低成本防空未來,各國高功率雷射武器開發現況

2024-04-10 17:00:00    編輯: Alan Chen
導讀 自從俄烏戰爭爆發後,大量的無人機攻擊成為趨勢,也對各國傳統防空系統帶來嚴苛考驗,尤其是防空飛彈的高成本與便宜商用無人機對比之下完全不符效益,因此彈藥成本極低的高功率雷射武器就成為新興解決方案。 雷射...


自從俄烏戰爭爆發後,大量的無人機攻擊成為趨勢,也對各國傳統防空系統帶來嚴苛考驗,尤其是防空飛彈的高成本與便宜商用無人機對比之下完全不符效益,因此彈藥成本極低的高功率雷射武器就成為新興解決方案。

雷射武器發展由來

美國勞倫斯利佛摩國家實驗室(Lawrence Livermore National Laboratory)最早從 1980 年代初開始進行雷射武器的理論和基礎測試,其中神劍計畫(Project Excalibur)即是設計一款在太空軌道上的防衛裝置,透過裝置內小型核爆產生 X 光,再透過雷射介質導引,擊毀來襲的彈道飛彈。

1983 年雷根總統發表著名的「星戰計畫」,目標是運用地面及太空軌道中的新型偵測系統,並透過地面長程攔截飛彈,和太空軌道上的各種能量武器擊落敵方飛彈和衛星,其中能量武器便包括神劍計畫的 X 光,以及化學雷射和粒子光束等形式。

雖然當年星戰計畫因為技術障礙過多,加上蘇聯瓦解後於 1993 年終止,但開發期間的許多概念仍然得到延續,現今美國飛彈防禦體系中的陸基攔截器(GBI)、薩德反飛彈系統(THAAD)、標準三型飛彈(SM-3)、鋪路爪(PAVE PAWS)長程預警雷達和海基 X 波段雷達等,都源自於此。

美國近代雷射武器開發情況

雷射武器則因本身物理特性易受大氣幹擾,以及電池技術限制等原因,發展速度比較緩慢,1980 年代進行的 YAL-1 機載雷射系統,構想是運用安裝在波音 747 上的大型雷射發射器,擊穿彈道飛彈的燃料艙外殼,但由於射程限制無法突破,使 747 在戰場生存性過低,計畫在 2011 年取消。

近十年來無人機發展快速,中東和阿富汗戰場威脅美軍程度增加,因此美軍轉向開發較小型的雷射武器為反無人機用途。

美國海軍在 2014 年開發 AN/SEQ-3 雷射武器系統(Laser Weapon System,LaWS),並安裝在奧斯汀級(Austin Class)兩棲船塢運輸艦龐賽號(USS Ponce)上,使用商用雷射焊接技術,將六組以上的焊接雷射器組合在一起強化能量,並能依照目標大小調整輸出。

12 月 14 日美國海軍則使用聖安東尼級(San Antonio Class)兩棲船塢運輸艦波特蘭號(USS Portland )測試第二代的雷射武器示範系統(Laser Weapon System Demonstration Mk2 Mod0,LWSD),將最大功率增加到 150kW。

此外目前美軍雷射武器發展進度快速增加,除了海軍已有的 30kW 的 AN/SEQ-3 LaWs、60kW 的太陽神(HELIOS)外,陸軍則有 50kW 的 DE M-SHORAD 和開發中的 300kW IFPC-HEL,空軍和太空軍則是計畫將雷射武器放在衛星。

英國「龍火計畫」

「龍火」(Dragonfire)是由英國國防科學技術研究室(Defence Science and Technology Laboratory(DSTL),和李奧納多(Leonardo)、MBDA 和 QinetiQ 三家國防廠商合作開發的首款 50kW 雷射武器。

雖然並未公布目標尺寸重量和航速,但 DSTL 表示試射中龍火成功在數英裏之外,擊落同時從不同方向來襲的無人機目標。

DSTL 指出,龍火具備極高的精準度,可擊中一公裏外一枚 1 英鎊硬幣,且單發成本僅需 10 英鎊,整體開發成本將控制在 1 億英鎊之內,未來在面對無人機或飛彈等飽和式攻擊時,能有更便宜的防禦手段。

這次成功試射後,開發團隊認為龍火可在五年內登上英國皇家海軍艦艇上開始服役。

以色列「鐵束系統」

鐵束系統(Iron Bean)是以色列拉斐爾(Rafael)先進防衛系統公司於 2010 年代開始開發的車載直射能量武器(Direct Energy Weapon),2014 年首次在新加坡航空秀進行展示,並在 2020 年進入小規模部署,成為以色列整合式防空體系內,繼鐵穹(Iron Dome)、箭式二型(Arrow 2)、箭式三型(Arrow 3)和大衛彈弓(David′s Sling)四款防空飛彈後的第五種武器。

經過拉婓爾五年以上的開發,鐵束系統採用固態雷射技術,透過偵測系統,鐵束系統配備的光纖雷射器,可發射 100~300 kW 功率的雷射,擊毀來襲的無人機、火箭彈、迫擊砲彈和反裝甲火箭等較小型的飛行目標,並透過車載提高機動性與生存機率。

以色列與巴勒斯坦衝突,Iron Bean 開始進入實戰,但由於能源和技術限制,Iron Dome 仍然是以軍防範哈瑪斯火箭彈的主要防衛武器。

中俄雷射武器開發

中國與俄羅斯也在雷射武器上投入許多資源研發,俄羅斯 2018 年率先公開 Peresvet 裝甲車載雷射武器,成為首款服役的地面雷射武器系統,中國則在 2021 年阿布達比防衛展上,展出名為沉默獵手的雷射裝甲車,兩款雷射裝甲車最大輸出功率皆在 30~50kW 之間。

烏俄戰爭爆發後,俄羅斯耗費大量資源在前線戰場上,因此近年來並未投注太多資源在雷射武器開發案上。

不過中國近年來,除了沈默獵手之外,也有射程約兩公裏的 10kW「低空衛士」,專門用來因應飛行高度在 500 公尺內,飛行時速在 180 公裏內的小型目標,以及裝備在 99 是主力戰車上的 JD-3 主動防禦系統,用雷射偵測並擊毀來襲的反裝甲飛彈或無人機等目標。

此外由於星鏈等低軌衛星對於戰局的影響重大,因此中國近年也積極開發反低軌衛星用的「神光」雷射武器。

台灣「雷護專案」

有鑒於雷射系統潛力,台灣中山科學研究院也從 2020 年開始進行國造雷射武器開發計畫,代號為「雷護專案」,開發目標是類似美軍 DE M-SHORAD 形式,以車輛載具為主的 50kW 雷射武器,並去年底通過第一階段測試結案。

透過「國際好朋友」協助,雷護專案正在積極進行更高功率的相關測試,中科院近期公開表示已掌握雷射武器所需要的六項關鍵技術。

雷射武器缺點

雖然雷射武器理論上彈藥來源於電力,彈藥成本僅數美元,成為抵擋低價商用無人機蜂群的理想武器之一,不過目前無論美、英、以等已開發出雷射武器的國家,都仍在設法解決目前雷射武器的技術障礙。

首先是雷射武器礙於充電和電力供應限制,射速難以提高到可以應對多架無人機來襲的等級,且雷射需要集中火力照射目標持續數秒,才能有效破壞,這在天氣狀況不佳或敵機飛行軌跡較刁鑽,會大幅提升失敗機率。

此外美軍目前也因為雷射武器過於新穎,過往完全沒有相關採購經驗可參考,陷入預算編列困難。

技術仍有挑戰性,美國國會近期報告指出,海軍目前呈給國會的初步估算,若要量產 60kW 等級雷射武器,後勤維護成本算入後每組要價 1 億美元,若是 250kW 等級則要 2 億美元,並沒有預期便宜,所以直到現在美國海軍艦隊仍然繼續使用飛彈和近迫武器。

(首圖來源:)



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