新概念武器论文――激光武器

1《新概念武器》课程论文论文题目：激光武器的简介姓名：刘亦轩学院：机电工程专业：工业工程学号：201148141552激光武器激光武器(LaserWeapon)是一种利用沿一定方向发射的激光束攻击目标的定向能武器，具有快速、灵活、精确和抗电磁干扰等优异性能，在光电对抗、防空和战略防御中可发挥独特作用。它分为战术激光武器和战略激光武器两种。它将是一种常规威慑力量。由于激光武器的速度是光速，因此在使用时一般不需要提前量，但因激光易受天气的影响，所以时至今日激光武器也没有得到普及。一、概念（一）激光武器简介我国古代传说中就有“用光杀人”的记载。《封神演义》中有“哼”“哈”二将，可从鼻中喷出光来，使敌人丧命。科学幻想中也早有“魔光”、“死光”之说。但只有到1960年出现激光后，这些幻想才变成了现实。激光具有单色性，基谱线宽度很窄。普通光源中氪灯的谱线宽度为千分之五埃（一埃是一亿分之一厘米），算最窄的了，但氦氖激光器产生的激光谱线宽度只有千万分之一埃。就是说，激光的单色性比氪灯提高了几十万倍。激光能够向一个方向辐射，散开角度只有几分，甚至小到一秒。激光的高方向性使它在军事上很受重视。（二）激光武器的优点（1）速度快；激光武器的突出优点是反应时间短，可拦击突然发现的低空目标,它用光速飞行，每秒30万公里，任何武器都没有这样高的速度，一般不需要提前量。（2）命中精度高，不产生后坐；激光武器的速度是光速，因此在使用时一般不需要提前量，所以用激光拦击多目标时，能迅速变换射击对象，也就是说一旦瞄准，几乎不要什么时间就立刻击中目标，并且可以灵活地该改变方向，同时对付多个目标。（3）面积小，威力大；激光武器作用的面积很小，但破坏在目标的关键部位上，在极短的时间里集中超过核武器100万倍的能量，可造成目标的毁灭性破坏（4）没有污染；没有任何放射性污染,这和惊天动地的核武器相比，完全是两种风格.（5）不易受电磁干扰；（三）激光武器的缺点3（1）受自然条件影响大；激光武器也有局限性，其最大的缺点是不能全天候作战，受限于大雾、大雪、大雨，且激光发射系统属精密光学系统，也受大气影响严重，如大气对能量的吸收、大气扰动引起的能量衰减、热晕效应、湍流以及光束抖动引起的衰减等。（2）难实现大规模；由于激光武器需要大量的电能，在能量储存设备难微型化（如高能电池）的问题解决前，比较难实现大规模应用。（3）效费比较高；激光武器硬件可以重复使用，发射费用较低。例如，在防空武器方面，当前主体是导弹，激光武器与之相比消耗费用要便宜得多。一枚“爱国者”导弹要60－70万美元，一枚短程“毒刺”式导弹要2万美元，而激光发射一次仅需数千美元，今后随着技术的发展，激光发射一次的费用可降至数百美元。（四）激光武器分类：（1）致盲型利用强烈的激光束对人的眼睛或光学探测器进行射击，会烧伤人的视网膜造成失明从而丧失战斗力或会损坏光学探测器令其无法正确判断目标。（2）近距离战术型可用来击落导弹和飞机。1978年美国进行的用激光打陶式反坦克导弹的试验，就是用的这类武器。（3）远距离战略型这类的研制困难最大，但一旦成功，作用也最大，它可以反卫星、反洲际弹道导弹，成为最先进的防御武器。（五）激光武器工作原理激光武器怎样击毁目标呢？科学家们认为有两个方面：一是穿孔，二是层裂。所谓穿孔，就是高功率密度的激光束使靶材表面急剧熔化，进而汽化蒸发，汽化物质向外喷射，反冲力形成冲击波，在靶材上穿一个孔。所谓层裂，就是靶材表面吸收激光能量后，原子被电离，形成等离体“云”。“云”向外膨胀喷射形成应力波向深处传播。应力波的反射造成靶材被拉断，形成“层裂”破坏。除此以外，等离子体“云”还能辐射紫外线或X光，破坏目标结构和电子元件。二、研制背景自上个世纪60年代激光问世以来，科学家们就希望能够研制出激光武器，并为此进行了锲而不舍的努力。但是，要研制这种全新的武器，科学家们面临着4一系列技术上的挑战：首先，需要研制出输出功率或能量足够大的激光器；其次，需要研制出能够使激光束精确瞄准和跟踪目标的系统；还要了解高能(功率)激光束在大气中传输的特性，并找出解决影响激光束传输的办法；最后需要研究激光与目标材料的相互作用机理，为设计激光武器提供技术基础。40多年来，在解决这些技术难题的科学探索过程中，科学家们尽管屡战屡败，但屡败屡战，步步为营，逐步向实现激光武器的梦想迈进。(一)美国美国军方对激光武器技术的研究，最初就是由美国国防部高级研究计划局支持的。当时参加研究工作主要机构有休斯飞机公司、阿维科研究实验室、普拉特·怀特尼公司、空军特种武器中心、陆军“红石”兵工厂、海军研究实验室等军内外研究部门。1965年，阿维科研究实验室成功研制连续波气动二氧化碳激光器，美军随之启动了三军激光武器计划。1970年美空军在柯特兰基地开始建设桑迪亚光学靶场并研制高功率气动二氧化碳激光器和发射望远镜，1973年进行了激光击落靶机试验，并着手发展机载激光实验室。该实验室以NKC一135（波音707的军用型号)飞机为载机，装有500kW的气动二氧化碳激光器和光束控制发射系统。1981一1983年，美空军开始在加州军武器中心进行机载激光实验室打靶试验，先后击落了5枚“响尾蛇”空空导弹和模拟巡航导弹做低空亚音速飞行的亚音速“火蜂”靶机。“星球大战”计划开始后，机载激光实验室计划停止，但它为美国空军研制第二代机载激光武器奠定了重要基础。美海军激光武器的发展也始于20世纪70年代初期，其目标是发展用于防御反舰导弹的战术防空高能激光武器系统。1973年，美国TRW公司研制出连续波氟化氘化学激光器，其3.8μm的主波长比二氧化碳激光器的10.6μm波长具有更好的海面传输能力。海军决定建造400kW的氟化氖化学激光器，并曾用其摧毁低空、亚音速横向飞行的“陶”式反坦克导弹。1980年，TRW公司成功研制功率2.2MW的氟化氖激光器，并于1984年与口径1.8m的“海石”光束定向器在白沙靶场完成对接。1985-1989年，该系统先后摧毁lkm远处“大力神”洲际弹道导弹助推器、“火蜂”靶机和以2.2Mach的速度低空横向飞行的“汪达尔人”导弹，表明在针对横向飞行目标的作战方式中，高能激光武器已具备舰载工程化的条件。但由于20世纪90年代中期进行的迎头拦截试验表明激光束在海面上存在较严重的热晕问题，海军的激光武器研究重点逐渐转向自由电子激光器技术。美陆军在1974年将一辆LVTP-7型履带式水陆两栖登陆装甲车改装成激光武器机动试验装置，车上安装了15kW的连续波电激励二氧化碳激光器。1976年该装置在“红石”兵工厂击落了时速186.5km的无线电遥控靶机。进人20世纪80年代，受“星球大战”计划的影响，美国陆军没有独立开展大规模的激光武器研制工作。90年代以后，开始与以色列联合发展车载战术防空反导激光武器。（二）前苏联5从20世纪60年代初期开始，前苏联就对激光武器进行了大量研究，主要部门有天体物理研究院科研生产联合体和维姆佩尔工业设计局。前者负责各种战略和战术激光武器系统的研究工作，曾在莫斯科附近建造了一台1MW的二氧化碳激光器，并对自由电子激光器进行了研究。后者主要研究地基激光武器。20世纪70年代初维姆佩尔设计局在现哈萨克斯坦境内的萨雷沙甘建造了一个激光试验靶场。其地基反导弹、防空激光武器系统是在一项称为“巴依哈什”的计划下发展的，系统由三辆大型车组成，每次工作几秒钟，一次所需燃料少于100kg。前苏联还研究了空间用氟化氢激光器和舰载氟化氖激光器。（三）德国德国于1970年开始研制高能激光防空武器系统，到1982年已进人工程发展阶段，其目的是研制一种装到“豹一2”型坦克底盘上的车载激光武器。该系统采用二氧化碳激光器，功率可达1MW左右，系统重约20t，每秒可射击1次，所载燃料共可射击60次。激光束可破坏或摧毁101m内的来袭飞机、战术导弹、巡航导弹等目标，还能致盲20km或更远处的光电传感器。（四）法国1986年法国正式开始实施LATEX计划,研制出40kW和4MW的二氧化碳激光器。1989年11月，法国在巴黎郊区进行了初次激光地面静态打靶试验，用40kW的二氧化碳激光器和lm口径的发射光学系统摧毁了700m远的红外制导导弹弹头。三、关键技术（一）激光武器技术种类激光武器一般分为高能激光武器和低能激光武器两类。（1）高能激光武器高能激光武器又称强激光武器，它是一种大型的激光装置，能在很短的时间内发出高能光束，击中目标时，极大的光能被目标吸收，转变为热能，产生可达几百万度的高温和可达几百万个大气压的高压，使目标被烧蚀、击穿，甚至引起爆炸。高能激光武器可用于摧毁敌导弹、卫星、飞机等大型目标。如美国在1978年作过实验，用40kW的化学激光器击毁了飞行中的“陶”式反坦克导弹和一架靶机。目前一些国家正在研究使用激光武器在太空反卫星和反弹道导弹。如美国1983年3月提出的SDI（星球大战）计划，便是在空间部署激光反导武器。1997年10月17日，美国成功地进行了一次激光照射卫星的试验，引起了各国军事家的广泛关注。（2）低能激光武器低能激光武器是指发射功率较的激光轻武器，也叫战术激光武器，如激光枪、激光致盲武器等。主要用于射击单个敌人，使之失明、死亡或衣服着火而丧失战斗力，也可以使各种光学瞄准观察器失灵。6（二）激光对抗激光对抗就是交战双方采取专门措施，干扰、破坏对方的激光装备，使其丧失功能和战斗力，同时保护己方的军事装备和人员免遭激光武器的攻击。激光的优点决定了激光装置具有良好的抗干扰能力，而且由于反对抗技术的发展，其抗干扰能力又有所提高，给激光对抗增加了难度。但激光也有自身的弱点，只要认识了激光武器的局限性，仍可以进行有效的对抗。实施激光对抗，首先必须用激光告警装置探测敌方激光装置的方位、距离、工作波长及脉冲编码规律。并对敌光源精确定位。然后采取对抗措施。四、典型产品（一）激光致盲枪激光致盲枪是激光武器中最基础、最先出现的一种激光武器，能产生使人致盲的激光束，速度快、灵活性好、精确度高，瞬发即中，可使人的眼睛瞬间受到严重伤害，甚至致盲。轻便，无声，没有后坐力使激光致盲枪已经成为了现代武器的佼佼者，是现代反恐行动中执行隐秘任务时重要的单兵武器。（二）激光眩目镜激光眩目镜是很有创新性的一种地对空激光武器，安装在军舰上，能够对进入攻击范围的空中目标发射出极强的蓝绿激光，只要驾驶员被这激光眩目镜照射到，双眼灼伤或致盲，飞机自然也就没法受到有效的控制。高效、持续性的对空打击注定了激光眩目镜在地面战场的主导地位（三）飞秒激光系统飞秒激光系统是国际上著名的专门消灭近视的较另类的“激光武器”，这个和战争没有关系，但是和生活却有大大的关系。它的出现带来“无刀角膜成形术”时代，真正实现了近视激光治疗手术的“全激光”。飞秒激光的“无刀”手术弥补了传统机械手术“恢复慢”“治疗时间长”的缺点，以安全、快捷的优势异军突起。“无刀”手术不但让切割更为精密，误差更小，增加了安全系数，而且手术全程只要20分钟左右就能够完成治疗，加之“无刀”的准确快捷使得角膜的愈合更加容易，只需要多半个月就能够完成恢复。飞秒激光的出现象征着人类对激光的应用已经达到了一个新的高度。（四）高能激光炮高能激光炮是中距离作战的行家里手，通常都会安装在舰艇、飞机、坦克上，主要用于拦截敌方导弹和防御反击，同时它也是一种反坦克利器，可以装在前沿阵地上，能在远距离发射，使敌人坦克失灵。在激光的冲击下那些又导电又导热的坚固的钢板反而成了战斗时的软肋。激光不同于任何物质，这正是激光武器的长处，可以让厚重的装甲形同虚设。（五）机载激光武器7机载激光武器是靠射低能激光束来跟踪导弹，测出其距离和大气引起的误差，并引导高能激光束照射目标3—5秒钟，即可摧毁空中目标。经过改造，将这种机载激光武器安装在战斗机上，还可用来拦截敌方飞机，也可装在轰炸机上，深入敌方纵深地域，执行空中轰炸任务，摧毁敌方防空导弹和高射炮阵地。机载激光器是美国导弹防御局目前正在大力推进的战区弹道导弹助推段拦截方案之一。该计划自1996年实施以来经历了多次调整，最近于2004年