机载激光的曙光

在一间经过严格消毒的洁净室里，一名身材魁梧的洛克希德马丁工程师戴着浴帽，身穿实验室工作服，在黑色塑料窗帘周围来回穿梭，说话时近乎疯狂，眼睛明亮，脸上挂着苦笑。“想看一些很酷的东西吗？”保罗·沙特克一边问，一边拉开窗帘，露出迷幻色彩的光学器件和黑色阳极氧化金属硬件组成的迷宫。“这就是他们所说的‘火墙’。”

这堵“火墙”是一块黑色、令人生畏且基本保密的玻璃和高科技硬件组合体，长 12 英尺，宽 12 英尺，厚 3 英尺，与这间四层楼高的洞穴般的房间明亮的白色形成鲜明对比。这堵装置就像一个黑洞，吞噬着光线，却不放出任何光线。

地板上是一架 747 飞机的轮廓；“火墙”静静地停在假想飞机的货舱中。该装置装有精密研磨的镜子和带有防反射涂层的镜头，它们呈现出幽灵般的彩虹色光谱，似乎随着你的眼睛的每一个动作而闪烁。“火墙”的许多部分都是隐藏的。潜伏在周围的工程师反复说：“灰尘。”这很奇怪，因为这是一个干净的房间。“好吧，”他们承认，“这是因为你而掩盖的。”

但我看得够多了，足以明白这一点：火墙意味着生意。如果一切按计划进行，这个精心调校的装置很快就会安装在
747 机头上的快速移动炮塔将有助于产生强大的激光束，这种激光束足以摧毁发射后上升过程中以数倍音速移动的导弹。

沙特克负责位于加利福尼亚州桑尼维尔的洛克希德马丁太空系统公司的项目，该项目将为项目负责人波音公司提供 YAL-1A 机载激光器 (ABL) 原型的光束和火控光学系统。长期以来，激光一直用于切割瓷砖、矫正视力、极其精确地焊接，以及指向黑板上的东西；然而，除了在《星球大战》或《星际迷航》中，激光从未在愤怒中成功发射过。但当 ABL 的所有组件在今年晚些时候安装在 747 上时，它可能会成为世界上第一个功能齐全的激光武器——而此时对这种武器的需求再迫切不过了。

随着许多流氓国家和恐怖组织开发弹道导弹，这些导弹配备常规爆炸物，如伊拉克的飞毛腿导弹或核弹头，现代战争变得异常危险和难以预测。与洲际弹道导弹不同，飞毛腿导弹等中程弹道导弹射程较短，最大高度较低，如果要摧毁导弹，需要立即做出反应。大多数以前的反弹道导弹系统通常涉及向导弹发射导弹，但成功率有限。他们无法靠近飞毛腿导弹，无法将其击碎和摧毁，更不用说直接命中了。然而，激光以光速传播，可以完美调整，以瞄准数百英里外的移动物体。“说到打击目标的能力，没有什么比激光更快、更精确的了，”空军上校艾伦·帕夫利科夫斯基说，他领导着耗资 16 亿美元的 ABL 项目。

激光武器项目由美国空军导弹防御局负责，已经达到了重要的基准。去年 7 月 18 日，一架改装的波音 747 进行了首次飞行，没有激光，但安装了新的机头炮塔以测试其空气动力学影响。高能激光——实际上攻击导弹的化学氧碘激光——由诺斯罗普·格鲁曼太空技术公司（前身为 TRW）制造，在六个月前在洛杉矶附近的工厂成功试射时达到了 118% 的工作功率。下一步：激光器将于今年夏天安装在 747 上，经过更多测试后，将有望实现在 2004 年底或 2005 年初击落类似飞毛腿的弹道导弹的关键目标。到那时，原型机可能会成为一种实用的应急武器，同时正在建造一支由七架或更多配备激光的飞机组成的机队。沙特克充满信心。 “这些都是成熟的技术，真正的挑战只是将它们全部集成到一个可运行的机载平台上，”他说。“现在我们正处于最后阶段，将所有部件整合到一个端到端系统中，然后开始工作。”

波音公司位于堪萨斯州威奇托的开发和改装中心的巨型停机坪上停着一架 747-400F 货机，它正在改装成有史以来最大的单发武器之一。美国空军于 1999 年购买了这架新飞机，将其漆成空军惯用的灰色，并在其机头装上一个球形黑色机头以容纳炮塔。

在飞机飞往爱德华兹空军基地（于去年 12 月 19 日起飞）之前，一群技术人员正在安装控制台、电子设备以及测试和支持设备。波音 ABL 飞机集成产品团队联合负责人马克·丹纳尔 (Mark Dannar) 沿着通道楼梯跑进宽敞的主舱，这里将容纳系统操作员，以及在巨大的密封舱壁后面，高能激光器，即系统的致命一击。丹纳尔走到一个装有灯和旋钮的电子设备架前，笑着说：“看看这个开关 - 上面标着执行激光控制器。”和参与该项目的许多其他人一样，他被该项目不可避免的科幻色彩所吸引。他走回机尾，审视着最近的工作。“这架飞机上没有一个系统是我们没接触过的，”他说，“我们必须解决许多严重的工程挑战。”

首先，货机内部经过加固，可以容纳六个厢式货车大小的模块，这些模块将从飞机后部产生激光束。丹纳尔指出，在飞机外部，飞机蒙皮上有许多地方被刺穿，以安装 ABL 的探测设备。这是识别和瞄准来袭导弹的装置。

工作原理如下：机身上的六个红外传感器将不断扫描所有方向，以寻找热导弹尾气羽流，这些传感器可以自动执行此操作，也可以在发射探测卫星的提示下执行此操作。当找到一个或多个导弹时，ABL 的多个独立激光器将开始工作 - 所有这些都在几秒钟内完成。飞机驾驶舱顶部的激光测距吊舱（此时距离我们地面的高度几乎有四层楼高）将旋转以面对第一枚导弹 - 计算机确定最具威胁性的导弹
并用二氧化碳激光器测量其距离。轨道照明激光器通过“火墙”的 12 英寸孔径发射到机头炮塔，将补偿飞机振动，然后精确定位导弹的特定区域以进行瞄准。信标照明激光器也通过机头炮塔发射，其中卡塞格林反射望远镜将光束的尺寸扩大到 1.5 米，然后它将使用光束和火控单元的自适应光学系统来表征导弹的尺寸。（这些光学系统是所有 ABL 炮塔发射激光器的标准设备，它们使用镜面弯曲技术扩大其范围以补偿大气湍流。）最后，计算机将发射高能激光，当它到达目标时，它将从直径 1.5 米聚焦到更小的光点。当激光在导弹侧面停留 2 到 3 秒时，氧化剂或燃料箱会破裂，导弹就会爆炸。我问丹纳尔，机组人员如何知道任务是否完成。“如果爆炸了，那就没事了，”他笑着说。

ABL 将携带足够对目标进行约 20 次射击的反应物，这些反应物将在飞机的六个后部模块中产生，通过结合过氧化氢和氯气来产生一种激发态氧，即单线态δ氧 (SDO)。碘颗粒在机载烤箱中烹制，形成碘气，注入装有 SDO 的腔体中，激发碘并“泵送”激光。当激发碘松弛到其基能状态时，会产生波长为 1.3 微米的光子。光子在长长的圆柱形谐振器内弹跳，然后被聚集起来，沿着一条长管向下发送到机身前部和炮塔。这个堆叠过程以毫秒为间隔发生，会产生激光束。

诺斯罗普·格鲁曼公司的试射证明，激光能够产生摧毁固定式导弹所需的热量。下一个障碍是证明这可以在一架以每小时 600 英里的速度在空中倾斜、距离地面 40,000 英尺的飞机上实现。这需要进行一些重大的瘦身。

“关键挑战之一是‘轻量化’系统，因为我们要把这个硬件装到飞机上，还要考虑飞机的体积和起重能力，”诺斯罗普·格鲁曼公司的 ABL 副项目经理 Gary Koop 在爱德华兹空军基地的系统集成实验室解释道，在这里，激光组件被装入一架退役的印度航空 747 飞机，以确保它们在最终安装到 YAL-1A 之前能够安装到位。重量的减轻是通过使用钛、一系列新型塑料和新型复合材料等轻质材料实现的。但 ABL 还需要在高度动态的环境中生存。“当我们在地面设施中建造激光器时，我们会浇注数千磅混凝土来打造坚固的基础，”Koop 说。“波音公司设计的飞机具有灵活性，可以吸收所有的空气动力载荷。所以我们有一个系统，即飞机，需要移动，而另一个系统，即激光器，需要保持刚性。”解决方案是通过开发多轴减震器来解决这个问题，当飞机绕着激光移动时，它可以保持激光路径上的某些组件稳定。

类似的工程技术进步花了几十年才使 ABL 成为可能。自冷战初期以来，军方一直在研究激光武器。美国和前苏联都进行了核动力海军和卫星激光实验，目的都是击落洲际弹道导弹和轰炸机。最终，这个想法成为里根政府时期提出的现已被放弃的星球大战计划的核心组成部分。那个失败的计划所产生的技术突破被纳入了 ABL 的努力中。

尽管空军人员对 ABL 充满信心，但项目外的批评者怀疑这项努力能否成功。“我对实现摧毁导弹所需的激光功率输出深表怀疑，”曾参与过军事激光项目的哈佛大学研究员、美国科学家联合会高级研究员 Subrata Ghoshroy 说。据 Ghoshroy 称，诺斯罗普·格鲁曼公司的地面测试成功只是部分结论；一旦激光进入空中，许多因素都会影响光束质量，包括湿度和空气湍流，自适应光学系统可能无法完全避开这些因素。“在制造高功率激光器和用它拦截导弹的整个过程中，几乎没有经验，”Ghoshroy 指出。

其他人认为，激光本身可以发挥作用，但可能无法完成其主要任务；换句话说，ABL 可能更适合攻击远程洲际弹道导弹和卫星，而不是在相对紧凑的地理区域内运行的短程武器。麻省理工学院科学、技术和国家安全政策教授泰德·波斯托尔说：“战区弹道导弹在低空飞行时，飞行时间较短，因为那里的大气更稠密。”“对抗洲际弹道导弹会更容易，因为导弹的飞行时间更长，拦截发生在大气层较少的地方。”

在平息反对者之前，ABL 还有许多里程碑要实现。几年后升空后，它将尝试击中悬挂在气球上的一系列目标板，然后是高空飞机拖曳的物体。从新墨西哥州白沙导弹靶场发射的探空火箭将作为下一轮目标，ABL 的最终测试将是击落一枚类似于俄罗斯飞毛腿导弹的弹道导弹。

如果一切顺利，ABL 被接受服役，那么激光可能可以胜任许多其他任务。ABL 最新颖的应用可能是它可以用来击落敌机。空军最近的一份报告提出了这一点，报告称，这可以通过在飞艇上安装镜子来扩大激光束的射程，并将光束垂直偏转到目标上，而不是通过稠密的大气以斜角照射。“在我们的研究中，击中目标的时间为合理的，”领导空军小组的退休激光科学家 Ted Wong 说。“击中目标几秒钟似乎足以造成伤害。我们正在观察的很多目标并不那么难对付。飞机、传感器和雷达都很容易受到热效应的影响。”

与此同时，国会对 ABL 项目的成果非常满意，已经拨款购买第二架飞机改装成 ABL，即 747-400 的客运版，其上层甲板加长，可容纳全体机组人员，从而取消了目前将机组人员与激光隔离开来的极为复杂的气密中舱舱壁。这架飞机很可能是第一架真正具备战斗能力的飞机。如果该项目真的取得了进展，数十年的秘密激光努力将最终从简报和战争游戏的世界中脱颖而出，成为硬件。在长期渴望神力之后，美国可能很快就能发出晴天霹雳。

马克·法默 (Mark Farmer) 是阿拉斯加州安克雷奇的一位作家和摄影师，他维护着一个内容丰富的网站： www.topcover.com 。