铁束发威，巴以冲突中的“激光打火箭弹”小视频是真的吗？
来源： 科普中国 发布时间：2023-11-02
先说结论。网络上流传的巴以冲突中击落火箭弹的激光武器视频大概率来自电子游戏；拥有类似能力的以色列铁束（ironbeam）激光防御系统已经非常接近于实战部署；用于防御无人机、无人船、迫击炮弹和简易火箭弹的近程激光防御系统近些年取得重大进展；我国在激光武器领域拥有世界先进水平，出口海外的激光武器已经取得实战战果；世界各国研制中的大功率远程激光武器系统，仍旧面临非常多尚未突破的技术难题。
视频真伪的判断
社交媒体上流传的声称是“以色列铁束激光武器击落哈马斯火箭弹”的视频片段最早可以追溯到10月11日上传的一段战争沙盒游戏《武装行动3》（arma3）的游戏视频。
10月16日，《武装行动3》的制作公司——捷克波西米亚互动工作室（bohemiainteractivestudio）的首席执行官马雷克·斯潘内尔（marekšpaněl）在其个人社交媒体证实了视频确实来自游戏录屏，并且提醒要注意使用各种游戏视频谎称是战争实拍的行为。[1]
铁束系统的研发机构在2022年表示，该系统还需要2-3年的时间才能完成实战部署。
网络上流传的巴以冲突中以色列使用激光武器拦截火箭弹的视频截图。
铁束是什么
2014年初，以色列军火巨头拉斐尔先进防务系统公司（rafaeladvanceddefensesystems）在新加坡航展上展示了铁束定向能防空系统。[2]
所谓“定向能武器”（direct-energyweapon）是包括激光、离子束、高能微波等的非弹道武器，铁束采用的就是高能激光作为其杀伤手段。该系统由以色列国防部出资，拉斐尔公司联合美国洛克希德·马丁公司研制开发。
铁束的组件。图源：rafael亚博电竞网官网
当时，拉斐尔公司宣称，铁束将会在2015年进入以色列陆军服役。不过，到2022年初的时候，时任以色列总理的贝内特还在表示，铁束将会在年内投入使用。[3]而2022年底，拉斐尔公司高管在接受采访时说，铁束会在2-3年内完成实战部署。他同时表示，铁束系统并不存在重大技术难题，只是需要解决一些“工程”方面的障碍。[4]
要说铁束，先说“铁穹”
以色列面临巨大的国土防空压力，假想敌包括从射程几千千米可携带核生化弹头的中远程地对地弹道导弹、射程数百千米的中近程战术地对地弹道导弹和巡航导弹、射程数千米到数百千米的各型号火箭弹、低成本简易火箭弹、迫击炮弹、军用无人机和简易改装的无人机等各式各样的目标。
为此，以色列军方打造了一个由多层防空武器组成的防空系统。其最外层防空由作战半径超过2000千米的“箭3”（arrow3）大气层外拦截导弹组成；第二层为作战半径数百千米的“箭2”（arrow2）导弹；百千米以内的目标由中层防御“大卫投石索”（david’ssling）导弹负责拦截；铁穹（irondome）作为近层和末端防御系统，负责拦截敌方射程在4-70千米的各种火箭弹和其他低速弹药。
在这四层防空系统中，铁穹无疑是其中最大的明星。自2011年服役以来，铁穹拦截各种火箭弹袭击的场景已经成为了新时代战场的名场面。十几年来，铁穹以近九成的拦截成功率击落了上万枚各种目标，成为了当今最优秀的防空系统之一。除了以色列本国大量装备之外，包括美国、印度等国家已经或者意向购买该系统。但是铁穹系统并非无懈可击，新一轮的巴以冲突爆发之初，哈马斯武装正是利用了铁穹的弱点，成功对以色列进行了有效的打击。铁穹的最大缺点就是抗饱和打击能力有限。其实这么说对铁穹很不公平——它在抗饱和打击方面已经是“世界最强”之一。我们先来看一下一个典型的铁穹作战单元的基本构成：
1
探测和跟踪系统
核心为以色列另一军工巨头以色列航空航天公司（iai）研制的el/m-2084型相控阵雷达，可以同时跟踪1100个目标，并为拦截导弹提供数据链支持。这一型号的雷达也是“大卫投石索防空系统”的核心探测器，其海军型也为以色列、印度等多国海军采购作为舰艇防空系统的核心部件。
铁穹发射拦截器。来源：wikipedia
2
指挥和控制系统
由以色列私营企业mprest系统公司研发，负责分析来自探测跟踪系统的数据，解算导弹的拦截弹道，判断目标的威胁程度。如果系统研判目标弹着点会在无人区，就会自动放弃拦截。
3
发射系统
铁穹采用固定的发射阵地。这主要是因为以色列国土面积有限，敌人的来袭方向可以提前预判，因而不需要采用机动式发射平台。导弹发射器为4x5排列的箱式布局，备弹20发。每个作战单元装备3-4台发射器。
4
导弹系统
铁穹的塔米尔（tamir）拦截弹直径0.16米，长3米，重90千克。采用中段指令制导和主动雷达末制导，并装备近炸高爆战斗部。
一个铁穹作战单元可以覆盖约150平方千米，60-80枚备弹可以对抗30-60个来袭目标。这已经是非常出色的战术指标。但这次哈马斯武装在10月7日的军事行动中，用数千枚火箭弹的火力对铁穹实施了饱和式攻击。
以色列目前装备有十几个铁穹作战单元，其全部待发的塔米尔拦截弹在第一波火箭弹齐射攻击中，就几乎消耗殆尽。铁穹系统再装填导弹的火力空白，成了哈马斯火箭弹攻击的突破口。
铁穹系统更本质的缺点是造成其无力拦截大量哈马斯火箭弹齐射的原因。这个缺点就是成本高。与前一个缺点一样，说铁穹成本高同样是不公平的。一个铁穹作战单元的成本约为5000万美元，每枚塔米尔导弹的成本约4-5万美元。这对于一个采用高性能相控阵雷达和主动雷达引导拦截弹的高端防空系统已经是非常低的价格。
国际上目前很难找到成本更低的类似的防空系统。但问题是，它的对手成本更低。哈马斯武装大量生产的简易火箭弹，单枚成本不过几百到几千美元。它们无需采用精确制导系统，主要作战任务是对以色列平民目标进行杀伤和威慑，有时候甚至完全不需要任何制导系统，只要火箭飞出去就算完成任务。
这种不对等的成本导致以色列面临一个棘手的局面——虽然其经济实力远高于对手，在“简易矛”和“精密盾”的对抗中，依然承受着巨大的经济压力。这一次的巴以冲突，很多分析家认为，以色列的铁穹系统拦截弹库存已经消耗殆尽。即便铁穹的单发成功率提升到100%，这种“兑子”游戏从时间成本和经济成本上都是不可持续的。
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相比于防空导弹或者防空火炮，激光武器有着无与伦比的理论优越性。
1、相比于用音速的倍数（马赫数）来衡量速度的导弹和炮弹，激光束的速度是不可超越的光速，直线传播且打击速度极快，无需解算弹道，也无需计算提前量。
2、激光本身没有质量，因此发射激光束也不像发射炮弹和导弹一样需要考虑后坐力或者震动，发射系统的力学设计会相对简单。
3、只要激光器有电能或者其他能源输入，理论上激光武器可以无限次发射，而不用像传统武器一样考虑备弹数量和再装填速度。
4、每次打击仅需考虑其消耗能源的成本，没有炮弹、导弹的设计、生产、物流、仓储、检修、报废的全寿命成本问题。
因此，理论上低成本、有无限开火能力的激光防空系统，就成了对抗类似哈马斯火箭的理想武器。这也是以色列在铁穹系统列装之前就开始研发铁束系统的原因。
图源：rafael亚博电竞网官网
激光武器的现实问题
理想很丰满，现实却很骨感。激光武器要想从科幻走向现实，还有很多技术难题。
1
高功率激光器技术难度很大
激光之所以能用作武器，主要依赖于其光线携带的能量。当高能光线照射到物体后，会产生强烈的热效应，让物体表面迅速升温，对物体造成破坏。生活中的激光切割、激光焊接、激光手术刀等利用的都是这个原理。所以，要摧毁目标，必须有足够强度的激光照射到目标上。
激光和其他的电磁波一样，在空间传播遵守能量的立方反比定律，所以单位面积的能量会随着交战距离的增加而迅速衰减。如果要用激光拦截远距离的目标，比如数百千米外的弹道导弹，理论上需要激光器的功率最少要达到兆瓦级，也就是千千瓦级。
目前，兆瓦级激光器的理论方案包括：电泵浦激光器、化学激光器、固体激光器、光纤激光器和二氧化碳激光器等。实际应用中，美国曾在上世纪90年代提出“机载高能激光拦截系统”（abl）的概念，意在把高能激光器装上飞机，拦截几百千米外敌方刚刚发射尚在助推阶段的战术地对地弹道导弹。
这一系统后来演变成yal-1a机载激光实验平台，采用一台氧碘化学激光器，发射功率为1兆瓦级。最初的工程目标是3兆瓦级的激光器，但是工程难度太大，为此调低了目标。
不过，即便调低到了1兆瓦级，这台激光器的总重量依然接近20吨，体积有五台suv那么大。为了能装下如此大的激光器，美军改装了一架波音747巨型客机。氧碘化学激光器使用化学反应产生的能量来激发激光，反应原料为碘、过氧化氢、氢氧化钾和氯气，每次发射都需要消耗数吨原料。
因此即便对波音747这样的巨型飞机，一次携带的激光器燃料也只能提供几次拦截所需。
2007年，yal-1a进行了拦截测试，成功击落了几枚80千米外的靶弹。但在2011年，这个项目被美国国防部取消。
时任美国国防部部长罗伯特·盖茨表示：“据我所知，国防部中没有人认为该计划应该或将会在实际操作中部署。现实情况是，你需要比现在飞机上的化学激光器强大20到30倍的激光器，才能在距离发射场任意距离的地方发射……如果要实施此计划，您将需要10到20架747，每架花费10亿美元，每年运营费用为1亿美元。我不认为军方可以支持这样的项目。”
现阶段，为了提高工程的可行性，各国在继续推进兆瓦级激光武器研发的同时，把着力点放在了百千瓦和十千瓦级激光武器的应用方向。
把激光武器从战略防御转变成射程较近的战术武器。即便激光器能量下降了一到两个数量级，技术难度依然很大。
难度体现在两方面，一个是能量供给，尤其是对机载、舰载、车载平台，激光发射需要瞬时大电流，同时又要求连续发射能力，这需要极高性能的电能储存设备。
第二个是热控，激光器工作时，能量并不能完全转化为光能，相当大部分会变成热，对激光器乃至整个激光武器的结构安全都会带来巨大的冲击。
2
控制系统异常复杂
前文在谈论激光武器的优点时曾提到，由于激光速度极快且准直性好，所以无需计算弹道和提前量。但实际应用中，光线并不会严格按照直线传播。地球的大气是一个极其复杂的环境，空气的温差、气流、颗粒物，都会引起光线的扭曲变形。这也是为什么我们会看到星光闪烁的原因。
激光也是如此，在大气中的激光束也会发生散射、折射，造成光斑移动。与几乎可以一击必杀的炮弹、导弹不同，激光要做到破坏目标，需要一定的照射时间，这一时间在1-10秒之间。
激光器来源：wikipedia
在此期间，光斑必须稳定照射在目标上。还是以yal-1a系统为例，它的激光器发射端为直径1米的反射镜，在100千米外，激光束的光斑直径约20厘米。激光器本身在飞行，载机的震动和颠簸，不均匀大气引起闪烁，在这种情况下，还要让光斑在几秒内准确压在一个高速运动的目标上，技术难度可想而知。
为了降低难度，必须减少照射时间，这需要提升激光的功率。于是又遇到了难点一，并且激光束的能量不能无限增大，否则在大气中会产生一种叫做“热晕效应”的现象，即激光把空气电离，导致激光传播受阻。
3
激光应用场景受限
激光也是光，与可见光一样，云雾、雨雪、沙尘、雾霾都会阻碍激光的传播。在以色列这样相对干旱的环境中，激光武器可以使用的可能性还比较大，在其他气候多变的区域，很多时候激光武器无法做到全天候使用。
4
反制激光武器并不难
传统的烟雾干扰就可以大大降低激光武器的作战效果。在火箭弹、无人机等可能会遭遇激光拦截的物体表面涂上一层可以反射激光的涂料，也可以让激光失去作用。还有一种更加简单易行的方法，那就是让火箭弹旋转起来，如此一来，激光光斑就无法持续加热某个区域，弱化其杀伤效应。
激光武器的现实应用
铁束系统为百千瓦级的激光防空系统，作战目标主要是火箭弹、迫击炮弹等相对高速的弹道目标。因而就像拉斐尔公司表示的那样，目前还有一些工程问题需要解决。但长远看，此类系统对以色列来说依然非常重要，是完善其国土防空体系的重要组成。
2022年初，多家外媒报道沙特阿拉伯军方使用其寂静猎手（silenthunter）激光防御系统击落多架胡塞武装的自杀式无人机，成为激光武器的首个实战战果。
从亚美尼亚同阿塞拜疆的纳卡争端、到俄乌冲突，直至最近的巴以冲突，在二十一世纪20年代发生的这些战争中，各式各样的无人机成了当之无愧的战场明星。如同第一次世界大战中的坦克一样，这些无人机改变了战争的模式。对抗无人机，成为了今天各国军队的首要任务。
与传统的飞机、导弹、火箭甚至炮弹比，无人机属于低空、慢速、小目标，蜂群一般的低成本无人机，让传统防空系统难以识别，难以跟踪，难以打击。
来源：wikipedia
一架商用四轴无人机或者简易无人机，成本远低于防空导弹，甚至比要能击落它们的炮弹成本还低。这时候，激光防空的必要性就凸显出来了。因为这些无人机多数高度不大，续航距离也有限，所以百千瓦，甚至十千瓦级别的激光就可以在几千米距离上对其进行有效拦截。
我国作为无人机大国，同时又是一个激光技术强国，很早就开始了这方面的研究。在最近几届中国航展等国内外的防务展上，中国的激光武器也已经站上了展台。[5]
相信在更加前沿的领域，我国的激光领域科学家也一定在进行着探索和实践，激光的对抗，已经从科幻电影走进了真实战场，我们正在目睹这一切的发生。
参考资料
[1]https://www.reuters.com/fact-check/clip-shows-arma-3-gameplay-not-israels-laser-weapon-system-2023-10-18/
[2] https://web.archive.org/web/20140119215110/http://www.rafael.co.il/marketing/195-1951-en/marketing.aspx
[3]https://apnews.com/article/technology-business-naftali-bennett-israel-middle-east-946f3744cfb6afd59a6ce1b053999ae1
[4] https://www.defensenews.com/industry/2022/10/07/rafael-anticipates-iron-beam-laser-system-could-deploy-in-two-years/
[5]https://m.thepaper.cn/newsdetail_forward_20657187
作者丨鲁坦 科普作者
审核丨孟健 原陆军某部工程师
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