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名称和型号:天基激光武器(IFX)
由TRW、波音和洛克希德公司开发？马丁公司
成本:总开发和发射成本估计为970亿美元。
现状:正在研究中
一.概述:
天基激光武器实际上是以激光武器为有效载荷的“杀手级”卫星，可称为激光作战卫星或天基激光平台。如果用于攻击地球目标，天基激光武器具有覆盖地面大面积的优势。和其他卫星一样，轨道越高，覆盖范围越大。地球静止轨道激光卫星可以覆盖42%的地球表面；如果利用近地轨道激光卫星实现全球覆盖，卫星数量会相应增加，但近地轨道卫星有利于提高激光武器的杀伤能力。
IFX计划是美国天基激光武器的发展计划。它是美国国防部科学研究局和美国空军绘制的21世纪太空作战使用激光武器的美好蓝图。该计划于20世纪70年代启动，当时美国国防高级研究计划局开始实施一项旨在验证天基激光武器可行性的“三位一体”技术计划，即:
①“Alpha”项目，旨在验证百万瓦级柱状氟化氢化学激光器在轨飞行的技术可行性。
②“LODE”项目，旨在利用输出波探测技术配合自适应光学系统验证激光束的控制和瞄准。LODE项目包括“大型先进反射镜项目”(LAMP)，以验证制造适用于太空的4米直径多面组合式轻型主镜的可行性。
(3)“Talon Gold”项目旨在验证捕获、跟踪和瞄准技术。
1983年，美国开始实施战略防御倡议(SDI)计划，天基激光武器技术的研究也包括在内，由战略防御计划局(SDIO)(1993年5月更名为弹道导弹防御局)负责实施。SDI计划旨在对付苏联洲际弹道导弹，要求在多弹头分离前的助推段将敌方导弹击毙。当时SDI设想苏联同时发射2000枚洲际弹道导弹，天基武器系统要有每秒击落40枚制导导弹的能力。为此，需要在轨部署数十颗激光作战卫星，每颗卫星上的激光武器需要由发射功率为30 MW的激光器和直径为10米的主镜组成。
苏联解体后，美国的作战战略发生了变化。天基激光武器系统的主要任务从防御洲际弹道导弹转变为防御战区弹道导弹；目标不再是从苏联起飞的大量远程导弹，而是可能从世界任何地方发射的短程弹道导弹。作战策略的改变，放宽了对天基激光器的要求。
美国弹道导弹防御局对天基激光武器系统进行了多种方案比较，提出了最佳方案:在高度为1300km、倾角为40度、不同上升点赤经的圆形轨道上部署24颗激光作战卫星，组成全球星座。每颗激光作战卫星都能摧毁以其为中心半径4000公里的导弹。根据目标的距离不同，它可以在2 ~ 5秒内摧毁飞行中的导弹。如果新目标与原射击方向的夹角不太大，激光作战卫星可以在0.5s内调整到新的方向，瞄准另一枚导弹。
激光作战卫星由激光武器(激光器、光学系统、捕获、跟踪和指向系统)和平台服务系统组成。激光器是氟化氢激光器，工作波长2.7微米，估计发射功率8 MW。光学系统主镜直径8米，镜面有超反射膜，无需主动冷却就能保证激光器在巨大热负荷下正常工作。捕获、跟踪和瞄准系统由监测装置和稳定平台组成，能保证激光机械泵产生强烈振动时光束对准目标。平台服务系统包括电源、反应物(燃料)、数据处理和测控子系统。
80年代末90年代初，激光作战卫星各子系统的关键技术已经得到论证和验证。
“阿尔法”激光器由TRW公司于1980年研制，第一次发光试验于1989年进行。到1994年8月，已经发射了10多次，获得了兆瓦功率级的高质量输出光束。通过改进激光器的结构设计，增加模块化腔环，降低了激光器的质量，可以将输出功率提高到实战水平。最近的研究表明，可以通过改进激光器的喷嘴设计来进一步降低质量。在光学系统方面，1989制造了直径4m的多面组合镜，1993年11m攻克了制造该镜的关键技术，为大型光学系统的工程实现奠定了基础。
由于捕获跟踪指向系统采用了大型先进反射镜计划和大型光学演示实验计划研制的新技术，制成了4米直径、主动控制的多面组合反射镜，可直接放大到8米直径的反射镜进行实战。1997年，TRW公司完成了“阿尔法”激光器和大型先进反射镜的地基综合试验，成功进行了兆瓦级高功率激光器、光束控制系统和瞄准分系统三项地基综合综合试验，论证和验证了天基激光系统的可行性和生存能力。为天基激光演示器的研制提供了设计数据。这些全面的地面试验为天基激光武器演示样机的研制提供了宝贵的设计数据，系统集成问题已基本解决，现已进入武器系统方案论证阶段。1999年2月，弹道导弹防御局与TRW、波音和洛克希德·马丁公司签订了127万美元的合同，开始实施天基激光演示器的在轨演示试验计划。
整个天基激光武器(IFX)预计2013完成。规划的前期和中期工作已经完成。美国空军正集中力量克服困难。目前，关键技术已经突破，并准备开发一个天基演示器。2005年后，我们将完成演示器，进一步研制8米直径的反射器，并逐步实现20颗卫星的星上部署。
二、绩效指标:
美国科研局设计的未来太空激光武器是这样的:太空激光武器的激光介质可以连续发光200-500秒；激光波长为2.7微米；激光功率为5-10mw；轨道高度800-1000km；倾斜角度为40度；一颗卫星的足迹是地球表面积的1/10；航程4000-12000km；发光直径为0.3-1m；最大射程3000米；a拍摄时间为10秒；平均瞄准时间1秒；质量35000kg；整个系统由20颗卫星和10个轨道镜组成。
第三，发展与演变:
经过20 ~ 30年的发展，激光卫星分系统技术已基本掌握。为了建造用于实战的激光武器系统，两项任务正在加紧进行:
首先是研制和测试“天基激光武器演示器”。这是将所有分系统组装成一颗完整的激光作战卫星，进行在轨演示试验，验证整个系统的协调性和对空间环境的适应性。演示器的尺寸是实际卫星的1/2，激光发射功率是实际卫星的1/3。演示器的质量估计为16600 kg，约为实际激光卫星(35 000 kg)的1/2。
二是解决全尺寸激光卫星的发射。美国大力神-4火箭及其下一代运载能力可达22 000公斤(近地轨道)。如果实际的激光卫星不能缩小尺寸，就需要发射两次，在太空中组装，或者需要研制新的运载火箭。美国国防部不打算研发新型火箭，因此正在加强激光卫星小型化和卫星空间组装的研究。
激光作战卫星的研制成本可以根据美国军用卫星研制成本的历史统计来估算:已知单价为5万美元/公斤~ 1.5万美元/公斤。由24颗卫星组成的天基激光武器星座的总质量估计为840吨(24×35 000千克)。如果平均单价为654.38+百万美元/公斤，则开发成本为840亿美元。？
研制一颗实用卫星，需要在完成验证器空间试验的基础上，增加10%的技术推广费；改进型一次性运载火箭的发射费用按每公斤5，650美元计算。结果，开发和发射总成本达到970亿美元。
天基激光武器系统下一步的技术发展将集中在以下几个方面:
(1)开发波长更短的激光器，以减小光学系统的尺寸。有波长1.3微米的改进型氟化氢激光器，波长1.35微米的化学氧碘激光器，正在研制中的新型二极管激光器和波长0.8微米的多光束激光器。
(2)增大主反射镜的直径，提高照射到靶上的光束能量。镜子的尺寸越大，光束越集中，光强越高。如果光强保持不变，可以降低对激光输出功率的要求，从而降低卫星质量，降低研制成本。
(3)跟踪指向精度进一步提高，以补偿光束抖动带来的模糊，效果相当于提高激光器的输出功率或增加光学反射镜的尺寸。
美国正在加紧发展天基激光武器到激光作战卫星，并使其成为空间动能武器的备份和接替系统，成为国家导弹防御系统的一部分。
目前，美国国防部认为，太空激光武器是摧毁洲际导弹和战役战术导弹助推段最有效的武器，可以摧毁数百至数千公里距离的空中和太空中的任何其他目标。在导弹防御计划中，美国科研局主要工作在两个方面:发展高能化学激光和发展目标识别、目标跟踪系统、目标制导系统和火控系统。
美国导弹防御局制定了发展太空激光武器的计划，分为以下几个阶段:
第一阶段实施ALE计划，主要内容是将激光“阿尔法”与发光仪器洛德整合；目前，美国TR Rice公司已研制出氟化氢的高能化学激光“阿尔法”，于1991开始。此外，还研制了一种发光仪器LODE，装有直径4米的圆镜。到1994年底，按照阿里计划进行了约10次“阿尔法”发光实验。1996又进行了一次发光实验，测试结果的发光时长为5秒。2000年3月进行第22次空间实验，发光时长达到6秒。
第二阶段，对目标识别、跟踪、制导系统和火控系统进行综合和测试；2001年初，用新型目标识别、跟踪、制导系统和激光调整系统进行了试验。
第三阶段，建立空间激光武器演示模型，进行地面和飞行试验。1999年2月，导弹防御局与公司集团(波音、洛克希德·马丁、TRW)签署了一份65438+2700万美元的合同，建立一个太空激光武器演示器，并进行综合太空试验IFX计划的最后阶段，以测试这种激光武器摧毁导弹的能力。TRW公司负责IFX项目中激光系统的实验部分，同时负责激光控制系统、主镜控制系统和超声波冷却剂HYLTE的研制和生产。IFX计划中的目标识别、跟踪和目标制导系统尽可能使用合资公司为机载激光武器研制的类似系统。IFX实验原计划持续到2012年底。实验的目的是测试空间激光武器识别目标、跟踪目标、目标激光制导和激光控制的能力。计划在实验中使用HABE项目研制的高空气球作为载体，气球预计在2004-2005年生产。在实验成功的条件下，美国导弹防御局和美国空军计划签署一份附加合同，进行IFX综合太空实验的最后阶段。空军专家表示，该计划将于2013年完成。在实验准备阶段，还计划研制一种新型自动冷却喷嘴，用于向振动器注入激光介质。要求使用新喷嘴后输出功率可提高30%。还计划开发硅镜的生产工艺。洛克希德·马丁公司负责该卫星的设计。
空间激光武器仍有许多未解决的问题，包括:如何将大型激光装置送入轨道，主要原因是发光装置的主镜直径过大，主要解决方案是研制一种折叠式主镜，可以放在运载火箭的货舱中，在空间激光武器进入预定轨道后自动打开。另一个问题是如何给在轨空间激光武器补充化学介质。未来，所有的激光武器都将使用化学激光器。没有介质，就不会发生化学反应，也不会产生激光。美国科研局和美国空军在太空激光武器下一阶段的主要任务就是集中力量克服上述问题。