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美军激光武器“大突破”:300千瓦,再次刷新功率上限

激光制造网 来源:激光评论2022-11-15 我要评论(0 )   

01激光武器,强在何处?美军近年来大力推进高能激光器研发工作,同时开展了多个激光武器技术演示验证项目。“激光机动近程防空”项目主要研制50千瓦级激光武器,用于保...

01 激光武器,强在何处?

美军近年来大力推进高能激光器研发工作,同时开展了多个激光武器技术演示验证项目。“激光机动近程防空”项目主要研制50千瓦级激光武器,用于保护师、旅级战斗队免受无人机、旋翼飞机和迫击炮的威胁。“间接火力防护能力-高能激光器”项目则研发300千瓦级激光武器,主要保护固定/半固定阵地免受无人机、旋翼飞机、固定翼飞机、迫击炮和巡航导弹的威胁。

激光器以受激辐射作为内在的运行机理,由泵浦源、增益介质以及谐振腔三个部分组成,因其输出的激光具有较强的指向性、单色性以及相干性,而能够以极高的能量密度实现超远距离的发射,并对光斑区域内的物体,造成精确的毁伤与破坏。对比来看,传统的火炮武器在对移动目标进行远距离定点破坏时,往往会因炮弹较长的飞行时间而丧失最佳的战机,但激光武器则不然,当目标被制导系统锁定后,激光会以3×105 km/s的速度,在极短时间内对目标实施打击。此外,激光武器还能够将实际的攻击范围控制在光斑覆盖的极小范围之中,在保证战果的同时避免对于非战斗人员的杀伤,并提高能量的利用效率,降低发射成本。此外,中心波段位于红外或者紫外波段的激光无法被目测发现,具有极佳的隐蔽性,使得被攻击一方难以构筑有效的防御体系。

图1 基于激光武器的未来战场概览( 图源:Nationalinterest.org)


02 激光武器的掣肘:电能,还是电能

洛马公司在公开的新闻平台上表示,该公司在能源领域进行了大规模的投资,并通过与华盛顿州奥韦格市研究团队的深入合作提高了激光武器系统的能量利用效率,有效降低了武器系统的运输及布置难度,使其更加贴近战场需求。

众所周知,激光存在两种具体的输出形式:脉冲及连续激光。脉冲激光拥有更高的峰值功率,能够在一个极窄的时间窗口内对辐照区域实现物质结构的毁伤及破坏,因此深受现代高精度加工领域的青睐。而连续激光则依靠较高的输出功率,直接实现极高能量的持续输运。而洛马公司所发布的声明中提到,该激光武器以300千瓦的输出功率实现了连续波的输出。

若仅以图2所示的武器系统概念图来进行分析,很难想象该系统能源供应模块的布置方式。考虑到该系统采用了车载发射平台,体积有限的车厢在搭建了激光系统、自适应光学系统以及导航系统等战术打击模块后,如何安置得下一块能够支撑武器系统长时间运行的电池,这一点似乎比激光器如何实现超高功率输出更值得思考。在电池电量有限的情况下,单个激光武器系统在完成一次攻击后便在短时间内失去了其战略价值,甚至会丧失抵御后续攻击的能力。尽管该团队声明在武器系统的能量利用率方面实现了一定的提高,但从根本上来说,在能源供应技术未实现突破飞跃之前,该武器仍然受到电池存储电能有限的技术掣肘。此外,过大的运行功率也对电能供应系统的散热模块提出了要求,该系统是否一并实现了散热技术的突破,不得而知。

图2 洛马公司公布的激光武器概念图(图源:optics.org)

03美国的战略野心

洛马公司在声明中表示,该公司此次交付给美军的武器系统,仅仅是高能激光系统的一个微型放缩,相较于传统的大型装置而言,这一系统的集成度相对较高,能够实现更加灵活的战略布置。而据相关负责人批露,该系统将作为对基于高能激光武器的火力防卫体系(IFPC-HEL)的拓展,被整合入相关项目中进行实验室及现场测试。

洛马公司高级产品解决方案的副总裁Rick Cordaro在接受采访时表示,该公司所研发的高能激光武器系统,只要拥有充足的电能供应,就可以实现几乎无限火力的战略支援,从而控制战局的发展态势。此次该公司推出的300千瓦激光武器系统,不仅更“轻巧”,容易被战车布置在关键位置,还搭载了优秀的光学自适应系统,将更有信心面对大气湍流等恶劣气象状况。

今年七月,Northrop Grumman(诺斯洛普·格鲁门,诺格)公司所设计的激光武器样机顺利通过美国国防部验收的新闻。诺格公司设计的高能激光样机,同样能够达到300千瓦高功率激光的输出。结合洛马公司和诺格公司的武器交付新闻,我们能够看出美国军方在高能激光武器研发领域的野心,以万瓦级激光武器作为标杆和基础,不断拓展兆瓦级激光武器的理论架构,使军用激光武器系统最终实现超高功率激光输出,优先抢占技术高地。

图3  诺格公司公布的激光武器概念图

但是,作为一种优势和缺陷都较为明显的装备,激光武器还有很长的路要走。在目前阶段激光武器,仍然无法取代主流武器装备的战略地位,对激光武器的定位,也应放在战略防卫手段中的一个可靠备选方案上。若只是一味追求高功率的激光输出,而不论相关模块的配套设计,不考虑系统能量利用效率的优化,那么激光武器系统在未来的防卫体系中的作用,将变得十分鸡肋。而若是真正想要将激光系统设计为一种战略打击手段,除了激光放大、光束耦合以及光学自适应等光学相关技术要继续实现突破,能源保障模块的优化设计也应被放在同等重要的战略高度,继续进行大量的资金及人才投入。

理性客观看待之余,我们不得不保持警惕。借用刘慈欣的《球状闪电》中的一段话结束本文:“那些可怕的东西,可能有一天会落到你的同胞和亲人的头上,落到你怀中婴儿娇嫩的肌肤上,而防止这事发生的最好办法,就是抢在敌人前面把它造出来!孩子,这就是我所能给你的祝福了。”

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