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。
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20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。
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,所以无须计算弹道和提前量。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。
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作“热晕效应”的现象,即激光把空气电离,导致激光传播受阻。
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。
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。
初审:孙世奇
复审:成自来
终审:陈光中