中美激光武器的能量差距

激光武器一直以来都是关注度极高的高科技武器，因为其技术门槛不高，许多国家都在研究之中，但自上世纪60年代开始至今，只有两个国家摸到了高能激光武器的门槛，其中中国已经取得令人惊喜的成绩，而美国的发展又如何呢？

一：激光武器原理

激光是人为制造的波长分布非常窄、定向性极好光束，技术原理是爱因斯坦1916年提出的受激辐射理论，即原子的电子吸收能量从低能级升到高能级，再从高能级降到低能级时候释放的光子能量，这种光子光学特性高度一致，在一个极小的范围内集中超过核武器100万倍的高密度能量，使物体会瞬间汽化，持续汽化时物体材料蒸汽高速喷出，造成凹陷直至穿孔，蒸汽高速喷出时的反冲作用在物体内部形成激波，激波在物体背面反射，前后夹击下物体会变形破裂，汽化的物质还会被电离成等离子体云，辐射出紫外线和X射线损伤物体，激光以光速飞行，作为武器时无需进行弹道计算，瞄准即击中，没有普通武器射击时的后坐力及噪声，而且使用费用便宜，但要实现对物体的毁灭性破坏前提是功率足够高，不但要有破坏物体的能量，还要抵抗在大气中传输能量衰减。

激光武器核心是激光器，可分为化学、固体、液体、光纤、准分子、自由电子几个种类，化学激光器是燃烧氘氦、氧碘、氟化氢、氟化氘等混合气体产生自由DF分子在谐振腔内激发出激光，气体激光器是用电、气动、光和化学激励氦氖、氩离子、二氧化碳、氦镉、铜蒸气等气体产生激光，固体激光器采用玻璃作为基材，掺以激活离子，用辐射的光能经过聚焦腔激活粒子形成粒子数反转，再通过谐振腔输出激光，液体激光器采用高速闪光灯发出很短的光脉冲激发乙醇甲醇发出激光，光纤激光器是用光在光纤内形成高功率密度物质，造成工作物质的粒子数反转加入正反馈回路形成激光，准分子激光器是以受激态的原子和分子结合成的工作物质，不稳定分子键断裂而离解成光辐射能量，自由电子激光器不用激励物质产生激光，而是利用自由电子把电子束的能量转换为激光。

激光器发射功率越高，能量转换效率就越高，光束发散就越少，1960年美国加州休格斯实验室制造出第一束激光，这是通过闪光灯进行光泵浦红宝石棒产生的持续时间不到一毫秒的激光束，功率只有几毫瓦，美苏在冷战时期都竞相发展激光武器，但受限于功率不高，不能造成永久性破坏，1982年在英阿马岛之战中投入实战的激光武器和苏联研制的“三棱匕首"自行激光武器只能让人眩晕暂时失明和毁伤光电系统，激光武器还要和光束控制系统，精密伺服跟踪系统辅助才能使用，光束控制系统其实就是聚集激光束的反射镜，反射镜直径越大，光束发散角就越小，但直径越大工艺就越复杂，光束要在目标上停留积累足够能量，这就要求有精度高于一毫弧度的跟踪瞄准系统，也是当时的科技做不到的，供电设备体积和重量也降不下来，德国1982年研制的1兆瓦二氧化碳激光器就重达20吨。

二：曾经遥遥领先的美国激光武器研究

70年代美国在大功率化学激光器取得突破后，于1975年到1984年在一架NKC-135飞机上装上一架波长10.6微米的激光器，并成功拦截了响尾蛇空空导弹和靶机，1971年美国海军成立了高能激光武器计划管理办公室。于1977年着手研制“中波红外氟化氘化学激光武器”，功率达2.2x 103千瓦，1983年在白沙导弹靶场建立了实验装置，1987-1989年间实施了打靶试验，摧毁了一枚以2.2马赫飞行的导弹，虽然功率上可以满足预期，但无法解决超重，价格昂贵、预算超支，化学燃料会产生有毒废气，作战时间短等问题而放弃，80年代美国提出星球大战计划后，也试验了用中红外化学激光器击毁了大力神导弹的推进段，但难以解决激光器的持续工作能源和难以做到瞄准锁定数百千米外的目标，最终放弃，美国国防部90年代初退而求其次发展空基激光武器。

选定了功率最高同时重量尺寸最小的氧碘激光器作为激光武器，功率可望达到兆瓦级，1994年拦截试验成功后，美国空军于1996年开始ABL空基激光器项目，2002年与波音公司签订了11亿美元合同，由波音公司在波音747- 400F客机上装上诺格提供兆瓦级氧碘化学激光器，技术要求是可在8~12秒内打穿400千米外的弹道导弹壳体，每次飞行可消灭20-40枚弹道导弹，每枚发射费用1000美元，按照计划应该在2003年进行首次拦截试验，2006年具备初始作战能力，2008年生产7架，但研制过程中遇到了前所未有的技术障碍，首台激光器模块功率只有十万瓦，仅有设计值10%，出光时间只持续了5秒，2000年，波音公司改造了首架飞机，光学主镜片装在前端的转塔球中，但高能激光和光束控制系统直到2004年才交付，2004年用6个氧碘激光器并联发射了一束持续了1秒的激光。

由于子系统的测试反复延期，要推迟到2008年才装上整套系统，2009年才实现了飞行中发射了兆瓦级高能激光束，2010年摧毁两枚导弹，但研制费用已攀升到36亿美元，完成整个项目花费可能超过100亿美元，加上激光有效拦截距离不到200千米，飞机要飞入对方上空，对波音747飞机来说具有极大的风险，2012年奥巴马上任后把这种不实用的项目就被打入飞机坟场封存，历时16年的空基激光器项目就此终结，美国海军在1995年也启动了舰载100千瓦自由电子激光器的研发，但功率达到14.7千瓦后就没法突破了，只好在2012年被取消，但2007年启动的光纤固体激光器在2008年完成了系统集成，2012年安装在“杜威”号驱逐舰前甲板上，成功击落3架无人机，但其功率低于30干瓦， 无法拦截超声速反舰导弹。

2014年，美军又在“庞塞”号两栖船坞运输舰安装了一套功率达到了33千瓦的LaWS舰载激光武器，主镜面直径为0.51米，由六个5千瓦的商业版光纤激光器组成，在试验中“打爆”了一枚炮弹，击落数千米外一架无人机，又让一艘近距离的快艇起火燃烧，但这台激光武器基座庞大，达到舰宽的三分之二，只能装在直升机甲板上，对火箭弹、炮弹和无加固无人机只能进行有限毁伤只是勉强跨过了激光武器门槛，作用距离不过一两海里，如果来袭导弹机动避免同一位置被连续照射，或在导弹表面使用反射效率高或散热效率高的材料，就算激光武器在近距离上 能破坏导弹结构及内部，导弹凭借惯性继续飞行仍能击中舰艇，要避免这种情况至于要实现10千米射程的能力，这代表激光器的发射功率要提高至100千瓦甚至更高。

2020年美国海军又在“波特兰”号两栖船坞运输舰上安置了一台板条固体激光器样机，由7个15千瓦板条固体激光器组成，总功率达105千瓦，勉强能拦截亚声速反舰导弹和飞机， 最新的LwsD系统达到150干瓦，攻击一个目标也要照射45秒以上，对根本无法保证在3马赫超声速反舰导弹命中前摧毁目标，如果要满足超声速反舰导弹拦截反舰导弹的需求，功率要进一步增加到300-500干瓦，但耗电高达25兆瓦，LaWS舰载激光武器不过400干瓦，而伯克级驱逐舰只有3台25兆 瓦的艾莉森 AG914o燃气发电机，驱逐舰上的相控阵雷达是耗电大户 ，300-500干瓦高能激光器由于耗电量巨大，伯克级驱逐舰无法承受额外增加25兆瓦电力，一旦激光武器开火，势必会影响全舰供电，连要随时掌握空情的相控阵雷达也要停止运行，那就得不偿失了，所以美海军在舰载激光武器上仍无法突破这个瓶颈。

三：后来居上的中国激光武器

反而中国突破这个瓶颈，中国其实在微光武器上起步很早，早在1964年就将激光武器列为重点攻关武器，命名为6403工程，同中国科学院组建了上海光机研究所，主攻高功率、大能量的强激光器，建成了一台120毫米口径振荡放大型激光系统，输出能量达32万焦耳，可在10米处击穿80毫米铝靶，2千米距离击穿0.2毫米铝靶，研究出非稳腔激光器、片状激光器、振荡一扫描放大式激光系统、尖劈法光束质量诊断等元器件和支撑技术，以及低吸收高均匀性钕玻璃熔炼、高能脉冲氙气、高强度介质膜、大口径光学精密加工等工艺，但无法解决热效应问题于1976年下马，但激光技术在稳步发展，1978全国科学大会上近80项激光项目获奖，此后的“863”计划七大领域中就有激光技术，国家“六五和“七五”攻关计划中激光技术均是重大项目。

1993年中科院大连化学物理研究所研究的化学氧碘激光器可击杀140米之外的目标，经过20多年的发展，中国在高能化学氧碘激光器取得了重大突破，已经趋于实用化，当前中国激光武器研究有五项科目处于这世界领先，已经研制出达到武器攻击强度的电子激光系统，2014年中国研制出一款“低空卫士”固体战术激光武器，功率10千瓦，一次测试中击落了距离2000米的30多架无人机，随后保利集团又在阿布扎比防务展上展出了“沉默猎手”30千瓦车载激光防空系统，可在800米距离烧穿5层2毫米厚的钢板，1000米距离可烧穿5毫米厚钢板，拦截无人机最大射程4000米，是全球首型有实战拦截纪录的激光武器，沙特购买了100套，中国科研团队还进行了百兆级激光武器打弹道导弹的实验并取得了成功，这套系统和美国的多束光纤激光器相似之，但技术更加先进。

在舰载激光武器上，由于055型驱逐舰设计时就预留了充足的电力，大功率激光武器上舰不是什么问题，预计第三批次055型驱逐舰会看到九三阅兵式上亮相的LY-1 舰载激光武器，第一和第二批次舰体中部甲板原来空空如也，估计是早预定了安装位置，LY-1 舰载激光武器口径达到1米，估算其功率达到300 千瓦以上，这是全球首个300千瓦级舰载激光武器系统， 能在5秒内熔毁15千米外以3 倍音速来袭的反舰导弹导引头，或激光束聚焦在导弹蒙皮上使其被加热而破裂，引起内部易挥发材料发生爆炸，也能够在一定时间内持续发射激光束，拦截低空峰群无人机的连续饱和攻击，还使敌方光学传感器失效，与红旗9防空导弹、红旗10防空导弹，近防炮等舰载防空武器装备构成对空防御体系，最重要的每次发射一次只要几元钱，一枚红旗10防空导弹达百万元。

四：结语

尽管在1960-2014年这几十年间，美国在激光武器研究上遥遥领先，但中国在2014年后取得光纤激光器、固体激光器等大功率激光输出技术，新型泵浦激光设计、热隔离技术和光纤冷却优化三项散热技术、理论上能够支持10兆瓦输出功率 的达60毫米直径钡镓硒激光晶体材料、光束控制与瞄准技术、散热管理技术的突破，使从低空防御到舰载防御等多种激光武器得以大量装备部队和出口，而美国虽然也是激光武器种类繁多，但全部还在实验测试中，无法解决的散热问题和短时间聚焦等难题，发热量达中国同功率的数倍，体积比中国同类产品的大三分之二，装备遥遥无期。