具有極高精確性的定向能武器，幾十年來一直備受軍事計劃者們的關注，但是直到最近國防部才真正地開始在激光技術方面投入資金，并期望這一舉動最終會導致光速戰(zhàn)術武器的誕生。五角大樓明確表示將在未來的兩年內(nèi)投入4900萬美元研制一種固體高功率激光器。
這種激光器經(jīng)過改造可以安裝在戰(zhàn)術噴氣式戰(zhàn)斗機、海軍艦船或者是陸軍的車輛上，從而成為一種作戰(zhàn)武器。
激光器是一種光輻射裝置，通常按照激光介質(zhì)的不同可分為氣體激光器、液體激光器和固體激光器。到目前為止，只有化學激光器能夠達到較高的功率水平，可以在一定程度上滿足軍用裝置的需要，如安裝在波音噴氣式飛機上的兆瓦級空軍機載激光（ABL）系統(tǒng)、陸軍的陸基戰(zhàn)術高能激光（THEL）等。機載激光可以擊落彈道導彈，而陸基高能激光可以摧毀火箭、迫擊炮和大口徑火炮的炮彈。但是，化學激光能量的產(chǎn)生是通過一種化學反應來實現(xiàn)，它們的體積往往過大而顯得笨拙，而且從后勤的角度講使用起來非常復雜，保障也很困難，因此，不太適合用作一種戰(zhàn)場武器。
固體激光使用晶體或是玻璃作為激光介質(zhì)，它們依靠電能驅(qū)動，這使得它們在緊湊型武器系統(tǒng)領域頗受青睞。但是，這項技術已經(jīng)明顯落后了。固體激光已經(jīng)發(fā)明了30多年，但是它們所能夠達到的功率水平一直沒有什么實質(zhì)性的突破，因此無法滿足研制激光武器的軍事需求。現(xiàn)在，固體激光在低功率應用方面卻已經(jīng)非常普及，如激光打標和加工技術等領域。通常來講，要作為一種武器來使用，激光的能級范圍要達到幾十千瓦到幾兆瓦的功率水平。
圍繞著美國空軍研究實驗室主管的25千瓦固體激光器研發(fā)項目正在進行著一場行業(yè)競爭。這個項目將確定固體激光技術是否已經(jīng)成熟并適合進一步的發(fā)展。盡管空軍研究實驗室的科學家們成功地證明了功率為 25千瓦的固體激光器能夠在實驗室條件下進行工作，但是專家們警告說，要把這一基本的技術轉化成為一項實用的武器，還需要做更多的研發(fā)和工程工作。國防部的承包商美國湯普森－拉莫－伍爾德里奇公司（簡稱TRW）和雷神（Raytheon）公司宣稱，以它們的能力能夠制造出25千瓦的固體激光器，而且給它們更多的時間，在五到十年內(nèi)，它們能夠把這一功率級別提高到100千瓦。
這樣的言論在一定程度上對空軍的計劃起到了激勵作用?？哲娧芯繉嶒炇业募す馕锢韺W家凱里洛伊•萊格尼克上尉說，“承包商找到我們說他們覺得已經(jīng)做好準備來為我們演示這一技術。我們實驗室科學家們的知識，再加上承包商的信心，使我們下定決心要真正地推進這一技術。”
參與競標的公司將會有兩年時間來進行技術展示的準備工作。萊格尼克表示，她不能披露有多少公司正在參與競爭，或者說是有多少公司將會得到這份4900萬美元的項目合同。競標將在九月到結束。
萊格尼克說，25千瓦固體激光器的展示工作只是一個跳板，最終的目的是研制100千瓦的固體激光器。她同時也承認在研制25千瓦固體激光器的道路上還將面臨許多的困難。其中一個技術難題就是如何減少在產(chǎn)生激光過程中附帶產(chǎn)生的過多的熱量，提高激光器的耐用程度，使它在高功率工作的條件下仍能保持激光光束的高質(zhì)量、投射的遠距離和較長的持續(xù)工作時間。
美國國防大學資深研究人員艾力赫•茲米特說，固體激光技術在緊湊型武器應用方面有著很大的潛力。但是他同時也提醒說，圍繞著這一技術還存在著許多的市場因素和夸大其詞的成分。他說，研制25千瓦固體激光器風險很大，但是從物理學的角度講并不是不可能的事。因為附帶產(chǎn)生的熱量的原因，固體激光器的功率要提升到100千瓦的級別存在著巨大的挑戰(zhàn)。茲米特解釋說，化學激光器中產(chǎn)生的無用的熱量可以被流動的空氣帶走，但是固體激光器則不然，工作時產(chǎn)生的熱量仍然會保留在激光介質(zhì)的內(nèi)部，而且內(nèi)部溫度會越來越高，最后會導致激光光束質(zhì)量的下降，直到無法正常工作。激光器的散熱通常采用物理手段，以水冷或是風冷的形式對激光介質(zhì)的散熱平臺進行降溫，或者是讓激光器以短脈沖的形式來工作，以便在每一個脈沖的間歇進行散熱。茲米特說，采用物理手段對激光器進行降溫是更好的選擇，因為這樣做不需要經(jīng)常打斷激光的發(fā)射。
茲米特說，給激光器降溫是一項非常困難的工程挑戰(zhàn)，特別是為高功率的激光器降溫。例如，一個100千瓦的固體激光器在以額定功率工作時會產(chǎn)生900千瓦的熱功率損耗，這是固體激光器的特性所決定的，這種激光器的能效極低，有百分之十的效率就已經(jīng)被認為是相當高的效率了，大部分固體激光器的平均效率僅為百分之一。而且，高功率固體激光器的造價也十分昂貴，因為用來激勵激光器工作的二極管的價格十分高昂。例如，要成功地激勵一臺效率為百分之十的100千瓦固體激光器，要求一百萬個二極管，產(chǎn)生每一瓦特的功率需要的二極管的價值約為100美元。“那會是一項十分昂貴的開銷，”茲米特說。只有少數(shù)幾家公司能夠制造這些高功率二極管。低功率二極管今天在許多商業(yè)領域得到廣泛應用。但是只有高亮度的二極管能夠被用來制造固體激光武器。目前，大多數(shù)的固體激光器不是采用二極管激勵的，而是用閃光燈激勵的方式。因為常規(guī)的閃光燈消耗大量的能量，所以它們需要昂貴的冷卻降溫系統(tǒng)。專家們說，二極管激勵的激光器的效率是閃光燈激勵的激光器的三到五倍，而且使用壽命也更長，這種典型的激光器的使用壽命可以達到10000小時，而閃光燈激勵的激光器的使用壽命只有幾百個小時。
聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機（JSF）
如果100千瓦的固體激光器研制成功，它將成為目前正在洛克希德•馬丁公司生產(chǎn)的F-35聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機的機載武器選項。聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機的飛行員使用這種固體激光武器可以發(fā)射激光，以迷盲敵方從地面或是從空中發(fā)射的導彈的尋的傳感器。洛克希德•馬丁公司負責高級發(fā)展計劃的代表尼爾•凱希納說，F(xiàn)-35戰(zhàn)斗機的設計很適合安裝固體激光武器，只要做好激光光束瞄準和發(fā)射控制系統(tǒng)就行了。凱希納說，作為一種聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機使用的武器，我們認為必須要達到100千瓦的能級目標。
凱希納說，垂直起飛的一款F-35戰(zhàn)斗機上有一個靠傳動軸驅(qū)動的升力風扇，如果去掉這一個風扇，會留下一個孔，非常適合安裝固體激光器。“不僅在空間上會有一個大小剛好合適的孔，而且傳動軸可以產(chǎn)生27000匹馬力的功率，這樣你就可以有一個巨大的功率支持了，”凱希納說。戰(zhàn)場范圍在不斷地擴展，但是激光的射程還是顯得非常有限，一臺100千瓦的激光器只能夠把激光投射到幾百英尺遠的地方。
凱希納提醒說，在F-35戰(zhàn)斗機上使用固體激光器技術仍然面臨著許多的困難和阻礙，例如，圍繞著F-35戰(zhàn)斗機的大氣擾動很可能造成激光光束的變形和精確性的降低。洛克希德•馬丁公司對在F-35 戰(zhàn)斗機上使用固體激光器技術持歡迎態(tài)度，一直充當著激光生產(chǎn)商的“啦啦隊長”的角色，因為它希望在F-35戰(zhàn)斗機上看到有激光武器的出現(xiàn)。為了獲得空軍研究實驗室的項目授權，目前至少有兩個公司――TRW公司和雷神公司，正在致力于高功率固體激光器的研制工作。#p#分頁標題#e#
TRW空間與電子公司負責導彈防御的代表史蒂芬J•托納說，他對25千瓦固體激光器的潛在市場表示樂觀。“我們看到許多消費者對此表現(xiàn)出越來越大的興趣，”他在接受采訪時說。TRW公司為參加空軍的競標而設計的25千瓦固體激光器原型能夠裝入一個吊艙之中，因此它可以被輕松地安裝在戰(zhàn)術飛機中，包括有人駕駛飛機和無人駕駛飛機。同時，波音公司還要求TRW公司為空軍X－45無人戰(zhàn)斗飛機設計一個激光武器吊艙。
25千瓦固體激光器的光束強度足以使敵方的巡航導彈或是地面車輛無法工作，托納說，“你用不著摧毀整個車輛，但是向這些車輛的輪胎發(fā)射激光致其燃燒，或者穿透車輛的發(fā)動機罩，你就可以使它們喪失能力。”這一技術成功的關鍵是光束質(zhì)量。光束質(zhì)量是區(qū)分激光和燈光的主要指標。托納解釋說，如果光束質(zhì)量足夠好，一個25千瓦的固體激光器能夠投射三到四公里遠，并在金屬上燒出一個洞來。TRW公司生產(chǎn)的25千瓦固體激光器的原型是一個主動型冷卻的激光器，它在內(nèi)部采取水冷方式，在外部采用風冷方式。
盡管固體激光器不能像化學激光器那樣可以達到兆瓦級的功率，但它們卻有一個很大的優(yōu)點，那就是它們能夠比化學激光器更輕松地穿透大氣。托納指出，化學能量驅(qū)動的機載激光器無法穿透大氣。展望未來，托納說，“我們可能還要經(jīng)過五到十年的時間才能迎來100千瓦級激光器的誕生。”達到這一功率以后仍將需要數(shù)年時間來把它轉化成一種激光武器并配置在某一武器平臺上。托納承認，他長期以來并不相信固體激光能夠被制成某一種武器裝置，“以前曾有許多的懷疑，但現(xiàn)在我認為是改變這種想法的時候了。”
最近幾年，美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室和陸軍成功地研制出了一款10千瓦的固體激光器。但是，這種激光器不是由二極管驅(qū)動的，也不是主動冷卻型的激光器。為了進行冷卻，它必須采取間歇性的工作方式，即工作一會關閉一會。這一系統(tǒng)被稱為“熱容激光器”，雷神公司也參加了這項研制工作。“熱容激光器”的能量效率僅有百分之一，也就是說為了得到10千瓦的功率，它需要一兆瓦的能源來保障。雷神公司的官員們說，他們希望這一“熱容激光器”會給美國陸軍一個機會來對這一技術進行考驗并確定其潛在的應用。
雷神公司負責定向能武器研發(fā)的副總裁邁克爾 •波恩說，“陸軍正在考慮對熱容激光器進行改造，從閃光燈激勵轉換成二極管激勵。”公司正在試圖說服陸軍資助一個15千瓦移動激光器的研制項目，并表示可以把這種移動激光器首先交給戰(zhàn)場上的作戰(zhàn)部隊進行試用，讓官兵們切實感受一下這種武器的性能。來自一線部隊的反饋對承包商的研制工作是非常有幫助的，波恩說，“這樣，在我們開始制造這些武器之前就已經(jīng)知道了他們會有什么樣的軍事應用需求。” 雷神公司高能激光項目的主管查文希•邁克恩說，公司不僅在爭取空軍的25千瓦固體激光器的合同項目，同時也在主動地與洛克希德•馬丁公司合作，共同開發(fā) F－35聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機機載100千瓦的概念型激光武器。“聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機有著適合激光武器安裝與工作的所有理想的特征，”邁克恩說。為海軍的“超級大黃蜂”戰(zhàn)斗機研制的激光吊艙目前也正在設計當中。雷神公司的官員稱，他們已經(jīng)攻克了發(fā)展激光器中最困難的課題――光束質(zhì)量問題。雷神公司擁有一項基于特殊的激光鏡和光學器件的專利技術――相位共軛技術，邁克恩說這項技術的使用能夠校正光束的變形，并改善光束的集中性。
邁克恩說，另外一個突破是新型的激光材料的發(fā)現(xiàn)，特別是鐿這種材料的發(fā)現(xiàn)與使用。雷神公司的閃光燈激勵的激光器中使用的激光材料是一種釔鋁石榴石和釹的混合物。公司開始向二極管激勵激光器轉型的時候，研究人員發(fā)現(xiàn)二極管能夠激勵鐿這種金屬，而且產(chǎn)生的熱量比釹少75%左右，這無疑會大大地省去給激光器降溫的麻煩。邁克恩預測二極管的成本也將會下降，在今后的幾年中，二極管的價格可能會從當前的每瓦特70美元到100美元下降到每瓦特5美元。
邁克恩說，要在五年前制造一個100千瓦的激光器，消耗的二極管數(shù)量會是全世界二極管年產(chǎn)量的三倍。美國國防大學研究員茲米特說，工業(yè)體系必須解決這一問題，只有這樣他們才能制造出如他們所承諾的那樣的，價格合理的固體激光器。“如果100千瓦的激光裝置要價達到3000萬到4000萬美元的話，軍方可能不會對它感興趣。”
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