逐艦普雷貝爾號(USS Preble DDG-88),

注意艦橋前方加裝一座洛馬集團的高能雷射和整合式眩目與監視(HELIOS)系統。

 

──by captain Picard

 


 

美國海軍研究局(Office of Naval Research,ONR)在2011年公開招標,發展30KW級的雷射武器系統(Laser Weapon System,LaWS),在2012年5月8日與洛克西德.馬丁(Lockheed Martin)、雷松(Raytheon)、諾斯洛普.格魯曼(Northrop Grumman)三家承包商簽署合約來發展艦載雷射武器系統。從LaWS起,美國海軍發展的艦載雷射武器採用光纖固體雷射(Fiber Solid-State Laser)技術,基本原理是結合多個雷射發光二極體製作成許光纖合成主光束;由於光纖固體雷射已經用於焊接,因此在當今雷射武器領域中是成本最低、技術成熟度最高的一種,是最有希望達成100KW雷射武器的技術(100KW是雷射武器以「硬殺」攻擊的最低下限);然而相較於其他雷射領域,光纖固體雷射的能量聚焦能力最差、功率與效率受限,且其波長固定在1.064微米,此一波段容易被大氣吸收,也對肉眼有害。

ONR主導開發的第一代LaWS原型委託Kratos公司設計製造,使用方陣近迫武器系統的砲座,採用六具焊接用5.5kW光纖雷射作為光源,合成總功率33KW的雷射光束;但由於這六道雷射光的相位並沒有「對齊」,所以合成的波束品質很差,以雷射的標準只有17(1是完美),所以目標距離越遠就越發散、效果越差。此種LaWS雷射武器原型結合雷射發射器以及一個自帶的光電搜索瞄準系統,整個系統只需一名人員在顯控台前,用類似遊戲搖桿的的介面就能操作 ,人員可以控制雷射武器的能量強度(從軟殺致盲炫目、癱瘓到硬殺摧毀),擊中一個目標後,幾乎瞬間即可開始照射另一個目標。由於雷射照射的精確度是公分級,所以配合LaWS的射控系統附帶的光電攝影機解析度超越以往艦載設備;也因此,這個攝影機成為艦上另一個良好的搜索工具。LaWS雷射武器系統反應速度快,平均每次發射的成本只需59美分,比傳統的火砲、飛彈便宜得多,而LaWS本身的的價格則為4000萬美元。 

在2012年中旬,此種30KW級的LaWS原型首先裝在一艘柏克級Flight 2A飛彈驅逐艦杜威號(USS Dewey DDG-105)上測試。LaWS在杜威號的測試中成功致盲了無人機的光電感測器,還擊落了無人靶機(不過30KW級功率過低,需要很長的照射時間才能讓靶機燃燒墜落)。

柏克級Flight 2A杜威號(USS Dewey DDG-10在艦尾直昇機甲板安裝海軍雷射武器系統

(Navy Laser Weapon System,LaWS)進行測試。攝於2012年中旬。 

杜威號飛彈驅逐艦進行LaSW測試的畫面,下圖是測試中被LaSW照射而燃燒的靶機。

在2013年10月起,奧斯汀級海上前進基地艦朋斯號(USS Ponce AFB(I)-15 ex-LPD-15)開始接受改裝,準備安裝LaWS進行測試;加裝LaWS後,朋斯號在2014年9月到11月進行了測試,此項測試由ONR、海上系統司令部(NAVSEA)和海軍研究院等部門合作進行。安裝在朋斯號的LaWS固態雷射武器系統 型號為AN/SEQ-3 (XN-1),功率30KW,在測試中毀傷高速來襲的小艇、一架無人機以及其他目標,攻擊距離約3英里(5km)。

在2014年12月,美國海軍研究局宣稱在朋斯號上進行的雷射武器成功完成測試 ,表現十分良好,因此美國海軍已經授權朋斯號上的雷射武器能夠進行自衛作戰,這是美國軍方第一次有雷射武器在實戰狀態。然而這種30KW級雷射武器威力不及傳統的飛彈與火砲,只能攻擊視距內的小型目標,而且受天候影響頗大,只能做為傳統武器的補充 。此一階段安裝在朋斯號的LaSW並未與船艦上的作戰系統整合,船艦只提供安裝空間以及電源、冷卻。AN/SEQ-3 (XN-1)從2014年起在朋斯號上測試,直到2017年。

 

(上與下二張 )朋斯號在2014年在艦橋頂部安裝30KW級雷射武器系統(LaWS)原型

,成功完成測試作業。

朋斯號上的雷射武器系統只需一名人員,以類似遊戲搖桿的操作介面就能控制接戰

 

在2016年10月上旬,朋斯號率領的美國海軍編隊在葉門海域作業時,兩度遭到胡賽叛軍以反艦飛彈攻擊(詳見柏克級飛彈驅逐艦一文),這些攻擊都被伴隨的柏克級Flight 2A的梅森號(USS Mason DDG-87)以電子反制措施化解,使得朋斯號上的AN/SEQ-3 (XN-1)雷射武器沒有機會接受實戰考驗。

隨後,美國海軍在設計功率100到150KW的雷射武器,原本打算在2018財年時安裝在美國海軍防衛武器測試艦(Self Defense Test Ship,SDTS)保羅.佛斯特號(USS Paul F. Foster DD-964)上進行測試。 在2016年,美國海軍整合作戰系統2.0(Integrated Warfare Systems 2.0)辦公室啟動水面海軍雷射武器(Surface Navy Laser Weapon,SNLW)研製計畫,又稱為海上軍刀(Navy Sea Saber),在美國海軍預算裡項目代號為Project 3402;此一系統的目標是研製功率至少65KW的雷射武器,具備反情報/監視/偵察系統(Counter Intelligence, Surveillance, and Reconnaissance,C-ISR) 能力,能攻擊敵方接近的情報/監視/偵察系統(包括以較低功率干擾眩目或以較高功率進行硬殺破壞),例如部署在定點或無人空中、水艦載具的偵察設備,可連續對抗多方向、多批次的無人飛行載具(UAV)以及小艇等,未來也具備一定的攔截飛彈、砲彈發展潛力。由於低成本無人機(UAV)日益廣泛,使用每一枚價值數十萬、數百萬美元的防空飛彈攔截一架僅五萬美元的UAV將十分不經濟;而雷射武器每次發射成本低廉(目標成本是每次發射只須1美元),且能持續快速發射,攔截低成本空中與水面載具(USV)會更合理且更有效率。

在2016年6月18日,美國海軍海上系統司令部(NAVSEA)對業界發出高能雷射與整合光學殺傷監視系統(High Energy Laser and Integrated Optical-dazzler with surveillance system,HELIOS)的需求徵詢書(Request For Proposal,RFP),這是水面海軍雷射武器增量1(SNLW Increment 1),功率等級為60KW,最後由美國洛克西德.馬丁的阿克萊特部門(Lockheed Martin Aculight Corp., Bothell, Washington)獲勝。洛克西德.馬丁集團研究雷射武器領域已經長達40年,阿克萊特部門競標HELIOS的方案是一種相干組合光纖固體雷射器,採用分光光束的組合,每根光纖以稍微不同的波長運作,由色散光學元件來組合不同功率的輸出。阿克萊特部門部門在測試中製造了一束接近「衍射極限」雷射光束,接近於將能量聚焦在一個小點上的物理極限 ;在測試中,這種雷射系統能將超過43%的電能轉換成實際發射的雷射光束;在2015年,洛馬集團測試一種名為雅典娜(ATHENA)的30kW光纖雷射武器原型,在1英里外燒毀了一輛卡車。 而之後美國海軍又發展相位合成方式產生雷射光束,能將雷射能量集中在更小的點上增加殺傷力,但是對光纖雷射的波長和相位控制要求更嚴格。雷射系統在之前測試中也被證明是十分有效率的,該系統能夠將超過43%的電力直接轉化為實際發射的 雷射光束。

在2018年1月26日,美國海軍與洛克西德.馬丁阿克萊特部門簽署1.5億22901美元的HELIOS固定價格加激勵研製合約。在此合約下,洛克西德.馬丁阿克萊特會研發並製造兩套HELIOS系統(2020財年交付)以及附帶的偵察監視(Iintelligence, surveillance and reconnaissance,ISR)以及反無人飛行器(counter-Unmanned Aerial System,counter-UAS)能力設備,其中一套用於陸地測試,另一套安裝在一艘柏克Flight 2A飛彈驅逐艦上進行測試;此合約還附有選擇權,如果執行、追加HELIOS的採購數量,合約總值最多可達9億4281萬8114美元。HELOS的功率為60KW級。洛馬集團與美國海軍密切合作,在新澤西州摩爾斯頓(Moorestown)的詹姆斯.H.道爾少將戰鬥系統工程發展處(Vice Admiral James H. Doyle Combat Systems Engineering Development Site,CSEDS)進行HELIOS與神盾作戰系統的整合工作,並在維吉尼亞州瓦勒普斯島(Wallops Island)的海軍地面整合測試站進行測試。在2020年3月中旬,HELIOS整合到柏克級飛彈驅逐艦的項目通過了關鍵設計審查(Critical Design Review,CDR),隨後在2020年內又完成了HELIOS的海軍工廠資質測試(Navy Factory Qualification Test),使得HELIOS以及水面海軍雷射武器增量1(SNLW Increment 1)完成了整合到柏克級驅逐艦的準備工作。

依照2018年2月的資料,美國海軍發展的目標是海軍雷射武器系統系列(Navy Laser Family of Systems ,NLFoS),包括目標功率150KW、用於兩棲船艦的固態雷射技術成熟系統(Solid-State Laser – Technology Maturation System,SSL-TM),目標功率150KW的堅固高能雷射(Ruggedized High Energy Laser,RHEL),目標功率60KW(最終有可能達到150KW級)的高能雷射和整合式眩目與監視(HELIOS)系統,以及光學炫目攔截系統(Optical Dazzling Interdictor Navy,ODIN)。RHEL是2019年出現的項目,使用與SSL-TM不同的系統架構。依照美國海軍雷射武器系列的發展路線,功率較低的30KW的AN/SEQ-3  LaWS、RHEL和ODIN的技術將用於發展HELIOS(即SNLWS Increment 1),最後可望達到150KW的功率,具備讓敵方光電觀測系統與飛彈尋標器「目眩」的能力。隨後,美國海軍會利用HELIOS、RHEL和SSL-TM的成果發展功率更高的SNLWS Increment 2和Increment3,用於攔截來襲的反艦導彈。美國海軍認為,150KW的雷射武器仍不足以對反艦飛彈類目標實施有效硬殺,150KW功率不足以直接破壞比較堅硬的飛彈前部,只能由其他友艦從橫向攔截、破壞較為脆弱的飛彈側壁結構。因此,美國海軍又推出了功率更高(300KW級)的高能雷射反飛彈項目(High Energy Laser Counter-ASCM Program,HELCAP),使船艦能對來襲的反艦飛彈實施正面硬殺。

ODIN項目先前又叫低功率模組(Low Power Module,LPM)。依照美國海軍官員在2月20日透露的信息,ODIN是一種低功率雷射武器,可向敵方光電、紅外線測器發射並使其「失明」,作用方式類似「定向紅外對抗」(Directional Infrared Counter Measures,DIRCM)對付紅外線導向飛彈尋標器的方式。ODIN主要用來對付飛彈或近年日益普及的無人機系統(UAS/UAV)的光電系統,在一定的距離內也能對抗水面船艇(如近距離遭遇敵方有人或無人快艇)的光電觀測系統;而如果用來照射有人駕駛的飛機的座艙,則會產生強光讓駕駛暫時失明。 

在2018年1月上旬,美國海軍透露,此時正準備在聖安東尼奧級(San Antonio class)船塢運輸艦波特蘭號(USS Portland LPD-27)安裝雷射武器系統進行測試,是150KW級的SSL-TM,稱為雷射武器展示項目(Laser Weapon System Demonstrator,LWSD) MK-2 Mod 0,主承包商是諾格集團。150KW級的LWSD MK-2 Mod 0後端設備體較大,需貫穿下方三層甲板;而聖安東尼奧級前部原本有保留一個安裝兩組八聯裝MK-41垂直發射器的空間,因此朋斯號就是利用這個空間來安裝LWSD MK-2 Mod 0。美國海軍有意在艦隊中進一步在更多船艦上裝置雷射武器,例如在甲板空間充裕的大型兩棲艦上裝備150KW級的SSL-TM;而柏克級飛彈驅逐艦無論是安裝空間(需考慮射界)或供電餘裕都已經不足,因此對於部署雷射武器的發展方向是功率相對較低的HELIOS或ODIN。其中,HELIOS預定在2021年在柏克級飛彈驅逐艦上進行測試。

在2020年2月20日,美國海軍官員宣布,第一套實戰化的海軍光學炫目攔截系統(Optical Dazzling Interdictor Navy,ODIN)已經安裝在柏克級飛彈驅逐艦杜威號(USS Dewey DDG-105)。杜威號在2019年11月定期塢修程序中,就在艦橋前方原方陣近迫武器系統砲位安裝了一套ODIN。美國海軍表示,ODIN的發展相當迅速,在過去兩年半的期間內從概念發展成實際服役戰備的武器系統。

裝在柏克級飛彈驅逐艦史托克戴爾號(USS Stockdale DDG-106)的ODIN。攝於2021年7月12日。

在2020年3月10日,ONR與洛克希德.馬丁(Lockheed Martin)簽署價值2240萬美元的合約,將一套分層雷射防禦(Layered Laser Defense,LLD)武器系統整合到自由級濱海作戰艦艇的小岩城號(USS Little Rock LCS-9)上,這是美國海軍研究辦公室(Office of Naval Research,ONR)、整合作戰系統執行辦公室(Program Executive Office for Integrated Warfare Systems)以及國防部合作發展艦載雷射武器系統的降低風險程序的一部份。LLD是洛馬先前自費開發的100KW級雷射武器系統,裝在小岩城號的LLD功率為150KW。

在2023年7月28日,洛馬集團宣佈,該集團獲得國防部防衛研發工程辦公室(Department of Defense’s Office of the Under Secretary of Defense for Research & Engineering, DoD OUSD R&E)合約,進入高能雷射升級倡議(High Energy Laser Scaling Initiative,HELSI)第二階段,將雷射武器的功率從現有達到的300KW級增加到500KW級。此次OUSD R&E的合約中,洛馬獲得8300萬美元,發展合成光纖光譜雷射(spectral laser combined fiber laser)原型;通用原子(General Atomics)獲得4700萬美元合約,發展分散增益雷射原型(distributed gain laser)。

波特蘭號(LPD-27)在2020年5月16日以LWSD MK-2 Mod 0雷射武器擊落

UAV靶機的畫面;此畫面由短波紅外線鏡頭以及光學濾鏡拍攝。

波特蘭號(LPD-27)在2021年12月14日以LWSD MK-2 Mod 0雷射武器

射擊靜態水面標靶的畫面。

在2020年5月16日,波特蘭號(LPD-27)在夏威夷海域進行了LWSD MK-2 Mod 0雷射武器首次試射,成功硬殺了一架作為標靶的小型無人載具(UAV)。在2021年12月14日,波特蘭號在亞丁灣進行了高能雷射武器展示,以該艦的LWSD MK-2 Mod 0雷射武器接戰一個靜態水面訓練標靶。

在2022年2月,洛馬集團研製的LLD雷射原型在位於新墨西哥州白沙飛彈測試場(White Sands Missile Range)的美國陸軍高能雷射系統測試場(High Energy Laser Systems Test Facility)進行展示,擊落了一架模擬次音速巡航飛彈的靶機。這是全世界首次以全固態高能雷射武器擊落巡航飛彈等級靶機的紀錄。


洛馬集團的分層防禦雷射(LLD)在2022年2月陸地展示中,擊落一架模擬

次音速巡航飛彈的靶機。這是全固態高能雷射首次擊落類似巡航飛彈目標

的紀錄。