激光武器

激光武器大学生三队张晨亮摘要：激光武器。用激光作武器的设想是基于激光的高热效应。激光产生的高温可使任何金属熔化。激光武器的本质就是利用光束输送巨大的能量，与目标的材料相互作用，产生不同的杀伤破坏效应，如烧蚀效应、激波效应、辐射效应等。正是靠着这几项神奇的本领，激光武器成为理想的太空武器。一．激光武器的特点：1.传播速度高，转移火力快激光以每秒30万公里的速度传播，任何军事目标的移动速度均无法与之相比。其它物体的运行速度相对于光速来讲，可以认为是静止的。因此，激光武器的发射不需要解算目标运动的提前量，直接瞄准目标的当前位置点就可以，任何目标只要被激光武器瞄准，瞬间即中，无法逃脱。2.发射无后坐力，载体运行稳在100公里以上的高空中，空气非常稀薄，各种在高空中飞行的卫星和太空舱在飞行的过程中受到的阻力非常小，高空中飞行的物体可以近似地认为不受外力的作用。发射非激光武器时，其后坐力不能保证发射平台的稳定运行。而激光武器发射没有后坐力，也就不会产生上述现象。3.发射精度高，可无限次发射激光在传播过程中的散射角很小，光束可以稳定在0.05～0.1微弧精度。射击数千公里以外的目标，“弹道”几乎是直线，保证有足够的能量密度来杀伤目标。而且，激光武器的发射只要有足够的能量就可以实现无限次发射，而这些能量可以通过太阳能来获得，因此，激光武器的持续作战能力强，可以对付众多的目标。4.杀伤威力大，抗干扰能力强激光武器能够在短时间内产生高能激光束，利用高能的热应力和冲击力来杀伤目标。激光辐射到目标表面后，可能产生一系列的热学、力学等物理和化学过程，使目标的某些部件受到暂时或永久性损伤。激光积聚的大量能量能把核弹头引爆，可以在全球范围内有效地拦截助推段战略导弹，被誉为核武器的“天敌”。激光不受地球磁场和电磁脉冲的影响，在电子对抗中仍能精确地命中目标。5．作战使用效费比高化学激光武器仅消耗燃料，每发费用为数千美元，远低于防空导弹的单发费用（爱国者为３０～５０万美元/枚，尾刺为２万美元/枚）。但是，激光武器也有其致命的缺陷，比如它不具备全天候作战能力。激光武器射程受大雨、浓雾等恶劣天气的严重影响而会缩短到原来的几十分之一，而且穿透力也大幅下降，故不具备全天候作战能力。二．高能激光武器的组成及关键技术高能激光武器主要由高能激光器和光束定向器两大硬件组成，其中光束定向器又由大口径发射系统和精密跟踪瞄准系统两部分构成。高能激光武器的研究涉及６项关键技术：高能激光器、大口径发射系统、精密跟踪瞄准系统、激光大气传输及其补偿、激光破坏机理、激光总体技术。１.高能激光器高能激光器是激光武器的核心部件。研制具有足够大功率、光束质量好、大气传输性能佳、破坏靶材能力强、适于作战使用的高能激光器，是实现高能激光武器的关键，也是各国长期探索研究的目标。目前具有应用发展前景的高能激光武器系统主要有：氟化氘/氟化氢化学激光器、氧碘化学激光器、二氧化碳气动激光器、自由电子激光器、二极管泵浦固体激光器、激光二极管阵列等。其中第一代最有可能发展成为高能激光武器并投入部署的将是化学激光器，其它类器件有可能在未来自身技术的不断发展完善过程中发展成为新一代激光武器。２.光束定向器光束定向器是激光武器的两大硬件之一，是与激光器匹配的重要部件。它由大口径发射系统和精密跟踪瞄准系统组成。发射系统相当于雷达的天线，用于把激光束发射到远场，并汇聚到目标上，形成功率密度尽可能高的光斑，以便在尽可能短的时间内破坏目标。跟踪瞄准系统用于使发射望远镜始终跟踪瞄准飞行中的目标，并使光斑锁定在目标的某一固定部位，从而有效地摧毁或破坏之。为此，必须采用主镜直径足够大的大口径发射望远镜，并可根据目标的不同距离对次镜进行平移，以起到调焦的作用。３.大气传输及其补偿激光在大气中传输时，会受到大气分子和气溶胶的吸收与散射，其强度将受到衰减。由于大气湍流的影响，将导致目标上的光斑扩大。当激光功率足够大时，还会产生非线性的热晕现象。这些效应将会使目标上的激光功率密度下降，影响激光对目标的破坏效果。为补偿激光大气传输时受到的湍流等影响，可采用自适应光学技术，在发射系统中加入变形镜，变形镜受到从目标处信标发出的反向传输信号的适时控制，对发出的激光束预先引入相反的波前畸变，能够部分补偿大气传输造成的影响。目前还在研究利用非线性光学技术进行大气补偿。４.激光破坏机理激光辐照目标表面之后，可能产生一系列的热学、力学等物理和化学过程，使目标的某些部件受到暂时或永久性损伤。飞行目标遭到激光的损伤后，可能从空中坠落，也可能因丧失精确制导能力而使飞行器脱靶。激光对目标的破坏作用大致分为软破坏与硬破坏两种：软破坏：用激光破坏导弹和制导炸弹等精确制导武器的导引头等易损部件，或摧毁卫星上的光学元件与光电传感器。硬破坏：用激光破坏敌空中目标的金属等构件，或摧毁卫星上的太阳能电池板等硬部件。三．主要技术挑战１.激光器方面1)提高激光器效率，减小系统尺寸与重量，以便符合作战平台的尺寸限制；2)可按比例放大到高功率，同时保持良好的光束质量。２.光束控制方面1)开发并演示验证自适应光学部件，以补偿在光学串中和向目标传输过程中产生的畸变；2)利用激光信标测量大气湍流引起的畸变；3)抑制因平台和大气湍流引起的高带宽抖动；4)补偿倾斜非等晕性；5)掌握主动跟踪与照明器/目标效应；6)选定与维持瞄准点；7)整体光束控制系统的集成与性能评估。３.激光效应方面确定潜在目标的材料、结构、功能特性和易损性四．激光武器在国外的应用：1997年10月17日黄昏，使用期已满的美国气象卫星MSTI-3号正在距地球415公里上空的环形极地轨道上运行。此时，美国新墨西哥州南部沙漠深处的白沙导弹靶场，一台中型红外高级化学激光器正悄悄地瞄准它。就在阳光使卫星发出亮光的一刹那，一束高能激光倏地向上射出，似利剑穿过天际直达太空，一举准确地击中了这颗卫星。这不是小说，而是发生在美国的一次真实的试验，是美国首次使用激光武器摧毁在轨卫星。它的成功标志着激光武器已发展到了太空，并初步具备了实战能力。激光武器是新概念武器束能武器中的一种，它是所有新概念武器中理论最成熟、发展最迅速、最具实战应用价值的一种武器，理所当然地成为各国武器研制的重点。目前，比较成熟的激光武器有以下几种。1．激光干扰武器用激光直接照射目标或者间接地将激光反射到目标上，造成假象，引起敌人慌乱或者将敌人诱骗到其他地方，偏离轨道；用激光照射敌人导弹、炸弹引信或敌方光电侦察、通信、指挥、控制装置等，使之过早引爆或使其功能失调，造成混乱。美国空军研制的“闪光”激光干扰装置就是一种典型的激光干扰武器。该装置采用小功率化学激光器作为红外干扰光源，安装在飞机上。当飞机受到敌人红外制导导弹攻击时，驾驶员立即采取措施，跟踪来袭导弹，并在适当距离开启红外激光干扰器，干扰敌导弹的寻的功能，使其偏离攻击方向、失去攻击目标。2．激光致盲武器用激光使敌人变成瞎子，包括使敌方人员眼睛受损和使敌方光学系统、光电传感器遭到破坏3个方面。激光对人眼造成伤害主要是波长400纳米~1.4微米的可见光和近红外光，其中尤以波长530纳米的蓝绿光对人眼伤害最大。对于正在使用光学仪器进行观察的人来说，由于仪器的倍增作用，所受到的伤害比裸眼更为严重。3．激光防空武器被认为是代表激光武器水平的典型武器，因为它要求激光器功率大，其光学系统、电子系统、控制系统精密准确，反应灵敏，加之投资巨大，令世人瞩目。特别是激光雷达和激光制导已经经受了实战检验，取得赫赫战功，成为军事大国军事实力的“倍增器”和威慑力量。激光武器的发展将推动战争的演变。以部署在卫星、宇宙飞船、空间站等航天器上的天基激光武器为代表的各类激光武器将在陆地、海洋、空中、太空大显神通，发出一道道夺目的光芒，使敌人飞机坠毁、导弹失控、舰船沉没、卫星报废、车辆爆炸、人员伤亡……曾经硝烟弥漫的战场将变成“光芒四射”的战场，现代战争将进入一个崭新的阶段。美国军方目前把研制重点放在了天基激光武器。激光武器是利用激光的能量直接杀伤或破坏目标的一种定向能武器。它是核武器的克星，也是未来天军实施太空战的最理想武器。激光武器的研制工作始于20世纪60年代初，70年代美国曾多次验证激光武器的可行性，并于1978年用氟化氘化学激光武器击落过一些陶式反坦克导弹。80年代初，美国曾提出过“星球大战”计划，进一步推动了激光武器的发展。1994年，美国定向能武器的研制经费为2.21亿美元，其中80％用于发展激光武器。五．我国激光武器的发展：在聂荣臻等支持下，1964年中国科学院组建了激光专业研究所—上海光机所，主攻高功率、大能量的强激光器研究工作。根据国际著名的中国首席军用光学权威王大珩所述，上光所成立以后，因为王淦昌等专家预测强激光聚焦可能产生核聚变，极力鼓吹发展，所以研究所兵分两路，一路由邓锡铬领头进行激光核聚变研究，一路由王之江率领发展激光武器，这两种尖端技术也就这样子在上海奠定了基础。1965年西南技术物理研究所制成铝石榴石（Nd：YAG）激光晶体，翌年制成YAG激光器，1972年高重复频率调QYAG激光器研制成功。用于军用光纤通信的半导体激光器也在二十世纪60年代中期开始研制，20年内中国先后研发出CO2激光器、氩离子激光器、环形激光器、稳频激光器、远红外激光等，并于二十世纪70年代中期开始量产用于陆军武器测距、弹道测量、人造卫星测距、大气激光通信、光纤通信、海军武器测距、陆空军武器导引等方面的系统。1974年王大珩率团出访美加介绍了大陆国产强激光装置已打出了中子，令人刮目相看，加国专家表示两国已处于同一水平。1986年上光所建成尖峰功率超过1012瓦的强脉冲激光试验装置，张爱萍上将将它命名为「神光」，使中国成为继美、苏、法、日之后拥有同类设备的国家。1995年在第七届国际防务展览会上（IDEX95），北方工业展出了90年代初制成的ZM—87手提激光干扰机，它能使敌人眼睛受伤或令其晕眩，能创用光电仪器向己方瞄准或射击的敌人。ZM—87的有效作用距离3公里，加上一个放大器后更可增至5公里，性能并不比美军差。中国新一代飞秒级超短超激光装置已在1996年由上海光机所研制成功，并通过验收，标志著中国的强激光技术又踏上一个新台阶。这个设备是大陆第一台用于超短超强激光研究的精密装置，专家认为它的研制成功为中国强场激光物理研究提供了一种全新技术，目前超短超强激光场中的物质及行为研究，是国际上重大前沿研究项目之一。中科院上海光机所强光光学重点实验室，7月5日向记者透露，经过两年多艰苦努力，全新原理的实验验证及小型化OPCPA超强超短激光系统的集成开拓研究中，取得重大突破，获得了国际上OPCPA激光研究中输出功率最高（1.46TW），且脉冲宽度最短（155fs）的世界领先总体结果。3月，这个系统的输出功率又进一步提高到了3.6TW的国际同类研究的最高水平。