美海軍激光武器致傷特點(diǎn)及其防護(hù)對(duì)策

楊陽(yáng)，丁猛，黃建松

隨著高新技術(shù)在國(guó)防科技中的發(fā)展與應(yīng)用，世界軍事強(qiáng)國(guó)都在加緊研究新型武器裝備。 武器智能化、戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)字化、戰(zhàn)爭(zhēng)信息化已成為21 世紀(jì)軍事發(fā)展的必然趨勢(shì)。 可以預(yù)見(jiàn)，未來(lái)海戰(zhàn)一定是在多維、立體、全方位態(tài)勢(shì)下展開(kāi)的一場(chǎng)高新技術(shù)戰(zhàn)爭(zhēng)［1］。

激光武器（laser weapon）是一種以產(chǎn)生和發(fā)射一束集中的電磁能或原子／亞原子粒子為殺傷因素的定向能武器（directed energy weapon， DEW），又被稱作死光武器。 它能沿一定的方向發(fā)射和傳輸，可有效打擊遠(yuǎn)距離目標(biāo)，令受激光束照射的人員或裝備失去作戰(zhàn)能力［2］。 激光武器系統(tǒng)主要由激光器、光束定向器（ATP）以及決策系統(tǒng)等組成。

1 美海軍激光武器發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)

1.1 發(fā)展現(xiàn)狀

美國(guó)是最早開(kāi)始研制激光武器的國(guó)家之一，其在該領(lǐng)域的研究已歷經(jīng)數(shù)十載。 有研究表明，美海軍激光武器已具備測(cè)距、精確制導(dǎo)、目標(biāo)捕獲與跟蹤等功能，并得到了初步應(yīng)用。 激光武器有望成為最早列裝于美海軍的高新技術(shù)武器之一［3］。 美海軍激光武器的發(fā)展主要經(jīng)歷了以下2 個(gè)階段。

1.1.1 萌芽起步階段（20 世紀(jì)70 年代至2000 年左右） 美海軍于1971 年成立的海軍高能激光計(jì)劃管理辦公室［4］，是最早從事激光武器研發(fā)的機(jī)構(gòu)，由此拉開(kāi)了激光武器研制的序幕。 此后美海軍開(kāi)發(fā)出了CO2氣動(dòng)激光技術(shù)高能激光武器系統(tǒng)，并開(kāi)展了系列試驗(yàn)。 20 世紀(jì)70 年代中期，美海軍將發(fā)展重點(diǎn)轉(zhuǎn)移到了傳輸效率更高的連續(xù)波氟化氘（DF）化學(xué)激光武器的研制上。 1977 年，美海軍為了維護(hù)海上霸權(quán)，制定了以研制艦載激光武器為目標(biāo)的“海石”（SeaLite）計(jì)劃［5?6］，并于1980 年對(duì)研制成功的中紅外先進(jìn)化學(xué)激光器（MIRACL）進(jìn)行了首發(fā)試驗(yàn)。 隨著該計(jì)劃的深入，1983 年，美海軍建立了高能激光武器系統(tǒng)試驗(yàn)裝置，作為艦載高能激光武器的試驗(yàn)平臺(tái)［7］。 至此，美海軍對(duì)激光武器的探索已初具成效。 1989 年，隨著冷戰(zhàn)結(jié)束，戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境發(fā)生變化，美海軍將作戰(zhàn)重點(diǎn)從遠(yuǎn)海大洋轉(zhuǎn)移到沿海地區(qū)，對(duì)于激光武器的需求隨之發(fā)生了改變。 隨后高能自由電子激光器（free?electron laser， FEL）以其熱暈效應(yīng)小的優(yōu)勢(shì)逐漸進(jìn)入人們的視野。 因此，美海軍于1995年放棄了“海石”計(jì)劃，并啟動(dòng)了高能自由電子激光器計(jì)劃［8］。 其中，直線形激光器逐漸成為了美海軍的研究重點(diǎn)［9］。 2001 年，美海軍在設(shè)計(jì)Sea Archer輕型航母時(shí)，將自由電子激光武器納入其防御系統(tǒng)，這是自由電子激光武器與現(xiàn)代艦船結(jié)合的首次嘗試。 該項(xiàng)試驗(yàn)的成功標(biāo)志著艦載激光武器已初步具備了實(shí)戰(zhàn)能力［10］。

1.1.2 快速發(fā)展階段（2000 年前后至今） LaWS（laser weapon system）的概念最初是在2004 年由賓夕法尼亞大學(xué)提出的。 2006 年，美海軍發(fā)現(xiàn)了一種新型光束合成技術(shù)，即利用非相干合成的方法來(lái)產(chǎn)生所需的光束［11?12］。 從此，關(guān)于LaWS 的研制就正式拉開(kāi)了帷幕。

2009－2010 年，LaWS 先后在沙漠和水上開(kāi)展了作戰(zhàn)能力試驗(yàn)，并成功擊落、摧毀了無(wú)人機(jī)和充氣艇（RHIB）。 這充分證明了該武器已具備瞄準(zhǔn)、跟蹤、探測(cè)、干擾和摧毀目標(biāo)的能力［13］。 2012 年，美海軍又將LaWS 搭載于DDG?105 號(hào)驅(qū)逐艦上進(jìn)行艦載測(cè)試，并在測(cè)試中成功擊落了3 架無(wú)人機(jī)。 這標(biāo)志著美海軍進(jìn)一步豐富了艦載激光武器庫(kù)，實(shí)力得到了提升。 2014 年，美海軍將功率為30 kW 的LaWS部署在“龐塞”號(hào)船塢登陸艦上進(jìn)行進(jìn)一步測(cè)試。試驗(yàn)結(jié)果證明，其作戰(zhàn)能力不會(huì)受高溫、強(qiáng)風(fēng)、潮濕等惡劣環(huán)境的影響。 2015 年，美海軍啟動(dòng)了Laser Weapon System Demonstrator 項(xiàng)目。 該項(xiàng)目以LaWS為原型，旨在解決LaWS 存在的一系列問(wèn)題，以期大幅度提高武器系統(tǒng)功率［14］。

Mk38?TLS 是美海軍研制的一種光纖固體激光器戰(zhàn)術(shù)激光系統(tǒng)。 該系統(tǒng)由Mk38?MOD2 型（25 mm口徑）機(jī)關(guān)炮、10 kW 單模光纖激光器、移動(dòng)主動(dòng)瞄準(zhǔn)源綜合試驗(yàn)裝置（MATRIX）和光束定向器（BD）等組成，具有精確搜索、跟蹤、探測(cè)目標(biāo)以及打擊小型船只的能力，屬于艦載近程戰(zhàn)術(shù)武器系統(tǒng)的一種。2008 年1 月以伊朗小船事件為契機(jī)，美海軍開(kāi)始著手研制MK328?TLS，并于2011 年成功研制出樣機(jī)。2012 年，美海軍在佛羅里達(dá)州埃格林空軍基地對(duì)Mk38?TLS 進(jìn)行了測(cè)試，取得了預(yù)期的效果［15］。

HELIOS 高能激光炮是美海軍研制的一種多用途的艦載激光武器系統(tǒng)，除了具有作戰(zhàn)功能外，還能利用自身強(qiáng)大的光學(xué)系統(tǒng)，感知艦艇周遭情況，并對(duì)環(huán)境進(jìn)行偵察，收集有效的信息傳遞給“宙斯盾”作戰(zhàn)系統(tǒng)進(jìn)行分析處理［16］。 2018 年，美海軍著手研制2 套功率在60 ～100 kW 的HELIOS 艦載激光系統(tǒng)。其中1 套將裝配于西海岸的“阿利·伯克”級(jí)Flight IIA 型驅(qū)逐艦上，主要用于打擊小型艦艇和無(wú)人機(jī)。HELIOS 高能激光炮是近幾年美海軍艦載激光武器發(fā)展計(jì)劃的重要環(huán)節(jié)，美海軍預(yù)計(jì)在2022 年前后，在不對(duì)艦艇進(jìn)行大規(guī)模改裝的前提下，將該武器系統(tǒng)部署在艦艇上［17?18］。

1.2 發(fā)展趨勢(shì)及局限性

總體上看，美國(guó)激光武器已實(shí)現(xiàn)了初步的實(shí)戰(zhàn)化部署［18］。 根據(jù)美海軍指揮中心研究報(bào)告顯示，為了能更好地適應(yīng)復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，未來(lái)激光武器系統(tǒng)將開(kāi)展更多的實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練，提高武器性能。 同時(shí)激光武器還會(huì)不斷向小型化、實(shí)用化方向發(fā)展［19］。固體激光器在這方面具備先天的優(yōu)勢(shì)，如輕便小巧、可持續(xù)發(fā)射、光束質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，可靈活搭載于多平臺(tái)，用于實(shí)戰(zhàn)。 這不僅提高了激光武器的機(jī)動(dòng)性，同時(shí)提升了該武器的威懾力。 因此，固體激光器將成為美國(guó)未來(lái)激光武器研究的重點(diǎn)項(xiàng)目。

雖然固體激光器前景一片大好，但是目前正在研發(fā)的晶體型和光纖型固體激光器，其輸出功率大多在100 kW 以下，距離實(shí)戰(zhàn)要求還有很大差距。 除此之外，如何改善能源、冷卻等技術(shù)仍是激光武器后續(xù)發(fā)展的難點(diǎn)［20］。

2 激光武器的損傷特點(diǎn)

激光武器比傳統(tǒng)武器具有更大的殺傷力，不僅對(duì)武器裝備、通信系統(tǒng)有更大的破壞作用，而且對(duì)作戰(zhàn)人員也會(huì)造成嚴(yán)重的損傷。 主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 激光對(duì)眼部的損傷

眼睛作為人體的一部分，是最容易受到激光損傷的器官。 人眼近似為一球體，直徑約25 mm，是一個(gè)非常復(fù)雜和精密的光學(xué)系統(tǒng)。 人的眼球前部分稍微彎曲而突出，并由堅(jiān)韌而透明的角膜覆蓋。 當(dāng)光束進(jìn)入眼睛時(shí)，首先會(huì)通過(guò)角膜，而角膜是對(duì)光束起會(huì)聚作用的主要部分。 當(dāng)激光束入射到角膜上，經(jīng)角膜和晶狀體聚焦，在視網(wǎng)膜上的輻照功率密度或能量密度將增加1 ×105倍以上。

波長(zhǎng)為400 ～1 400 nm 的激光能順利通過(guò)屈光介質(zhì)到達(dá)視網(wǎng)膜，其中波長(zhǎng)為500 ～900 nm 的激光投射率最高。 光線通過(guò)瞳孔經(jīng)屈光介質(zhì)聚焦后，光強(qiáng)可達(dá)到入射光束的5 ×105倍，在視網(wǎng)膜上聚焦成一個(gè)直徑為5 ～50 pm 的實(shí)像［21］。 由于瞳孔面積是實(shí)像的10 萬(wàn)倍，對(duì)可見(jiàn)光和近紅外線而言，其像點(diǎn)處的能量密度將是角膜處的10 萬(wàn)倍左右。 也就是說(shuō)，當(dāng)照射在角膜上的弱激光束經(jīng)眼球聚焦到視網(wǎng)膜時(shí)，可能成為強(qiáng)激光束，對(duì)眼底造成不可逆的損傷。 因此，視網(wǎng)膜是眼球內(nèi)部最易受損的組織。

2.1.1 激光波長(zhǎng)與眼部損傷部位的關(guān)系 眼組織對(duì)不同波長(zhǎng)的激光有不同的透射、散射、反射和吸收作用。 因此，不同波長(zhǎng)的激光可造成眼部不同部位的損傷。

當(dāng)波長(zhǎng)為180 ～315 nm 的中、遠(yuǎn)紫外激光照射眼部時(shí)，其能量幾乎被角膜全部吸收；波長(zhǎng)為315 ～400nm 的近紫外激光的輻射能量可部分透過(guò)角膜，到達(dá)晶狀體后被全部吸收。 故紫外激光主要對(duì)角膜造成損傷，引起紫外線性眼炎。

當(dāng)波長(zhǎng)為400 ～700 nm 的可見(jiàn)激光照射眼部時(shí)，其80%的能量可通過(guò)屈光介質(zhì)到達(dá)眼底，最終被眼底吸收。 因此，可見(jiàn)激光主要對(duì)眼底視網(wǎng)膜和脈絡(luò)膜造成損傷。 一般來(lái)講，可見(jiàn)激光不會(huì)造成屈光介質(zhì)的損傷，但如果能量巨大，也會(huì)引起角膜的表層和深層損傷。 另外，如果可見(jiàn)激光對(duì)虹膜造成了損傷，則可能引起其鄰近的晶狀體損傷。

當(dāng)波長(zhǎng)為700 ～1 400 nm 的近紅外激光照射眼部時(shí)，其大約一半的能量會(huì)被屈光介質(zhì)吸收，另一半則會(huì)透過(guò)屈光介質(zhì)聚焦于眼底。 因此，近紅外激光會(huì)同時(shí)對(duì)屈光介質(zhì)和眼底視網(wǎng)膜造成損傷。

當(dāng)波長(zhǎng)為1 400 ～1 ×106nm 的中遠(yuǎn)紅外激光照射眼部時(shí)，其能量由于無(wú)法被聚光介質(zhì)透過(guò)，幾乎被角膜吸收，其中99%的能量集中在角膜前部100 μm的上皮和基質(zhì)層中。 因此，中遠(yuǎn)紅外激光主要對(duì)角膜造成損傷［22］。

2.1.2 瞳孔大小與眼部損傷程度的關(guān)系 瞳孔大小與眼部受損程度有一定的關(guān)系，瞳孔越大則進(jìn)入眼內(nèi)的激光量越大，眼部的損傷程度就會(huì)越大。 通常在黑暗環(huán)境中，人的瞳孔直徑為7 ～8 mm；而在自然光照環(huán)境中，瞳孔直徑為2 ～3 mm；尤其在強(qiáng)光環(huán)境中，瞳孔直徑會(huì)縮小到1.5 mm。 由此可見(jiàn)，瞳孔的最大透光面積與最小面積之間相差了20 倍以上。因此，當(dāng)受到同一強(qiáng)度激光照射時(shí)，人的眼部在黑暗環(huán)境中遭受的損傷要比在光照環(huán)境中大得多。

2.2 激光對(duì)皮膚的損傷

當(dāng)皮膚吸收激光能量后，會(huì)導(dǎo)致光斑區(qū)的局部溫度升高，嚴(yán)重時(shí)可發(fā)生燒傷。 當(dāng)用持續(xù)時(shí)間為5 001 μs、光斑直徑為1 ～1.5 mm、光束能量為0.84 J 的紅寶石激光束對(duì)人體皮膚進(jìn)行照射時(shí)，皮膚表層會(huì)出現(xiàn)外觀上的變化；當(dāng)光束能量為5 J 時(shí)，光斑區(qū)的皮膚會(huì)發(fā)生明顯的色素沉著，已初步造成灼傷；當(dāng)光束能量達(dá)到數(shù)十至上百焦時(shí)，皮膚將會(huì)受到嚴(yán)重的損傷［22］。 雖然激光對(duì)皮膚的損傷要比對(duì)眼部的損傷輕得多，但仍應(yīng)高度重視。

2.2.1 激光劑量與皮膚損傷程度的關(guān)系 研究表明，激光照射能量密度越大，則皮膚損傷越大，二者呈正相關(guān)。 當(dāng)激光能量超過(guò)安全閾值時(shí)，受照射的皮膚將隨能量密度的增大依次出現(xiàn)紅斑、水泡、凝固、炭化、燃燒及汽化等。 紅外激光對(duì)皮膚的灼傷效應(yīng)尤其明顯，這是由于皮膚對(duì)紅外激光的吸收率很高，透過(guò)率很低，使皮膚表皮的局部溫度快速升高而嚴(yán)重?fù)p傷。

2.2.2 膚色與皮膚損傷程度的關(guān)系 研究發(fā)現(xiàn)，人體膚色越深，意味著皮膚細(xì)胞中含有的黑色素顆粒越多。 這些黑色素顆粒在吸收激光能量后，可將不同波長(zhǎng)的激光能量轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苄纬删植繜嵩?，并向周?chē)?xì)胞擴(kuò)散熱量，使細(xì)胞中的蛋白質(zhì)凝固變性，從而引起細(xì)胞及組織的破壞和死亡。 因此，膚色越淺的人，受到的損傷越輕。

3 激光武器的損傷防護(hù)及對(duì)策措施

針對(duì)未來(lái)戰(zhàn)爭(zhēng)中激光武器的威脅，各國(guó)紛紛加緊對(duì)激光武器的防護(hù)研究。 鑒于目前激光武器主要對(duì)眼部造成的損傷較大。 因此，對(duì)于眼部的防護(hù)越來(lái)越重要，常用的物理防護(hù)技術(shù)和措施有以下幾種。

3.1 濾光技術(shù)

發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)，應(yīng)保證在不影響作戰(zhàn)人員完成各項(xiàng)軍事任務(wù)的前提下，防止激光武器對(duì)作戰(zhàn)人員造成的損傷。 也就是說(shuō)，在減少激光束的能量以保護(hù)眼睛不受傷害的同時(shí)，還不能影響正常作業(yè)。 因此，需要使用濾光片技術(shù)，即在人眼前放置衰減濾光片以阻擋激光束。 日常生活中，人們通過(guò)戴太陽(yáng)鏡的方式來(lái)保護(hù)眼睛免遭強(qiáng)光照射便是利用這一原理。

迄今為止，應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的濾光片大多是吸收型的濾光片，其作用是吸收一個(gè)或多個(gè)特定波長(zhǎng)的大部分光。 常用的吸收型濾光片主要是利用光學(xué)材料中的染料將光吸收。 這些染料具有相當(dāng)高的光密度，且很容易同塑料基底結(jié)合，具有便捷、價(jià)廉和質(zhì)量輕的特點(diǎn)［23］。 目前世界軍事強(qiáng)國(guó)都已開(kāi)始研制激光防護(hù)鏡，國(guó)內(nèi)有關(guān)激光防護(hù)鏡的研制可以追溯到20 世紀(jì)70 年代。 截至目前，國(guó)內(nèi)有些激光防護(hù)鏡產(chǎn)品的指標(biāo)已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。 其中，比較成熟的產(chǎn)品有：插入式、組合式激光防護(hù)鏡，高強(qiáng)度激光防護(hù)鏡，全息激光防護(hù)鏡等。

3.2 其他物理防護(hù)措施

主要包括煙霧吸收和反射激光等。 煙霧有著吸收和散射激光的作用，利用煙霧這一特性可以減少激光束對(duì)人眼的危害，同時(shí)還可以起到隱藏己方目標(biāo)的作用，可謂一舉兩得。 除此之外，還可利用反射激光裝置將激光反射回去，以阻止激光對(duì)己方人員的傷害。 目前美軍、俄軍都在研究如何將激光告警器與煙霧器材裝配到艦艇中，用于對(duì)抗激光武器；同時(shí)各國(guó)還在研究如何利用反激光武器來(lái)摧毀敵方激光源。 這些措施都將成為未來(lái)制約激光武器的有效手段［24］。

4 思考與啟示

隨著激光武器等高新技術(shù)武器逐步應(yīng)用于海戰(zhàn)場(chǎng)，未來(lái)戰(zhàn)場(chǎng)上的傷情可能將不再以最常見(jiàn)的火器傷和炸彈傷為主。 激光武器將會(huì)對(duì)海軍作戰(zhàn)人員造成更多的眼部損傷，嚴(yán)重的會(huì)永久失明。 激光武器不僅給作戰(zhàn)人員生理上造成了創(chuàng)傷，同時(shí)對(duì)其心理也有著巨大的威懾和傷害，甚至可能導(dǎo)致其患有戰(zhàn)斗應(yīng)激反應(yīng)和精神疾病。 針對(duì)上述特點(diǎn)，未來(lái)海軍衛(wèi)勤保障所面臨的挑戰(zhàn)主要有：（1）新傷情的出現(xiàn)對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)醫(yī)療資源的挑戰(zhàn)。 如何完善新傷情救治技術(shù)，配備相應(yīng)的設(shè)備和醫(yī)務(wù)人員將是一大考驗(yàn)。（2）新傷情的出現(xiàn)對(duì)傷員后送的挑戰(zhàn)。 由于激光武器可在短時(shí)間內(nèi)使許多作戰(zhàn)人員出現(xiàn)程度不一的損傷，面對(duì)大量傷員的出現(xiàn)，當(dāng)戰(zhàn)現(xiàn)場(chǎng)無(wú)法第一時(shí)間給予有效救治時(shí)，則需要轉(zhuǎn)送到后方救治。 這對(duì)衛(wèi)勤部門(mén)快速的檢傷分類(lèi)能力、完善的傷員后送體系及高效的組織與快速的反應(yīng)能力提出了挑戰(zhàn)。

面臨未來(lái)的挑戰(zhàn)，我海軍應(yīng)重點(diǎn)進(jìn)行以下幾方面研究［24］。 （1）重視防護(hù)器材的研制和防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)的制定。 研制相應(yīng)的衛(wèi)生防護(hù)器材，例如激光防護(hù)鏡等，并制定相應(yīng)的衛(wèi)生防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。 （2）大力發(fā)展新型戰(zhàn)傷救治技術(shù)。 應(yīng)在現(xiàn)有的戰(zhàn)傷防治措施和技術(shù)水平上，結(jié)合激光武器等新型武器裝備的致傷特點(diǎn)，研究新型海戰(zhàn)傷救治技術(shù)和設(shè)備。 （3）注重人員的心理防護(hù)。 面對(duì)激光武器對(duì)作戰(zhàn)人員施加的強(qiáng)大心理壓力，我軍應(yīng)在平時(shí)加強(qiáng)人員的心理防護(hù)訓(xùn)練，注重精神障礙治療研究。 與此同時(shí)，應(yīng)教導(dǎo)作戰(zhàn)人員了解新型武器的致傷機(jī)理和特點(diǎn)，使其學(xué)會(huì)如何避免新型武器造成的損傷。 這樣當(dāng)作戰(zhàn)人員在戰(zhàn)場(chǎng)上面對(duì)激光武器威脅時(shí)才能減輕心理壓力，有效應(yīng)對(duì)。

總之，激光武器未來(lái)將大規(guī)模裝配到海軍部隊(duì)并應(yīng)用于海戰(zhàn)。 由美海軍激光武器的發(fā)展歷程可知，美海軍已經(jīng)成功研制了多種激光武器，甚至有些已經(jīng)投入使用。 面對(duì)未來(lái)復(fù)雜的戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境，加強(qiáng)激光武器的防護(hù)研究已成為保障我軍戰(zhàn)斗力的有力舉措［25］。