中國共產(chǎn)黨成立一百年來，對科技的創(chuàng)新與發(fā)展給予了巨大的關(guān)注和支持。如今在黨的領(lǐng)導(dǎo)下，中國科技事業(yè)逐步由大做強(qiáng)?？萍紕?chuàng)新既是強(qiáng)國之路也是強(qiáng)軍之要，實(shí)戰(zhàn)化激光武器更是我們未來必須搶占的科技高地之一。今天，就讓我們站在一代代科學(xué)巨擘的肩上眺望未來：激光武器之路將通向何方？

本文來源于國防科技大學(xué)劉澤金院士（山大79級）為《中國激光》“山東大學(xué)百廿校慶之山大光學(xué)50年”紀(jì)念專輯領(lǐng)銜撰寫的特邀綜述。

原文下載：劉澤金, 楊未強(qiáng), 韓凱, 許曉軍. 激光武器設(shè)計(jì)準(zhǔn)則探討[J]. 中國激光, 2021, 48(12): 1201001

從1960年紅寶石激光器的誕生，到如今琳瑯滿目的激光應(yīng)用，激光，作為人類目前已知的最明亮的光源，已經(jīng)走過了60余年波瀾壯闊的歷史?？焖?、精準(zhǔn)、隱蔽……激光憑借其諸多優(yōu)勢早在誕生之初就成為各國軍事專家競相研究的“新概念武器”，甚至把它看作是有望改變未來戰(zhàn)爭“游戲規(guī)則”的法寶。

激光武器在科幻作品中早已成為?？停欢谡鎸?shí)的軍事實(shí)戰(zhàn)場景中卻鮮有激光武器的身影。那么究竟是什么原因制約著激光武器打破科幻的外衣，邁入真正的戰(zhàn)場呢？

艦載激光武器實(shí)現(xiàn)防空導(dǎo)彈攔截想象圖

（圖片來源：Global Defence Technology）

一、激光武器的系統(tǒng)構(gòu)成

不同于科幻世界的天馬行空，一個真正有作戰(zhàn)能力的高能激光武器系統(tǒng)是極其復(fù)雜的，它主要由激光光源、光束控制及作戰(zhàn)指揮三個部分構(gòu)成。其中，激光光源可以看作為激光武器系統(tǒng)的“彈藥倉”，用于產(chǎn)生殺傷目標(biāo)的激光能量；光束控制是系統(tǒng)的“千里眼”，它包含光束定向器和自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)兩大部分：光束定向器負(fù)責(zé)瞄準(zhǔn)目標(biāo)并控制激光發(fā)射方向，將能量準(zhǔn)確投射到目標(biāo)上，而自適應(yīng)光學(xué)系統(tǒng)能夠?qū)馐嚸婊冞M(jìn)行矯正，保證光束質(zhì)量達(dá)標(biāo)；作戰(zhàn)指揮部分則是整個系統(tǒng)的“大腦”，它負(fù)責(zé)作戰(zhàn)任務(wù)規(guī)劃和指令，以及引導(dǎo)信息接入，并控制激光武器系統(tǒng)完成各項(xiàng)作戰(zhàn)任務(wù)。

在實(shí)戰(zhàn)場景中，激光武器系統(tǒng)的三大部分需要密切配合、環(huán)環(huán)相扣，缺一不可。因此，三大主體部分面臨的技術(shù)困難就猶如“木桶效應(yīng)”中的短板一般，制約著激光武器系統(tǒng)邁入真實(shí)戰(zhàn)場的步伐。

二、激光武器研制面臨的困難

首先，目前激光武器系統(tǒng)難以尋找到能量高、品質(zhì)好、體型又小的“彈藥倉”。在真實(shí)的軍事應(yīng)用，諸如艦載激光末端攔截、機(jī)載激光反導(dǎo)等戰(zhàn)術(shù)等情境中，人們都期望激光武器的平均輸出功率達(dá)到兆瓦級。目前，科學(xué)家僅僅在化學(xué)激光領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了這一目標(biāo)，然而化學(xué)激光器體積規(guī)模龐大且戰(zhàn)場保障困難，限制了其戰(zhàn)術(shù)使用。盡管固體激光、光纖激光相繼實(shí)現(xiàn)了百千瓦級輸出，但系統(tǒng)復(fù)雜、含能源熱管理后整體規(guī)模大、光束質(zhì)量仍不理想，離兆瓦級高光束質(zhì)量輸出還有差距。

其次，激光武器系統(tǒng)對光束控制要求極高。以百公里級激光反導(dǎo)為例，在最理想的條件下，需要對100公里外25厘米直徑的光斑實(shí)現(xiàn)精確控制，這就好比引著一根細(xì)線在千米外穿過一個針眼！而在實(shí)際交戰(zhàn)過程中，還要克服平臺抖動和大氣效應(yīng)造成的光束抖動、漂移、畸變等不利影響，尤其在陸基、?；涂栈鲬?zhàn)領(lǐng)域，大氣吸收、散射、湍流和熱暈等效應(yīng)還會造成激光能量的衰減和光束質(zhì)量的下降。

車載激光武器面臨復(fù)雜多變的戰(zhàn)場環(huán)境

（圖片來源：解放軍報(bào)）

與此同時，在真實(shí)的戰(zhàn)場環(huán)境中，激光武器系統(tǒng)還必須面對復(fù)雜多變的戰(zhàn)場環(huán)境，這就對其殺傷能力以及機(jī)動性能提出了一定要求。比如，激光武器在攔截火箭彈、巡航導(dǎo)彈等大型目標(biāo)時，即使輻照到目標(biāo)的能量密度高達(dá)1000 W/cm2，也仍需要1~10秒量級的輻照時間，這就大大限制了激光武器的實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用。此外，為滿足戰(zhàn)場機(jī)動需求，激光武器還必須與作戰(zhàn)平臺相配合。因此，能夠進(jìn)入實(shí)戰(zhàn)的激光武器必須具備兼顧整個系統(tǒng)的功重比和功體比。

三、激光武器主要設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

想要讓激光武器從科幻走入現(xiàn)實(shí)，就必須關(guān)注其發(fā)展要點(diǎn)，抓住其核心的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。結(jié)合激光武器面臨的困難，依據(jù)基本的物理原理，研究認(rèn)為，激光武器的主要設(shè)計(jì)準(zhǔn)則有以下五個方面。

一是高亮度準(zhǔn)則。激光武器的亮度是一個同時兼顧輸出功率、激光波長以及光束質(zhì)量的復(fù)合指標(biāo)。其中，激光功率以及光束質(zhì)量的提升分別是實(shí)現(xiàn)高亮度的基礎(chǔ)和關(guān)鍵，在一定范圍內(nèi)更短的波長則是實(shí)現(xiàn)高亮度的有利因素。

二是發(fā)散角匹配準(zhǔn)則。具備實(shí)戰(zhàn)能力的激光武器系統(tǒng)一定是一個能夠兼顧復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境的復(fù)合體，因此武器設(shè)計(jì)人員在掌握了系統(tǒng)出射發(fā)散角的基礎(chǔ)上，必須要能夠同時關(guān)注由于外界環(huán)境和武器系統(tǒng)本身帶來的角度抖動或偏移，實(shí)現(xiàn)對激光發(fā)射到大氣傳輸各個環(huán)節(jié)發(fā)散角的匹配。

三是桶中功率最高準(zhǔn)則。“桶中功率”，顧名思義是指以靶目標(biāo)為中心，在一定直徑圓桶中的激光功率。這是一個可以同時評價(jià)激光武器功率、光束質(zhì)量以及跟蹤、瞄準(zhǔn)等能力的綜合指標(biāo)，可以直接牽引武器系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)優(yōu)化，也可用于激光武器試驗(yàn)鑒定評估。

四是高效耦合準(zhǔn)則。激光毀傷的過程本質(zhì)上是光與物質(zhì)相互作用的過程，簡單地說，光與物質(zhì)耦合越強(qiáng)，激光對物質(zhì)的毀傷效果就越明顯。而光與物質(zhì)的耦合能力強(qiáng)烈依賴于激光波長，因此對于不同的攻擊目標(biāo)通常需要選擇材料耦合系數(shù)較高的激光波長。

五是平臺適裝準(zhǔn)則。實(shí)戰(zhàn)化激光武器系統(tǒng)必須與現(xiàn)役各類武器平臺相適應(yīng)，在壓縮系統(tǒng)功重比和功體比的同時，還需考慮一體化設(shè)計(jì)、平臺環(huán)境適應(yīng)性、可維護(hù)性等因素。與此同時，作為一種“新概念武器”，在設(shè)計(jì)過程中也要考慮到激光武器本身對搭載其平臺的干擾。

美國海軍演示用激光炮

（圖片來源：John F. Williams/美國海軍）

四、結(jié)語

凡爾納曾在科幻著作《神秘島》中寫到：“但凡人能想象之事，必有人能將其實(shí)現(xiàn)”。我們相信，伴隨著一代代高能激光領(lǐng)域科學(xué)家們不斷的奮斗和前進(jìn)，只要把握住如今激光武器發(fā)展的困難和設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，人們對“光武器”千年的想象必將走進(jìn)現(xiàn)實(shí)！

劉澤金院士簡介

劉澤金，男，激光技術(shù)專家，中國工程院院士。山東無棣人，1983年畢業(yè)于山東大學(xué)激光專業(yè)，1997年獲國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)軍用光學(xué)博士學(xué)位。曾任國防科技大學(xué)副校長、教授，國務(wù)院學(xué)位委員會學(xué)科評議組成員，中國光學(xué)學(xué)會副理事長。長期從事高能激光系統(tǒng)和技術(shù)研究，為我國高能激光工程發(fā)展做出了系統(tǒng)性、開拓性的貢獻(xiàn)。曾獲國家科技進(jìn)步獎一等獎2項(xiàng)、二等獎1項(xiàng)，省自然科學(xué)一等獎1項(xiàng)，軍隊(duì)和部委級科技進(jìn)步一等獎7項(xiàng)，何梁何利科學(xué)與技術(shù)進(jìn)步獎，中國科協(xié)“求是”杰出青年實(shí)用工程獎，全國優(yōu)秀科技工作者等。