【科普】高能激光武器到底有多厲害？

　　激光真的能比子彈、炮彈更有效地殲滅敵人、擊落飛機(jī)、擊穿坦克嗎?要回答這個(gè)問題，還要從陽光說起。

　　物體被陽光照射后，表層材料都會(huì)吸收光的能量而被加熱，能量高到一定程度，物體表面就會(huì)軟化、熔融。如果光線能量再高，并且匯聚于一點(diǎn)，物體表面就會(huì)氣化，甚至電離產(chǎn)生所謂的等離子體。

　　我們知道，物質(zhì)是由原子或分子構(gòu)成的。激光就是物質(zhì)受到與自身分子振蕩頻率相同的能量激勵(lì)時(shí)所產(chǎn)生的一種不發(fā)散的強(qiáng)光，由于是在物質(zhì)受激輻射狀態(tài)下產(chǎn)生的光，所以也稱為激光。激光的最大特點(diǎn)就是在能量高的同時(shí)，發(fā)散性很小，它的能量可以集中在面積很小的一塊光斑上。在某些情況下，激光灼燒物體時(shí)，表層下的溫度會(huì)比表層高，這樣表層下的物質(zhì)會(huì)迅速氣化并引發(fā)爆炸。如果激光功率再高，照射時(shí)間更短，氣化物或者等離子體就會(huì)高速向外噴出，像火箭發(fā)動(dòng)機(jī)噴氣一樣，并產(chǎn)生反沖，作用在固體材料內(nèi)部，引起變形、斷裂等破壞作用。高溫的等離子體還有可能產(chǎn)生紫外線、X射線輻射，損傷或破壞目標(biāo)結(jié)構(gòu)及其內(nèi)部的電子、光學(xué)元器件。

　　激光作戰(zhàn)武器吸引軍事專家的另一個(gè)優(yōu)勢是光的速度，也就是看到哪里打到哪里，不需要計(jì)算提前量，而且沒有后坐力，這些都是傳統(tǒng)槍炮絕對無法相比的。事實(shí)上，激光早已走進(jìn)了人們的生活，每個(gè)人幾乎每天都要用到。電腦以及VCD、DVD影碟機(jī)上的光驅(qū)，正是靠一個(gè)小激光器從一塑料制成的光盤上讀出數(shù)據(jù)、圖像的。而在工業(yè)生產(chǎn)上，使用激光切割鋼板早已不算什么高級技術(shù)了。在真正的軍事應(yīng)用中，以激光來指示目標(biāo)的制導(dǎo)炸彈已問世30年了。

　　凡此種種，我們不禁要問，為什么直到今天激光仍然沒有變成威風(fēng)凜凜的終極武器呢?要解答這個(gè)問題，首先要了解激光擊落飛機(jī)、擊穿坦克所需要的條件，也就是說照射在目標(biāo)表面單位面積能量是多大，才能夠?qū)δ繕?biāo)構(gòu)成破壞。這就好比用穿甲彈打坦克，動(dòng)能越高，作用在裝甲表面單位面積上的能量就越高，越容易擊穿坦克裝甲。

　　激光炮的威力和好幾個(gè)因素有關(guān)。首先，激光的功率和照射時(shí)間都和它的威力成正比，但是照射時(shí)間長會(huì)對瞄準(zhǔn)不利，因此，人們主要是想法設(shè)法提高功率。要想硬碰硬地?fù)魵繕?biāo)，激光器的功率必須達(dá)到數(shù)十千瓦，我們常見的激光器能實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)嗎?生活中最常見的是計(jì)算機(jī)光驅(qū)和影碟機(jī)中的激光器，稱為“半導(dǎo)體激光器”。它們理論上可以達(dá)到最大功率只有50瓦，因此根本無法用來制造激光炮。于是，具有更大功率潛能的固體激光器、氣體激光器、化學(xué)激光器進(jìn)入了人們的視野。

　　世界上第一臺激光器就是紅寶石激光器，它屬于固體激光器中的一種，以紅寶石、石榴石等晶體或特殊的玻璃作為工作物質(zhì)。固體激光器結(jié)構(gòu)緊湊、牢固，因此，首先在軍事上得到了廣泛應(yīng)用。早期坦克上的測距儀就多以石榴石激光器為核心。不斷加大輸入紅寶石、石榴石中的能量，就能制造出激光炮嗎?問題又出現(xiàn)在了熱量上。固體激光器的輸出功率達(dá)到幾十千瓦，在發(fā)射過程中作為工作物質(zhì)的玻璃棒和晶體棒會(huì)產(chǎn)生高溫，這種高溫不容易散發(fā)，所以一次發(fā)射后晶體棒和玻璃棒會(huì)由于高溫而產(chǎn)生嚴(yán)重形變，這會(huì)使隨后發(fā)射光束變得不再集中，而使能量產(chǎn)生分散，這樣光束的能量就不再集中而有效。

　　但是，這種激光器用于攻擊一些近距離的小目標(biāo)，比如無人機(jī)、炮彈、地雷還是很理想的，特別是在掃雷方面，固體激光器燒毀地雷所需要的能量，千瓦級就足夠了。美國就曾分別研制了功率500、1000瓦的石榴石激光器，裝在悍馬車頂上照射數(shù)百米范圍內(nèi)的地雷，后來，還曾用它擊落了飛行中的小型無人機(jī)。從某種意義上說，石榴石激光武器已經(jīng)走上戰(zhàn)場，只是還不像科幻作品中一閃斃命的死光那樣厲害。

　　說到氣體激光器，裝甲兵們應(yīng)該不陌生，因?yàn)楝F(xiàn)代主流裝甲車輛的激光測距儀就是一種最典型的二氧化碳?xì)怏w激光器。那么，它的武器化進(jìn)程又能不能滿足軍事專家的預(yù)想呢?早在上世紀(jì)60年代，人們就造出了功率幾百千瓦的二氧化碳激光器。70年代，美國用功率400千瓦的二氧化碳激光器擊落了空空導(dǎo)彈和靶機(jī)，從而鞏固了人們研制激光炮的信心。但是，在80年代開始的星球大戰(zhàn)計(jì)劃以及后來的ABL機(jī)載激光武器計(jì)劃中，美軍又放棄了二氧化碳激光器，這又是為什么呢?這個(gè)問題涉及到影響激光威力的另外幾個(gè)要素。激光的威力與波長和距離的平方成反比，激光與普通光相比較發(fā)散角雖然非常小，但并不是不存在。比如，波長是一微米的激光以一毫米的孔徑向外發(fā)散，在1千米的距離上，激光光斑的直徑可以達(dá)到2.44毫米;如果距離是100千米，激光的光斑就會(huì)達(dá)到24.4厘米，這個(gè)時(shí)候光束的能量就不再集中而變的比較分散。這個(gè)時(shí)候，唯一的方法就是盡可能降低激光的波長，但是，二氧化碳激光器產(chǎn)生的激光波長一般在10.6微米，這比紅寶石激光器的0.7微米大了兩個(gè)數(shù)量級，也正因?yàn)槿绱?，二氧化碳激光器只適合攻擊幾千米以內(nèi)的目標(biāo)而不能再遠(yuǎn)了。

　　氣體激光器的波長問題成了無法逾越的障礙，于是，人們又把目光轉(zhuǎn)向了波長比較短，又容易產(chǎn)生高功率，而且散熱良好的化學(xué)激光器上?；瘜W(xué)激光器利用特殊的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生激光，它的能量來源是化學(xué)物質(zhì)，因而不像固體激光器、二氧化碳激光器那樣需要外加的電能。在同樣的體積、重量下，化學(xué)激光器產(chǎn)生的能量也更高。1983年，美國建成了一臺功率達(dá)2.2兆瓦，也就是2200千瓦的氟化氘化學(xué)激光器，可產(chǎn)生3.8微米波長的激光，這一波長不到二氧化碳激光器的一半，因此，在同樣功率下威力可以高出7倍，這為化學(xué)激光器的武器化奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。但是人們還不滿足，因?yàn)?.8微米的波長還不夠短，另一種氧碘激光器產(chǎn)生的波長只有約1.3微米。在同等功率下，它的威力又是氟化氘激光器的8倍，更是二氧化碳激光器的65倍。

　　在雄心勃勃的彈道導(dǎo)彈防御計(jì)劃中，美國空軍正在研制的機(jī)載激光武器就選擇了高能氧碘化學(xué)激光器，它的輸出功率達(dá)到3兆瓦，也就是3000千瓦，可以從萬米高空發(fā)射激光束，摧毀250千米外的洲際彈道導(dǎo)彈。用激光武器進(jìn)行初段反導(dǎo)攔截的效果非常徹底，這是敵方導(dǎo)彈剛從陣地上起飛，被激光摧毀的導(dǎo)彈碎片能夠全部落回到敵方領(lǐng)土上。美國的機(jī)載激光武器是初段攔截武器，在反導(dǎo)系統(tǒng)中被稱為反導(dǎo)攔截的第一炮，能夠在幾百千米的距離上摧毀彈道導(dǎo)彈、飛機(jī)，甚至是太空中的衛(wèi)星。

　　直到機(jī)載激光武器高能氧碘化學(xué)激光器的出現(xiàn)，激光武器才終于算得上是人們構(gòu)想中的致命死光武器了。機(jī)載激光武器雖然厲害，但重量、體積都很大，只能由波音747這種大型飛機(jī)才能攜帶。因此，除了機(jī)載激光武器，美軍還在研制一種功率稍低的氧碘激光器，稱為ATL先進(jìn)戰(zhàn)術(shù)激光器。這種激光武器的功率降低到300千瓦，系統(tǒng)設(shè)備的重量可減少到幾噸，以便由小得多的運(yùn)輸機(jī)、直升機(jī)，甚至卡車攜帶，用于攔截十幾千米外的反艦導(dǎo)彈、巡航導(dǎo)彈、火箭彈，或用來攻擊坦克、車輛的油箱、彈藥艙等。

　　較量到現(xiàn)在，我們已經(jīng)可以展望未來的激光武器了。固體激光器雖然先天不足，但可以攻擊速度較慢的小飛機(jī)或?qū)?，即使威力不夠硬殺傷，也能燒壞目?biāo)的制導(dǎo)設(shè)備達(dá)到軟殺傷的效果。而氟化氘化學(xué)激光器因?yàn)椴ㄩL問題威力稍差一點(diǎn)，但也能在反巡航導(dǎo)彈、反炮彈任務(wù)中發(fā)揮作用，成為近程護(hù)衛(wèi)的利劍。而最終拔得頭籌的無疑是具備最高能量輸出的氧碘化學(xué)激光器，它將在未來戰(zhàn)場上擔(dān)當(dāng)起攔截彈道導(dǎo)彈、攻擊敵方空間飛行器或在軌衛(wèi)星等的殺手锏。除此之外，這種高能激光器投入未來戰(zhàn)場的意義還在于它將使戰(zhàn)爭的節(jié)奏接近物質(zhì)世界的極限——光的速度。