中國共產(chǎn)黨成立一百年來，對科技的創(chuàng)新與發(fā)展給予了巨大的關注和支持。如今在黨的領導下，中國科技事業(yè)逐步由大做強?？萍紕?chuàng)新既是強國之路也是強軍之要，實戰(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劉澤金院士（山大79級）為《中國激光》“山東大學百廿校慶之山大光學50年”紀念專輯領銜撰寫的特邀綜述。

原文下載：劉澤金, 楊未強, 韓凱, 許曉軍. 激光武器設計準則探討[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。快速、精準、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谡鎸嵉能娛聦崙?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？

艦載激光武器實現(xiàn)防空導彈攔截想象圖

（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光學系統(tǒng)兩大部分：光束定向器負責瞄準目標并控制激光發(fā)射方向，將能量準確投射到目標上，而自適應光學系統(tǒng)能夠?qū)馐嚸婊冞M行矯正，保證光束質(zhì)量達標；作戰(zhàn)指揮部分則是整個系統(tǒng)的“大腦”，它負責作戰(zhàn)任務規(guī)劃和指令，以及引導信息接入，并控制激光武器系統(tǒng)完成各項作戰(zhàn)任務。

在實戰(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困難就猶如“木桶效應”中的短板一般，制約著激光武器系統(tǒng)邁入真實戰(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”。在真實的軍事應用，諸如艦載激光末端攔截、機載激光反導等戰(zhàn)術等情境中，人們都期望激光武器的平均輸出功率達到兆瓦級。目前，科學家僅僅在化學激光領域?qū)崿F(xiàn)了這一目標，然而化學激光器體積規(guī)模龐大且戰(zhàn)場保障困難，限制了其戰(zhàn)術使用。盡管固體激光、光纖激光相繼實現(xiàn)了百千瓦級輸出，但系統(tǒng)復雜、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厘米直徑的光斑實現(xiàn)精確控制，這就好比引著一根細線在千米外穿過一個針眼！而在實際交戰(zhàn)過程中，還要克服平臺抖動和大氣效應造成的光束抖動、漂移、畸變等不利影響，尤其在陸基、?；涂栈鲬?zhàn)領域，大氣吸收、散射、湍流和熱暈等效應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雜多變的戰(zhàn)場環(huán)境

（圖片來源：解放軍報）

與此同時，在真實的戰(zhàn)場環(huán)境中，激光武器系統(tǒng)還必須面對復雜多變的戰(zhàn)場環(huán)境，這就對其殺傷能力以及機動性能提出了一定要求。比如，激光武器在攔截火箭彈、巡航導彈等大型目標時，即使輻照到目標的能量密度高達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戰(zhàn)應用。此外，為滿足戰(zhàn)場機動需求，激光武器還必須與作戰(zhàn)平臺相配合。因此，能夠進入實戰(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、激光武器主要設計準則

想要讓激光武器從科幻走入現(xiàn)實，就必須關注其發(fā)展要點，抓住其核心的設計準則。結(jié)合激光武器面臨的困難，依據(jù)基本的物理原理，研究認為，激光武器的主要設計準則有以下五個方面。

一是高亮度準則。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)量的復合指標。其中，激光功率以及光束質(zhì)量的提升分別是實現(xiàn)高亮度的基礎和關鍵，在一定范圍內(nèi)更短的波長則是實現(xiàn)高亮度的有利因素。

二是發(fā)散角匹配準則。具備實戰(zhàn)能力的激光武器系統(tǒng)一定是一個能夠兼顧復雜戰(zhàn)場環(huán)境的復合體，因此武器設計人員在掌握了系統(tǒng)出射發(fā)散角的基礎上，必須要能夠同時關注由于外界環(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則。“桶中功率”，顧名思義是指以靶目標為中心，在一定直徑圓桶中的激光功率。這是一個可以同時評價激光武器功率、光束質(zhì)量以及跟蹤、瞄準等能力的綜合指標，可以直接牽引武器系統(tǒng)的整體設計優(yōu)化，也可用于激光武器試驗鑒定評估。

四是高效耦合準則。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，激光對物質(zhì)的毀傷效果就越明顯。而光與物質(zhì)的耦合能力強烈依賴于激光波長，因此對于不同的攻擊目標通常需要選擇材料耦合系數(shù)較高的激光波長。

五是平臺適裝準則。實戰(zhàn)化激光武器系統(tǒng)必須與現(xiàn)役各類武器平臺相適應，在壓縮系統(tǒng)功重比和功體比的同時，還需考慮一體化設計、平臺環(huán)境適應性、可維護性等因素。與此同時，作為一種“新概念武器”，在設計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，必有人能將其實現(xiàn)”。我們相信，伴隨著一代代高能激光領域科學家們不斷的奮斗和前進，只要把握住如今激光武器發(fā)展的困難和設計準則，人們對“光武器”千年的想象必將走進現(xiàn)實！

劉澤金院士簡介

劉澤金，男，激光技術專家，中國工程院院士。山東無棣人，1983年畢業(yè)于山東大學激光專業(yè)，1997年獲國防科學技術大學軍用光學博士學位。曾任國防科技大學副校長、教授，國務院學位委員會學科評議組成員，中國光學學會副理事長。長期從事高能激光系統(tǒng)和技術研究，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。曾獲國家科技進步獎一等獎2項、二等獎1項，省自然科學一等獎1項，軍隊和部委級科技進步一等獎7項，何梁何利科學與技術進步獎，中國科協(xié)“求是”杰出青年實用工程獎，全國優(yōu)秀科技工作者等。