中国高能激光武器，怎样连续发射？不过热！

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导语：据香港南华早报8月12日报道，长沙国防科技大学科学家在激光武器技术的重大突破，他们开发出一种新的冷却系统，可以让高能激光器“无限”运行，而不会产生任何过热。我国高能激光武器一直很神秘很少有官方消息爆出，高能激光武器究竟是什么系统？如果我国这项技术突破有什么特殊意义？

一、高能激光是未来的概念武器

8月4日由长沙国防科技大学激光武器科学家袁圣付领导的团队在发表在中文同行评审期刊《光学学报》上的一篇论文中称：“高质量的光束不仅可以在第一秒内产生，而且可以无限期地保持。”

新的冷却系统完全消除了高能激光器运行过程中产生的有害热量。这个问题一直是激光武器发展的主要技术挑战。借助新技术，武器现在可以长时间大功率的连续激光束，而不会中断或降低性能。这是提升高能激光系统性能的巨大突破。”

激光在频率、方向、相位上完全相同，相当于没有发散

自1960年发明第一台红宝石激光器以来，人们一直热衷于从动能过渡到激光能，以光速快速投射能量，梦想激光束成为可以立即杀死目标的死亡射线。一束总能量不足以煮熟一个鸡蛋的激光，却能轻松穿透3毫米厚的钢板。因此激光有“最快的刀，最亮的光，最标的尺值”之称。

国产LW-30激光防御系统的激光发射器

高能激光武器是一类正在迅速发展中的新概念武器它是利用激光来直接毁伤目标或使之失效的定向能武器,具有能量集中、传输速度快、作用距离远、命中精度高、转移火力快、抗电磁干扰、能多次重复使用和效费比高等优点。高能量激光武器发射的激光束以光速每秒30万公里向目标发动攻击，加上照射时间，也只要10秒就能击中目标，而且始终静音，具有巨大的潜力。

激光武器按激光生成方法可分为化学激光武器、固体激光武器、液体激光武器和自由电子激光武器等四种类型,它们各有特色,但目前只有化学激光武器和固体激光武器达到了实战部署阶段,其他激光武器还不成熟。

ABL机载激光系统示意图

目前美国多年来一些最著名的项目包括使用氟化氘作为激光源的海军先进化学激光器（NACL），试验中验证击落了超音速导弹的中红外先进化学激光器（MIRACL），击落了48个飞行目标战术高能激光器（THEL），使用氟化氢作为激光源的天基激光器（SBL）， 以及成功拦截了液体燃料导弹的化学氧碘机载激光器（ABL）。

“不幸的是，60年过去了，虽然开发了各种类型的激光器，但高能激光系统的应用并不成功。”袁圣付说。

比如2022年下半年最新交付美军的“ODIN”舰载激光武器。据称最新型的激光器功率做到了60kw，相比前代产品功率提高了1倍以上，对于小型无人机的毁伤距离只能做到了6到8公里。

舰载固体激光武器模块装置

目前这些激光武器还都处于实验阶段，最大有效射程只有可怜的几公里，只能具备视距内攻击性能，远没有达到任务要求书上的数百公里。袁圣付团队表示，为了提高光束的破坏力，提高射程“需要更长的连续运行时间”。没有达到预期任务要求的一个重要原因是激光武器的热管理问题。

二、激光武器是如何摧毁目标的？

激光想成为武器，必须有足够大的能量才能摧毁目标，这就要求激光机的功率要足够高。光束控制子系统把激光束发射到远场,并会聚到目标上形成功率尽可能高的光斑,以便能在尽量短的时间内破坏目标。因此采用口径足够大的发射望远镜。一般的战术激光武器系统主镜的直径约1m左右。一般的100千瓦级别的激光器可以摧毁无人机、小型舰艇、还可以损毁光电探测器等。

激光武器内部通过一种称为“受激发射”的过程产生高能光束，这包括激发增益介质中的原子或分子（如晶体或气体），从而激光武器能够达到更高的能量状态。当这些被激发的原子或分子回到它们的基态时，它们会发射光子，然后通过光反馈过程放大光子，从而产生高能激光束。

激光武器海上攻击无人机图像

激光武器主要由产生光源的高能量激光器和具有跟踪瞄准及发射作用的光束定向器组成。对于高能量激光光束控制，主要由大口径望远镜(扩束器)完成光束向目标的传输。这对电源系统、冷却系统、光束定向要求非常苛刻。为了能够装备到各种载台上，还要求激光器小型化、轻量化，可以说研发难度很高。

更高的300到500千瓦级的激光器可以击落横向飞行的反舰导弹，巡航导弹等。而兆瓦级就是1000千瓦以上的激光器，可以击落超音速反舰巡航导弹甚至弹道导弹等高马赫飞行器。

典型激光武器系统的组成示意图

光束控制系统负责引导和控制激光束，通常通过使用反射镜和透镜。这个系统必须是高度精确和稳定的，因为即使是很小的偏差或振动，也会导致光束偏离指定的路线。但当激光束穿过空气时，它会加热中途的气体，导致气体膨胀并产生湍流。这种湍流会导致光束散射和扭曲，从而降低其有效性和准确性。此外，加热的气体会导致系统中的镜子和镜片受到污染，导致性能下降和寿命缩短。

研究人员称，在某些情况下，较大的污染物颗粒在镜子上燃烧甚至会导致镜子破裂或损坏，从而大大降低了高能激光武器的实用性和可靠性。

当前激光武器研制方面已经初步形成天基，空基，陆基，海基为平台的多种类型激光武器，无论哪个平台的激光武器面临的最大问题就是能源难题由于涉及到能量和散热问题，短时间内多次射击成为了一大考验。

三、高能激光器冷却技术突破

袁圣付团队开发了一种内部光束路径调节器，该系统通过武器吹气以消除废热并提高气体清洁度。一种新的冷却机制，可以让高能激光器“无限”地工作，而不会产生余热。

这是一种让气体吹过激光武器以消除废热并提高气体清洁度的系统。它的设计是紧凑和高效的，其重点是优化气体流量，最大限度地减少尺寸和重量。

它由几个关键部件组成，包括一个空气源、一个热交换器、一个气体流量控制系统和一个气体喷射／吸入系统：

－ 气体注入／吸入系统负责将气体注入激光系统的内部光束路径，并在气体通过后将其移除

－ 空气源为系统提供干净、干燥的空气，然后通过热交换器将其冷却到所需的温度。

－ 气体流量控制系统调节气体流量，确保在正确的温度和停留时间下输送，实现准静态小像差。

激光武器测试摧毁从1.6公里外飞来的火箭弹

根据研究人员的说法，冷却系统可能会带来新的问题，如湍流和振动，如果建造不当，可能会影响光束质量。例如，气体吹过内部光束路径会产生湍流和振动，从而影响激光束的稳定性和质量。上述团队对该技术进行了广泛的测试，以确保其符合军方要求的性能规格。此外，据报道该装置已经在许多正在我国开发的激光武器中使用。

四、未来高能激光武器的发展

当前激光武器研制方面已经初步形成天基，空基，陆基，海基为平台的多种类型激光武器，天基、空基的技术难度更高。

高能激光武器设备体积大笨重，对作战平台要求很高，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，在战场上的生存能力有待考验。

机载战术固体激光武器

天基激光武器的主要目的是对付弹道导弹，也可用于防御巡航导弹和远程战略轰炸机。有媒体设想，太空激光武器能在数百到几千公里的距离上摧毁太空中的目标。太空中没有地形阻拦，也没有空气扰动影响，是采用激光武器最理想的场所，太空激光武器还存在许多尚未解决的难题，如包括怎样把大型激光装置送入轨道。主要原因就是发光装置主镜的直径过大，解决的主要办法是研制能在运载火箭的货舱内放得下的折叠式主镜，并且在太空激光武器进入预定轨道后能自动展开。

固体激光器已经成为目前美军战术激光武器的主流，特别是高能光纤激光器。而更高功率，包括兆瓦级激光武器，则是以自由电子激光器为重点，通用原子公司的固体激光器单元模块。最大连续运行功率超过50千瓦，持续运行时间超过30秒。采用锂离子电池提供电力。可以多个模块集成，提供50到300千瓦四种型号的激光输出功率。由于体积足够紧凑，可以在战术车辆、无人机、直升机，甚至于战斗机、战略轰炸机上应用。

太空激光武器示意图

结语：

随着科技的不断进步。激光武器的研发虽然山重水复，但未来可期。高功率激光武器研发中遇到的瓶颈问题或将被逐一攻克。未来的激光武器也许会在对抗无人机、高超音速武器拦截，反导反卫星等方面展现出其独特的能力。

参考文献：

[1]高能激光武器技术与应用进展，宗思光、吴荣华、曹 静、王辉华，10.3788

[2]战术激光武器反无人机发展现状和关键技术分析，朱孟真、陈霞、刘旭、谭朝勇、黎伟，DOI：10.3788/IRLA20200230

[3]高温激光二极管抽运全固态激光器，刘旭、程勇、万强、谭朝勇、朱孟真 ，DOI:10.3788/CJL201643.0701003