亮点 | 刘泽金院士：为何激光武器尚未走进战场？

本文为中国激光第2236篇。

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编者按

中国共产党成立一百年来，对科技的创新与发展给予了巨大的关注和支持。如今在党的领导下，中国科技事业逐步由大做强。科技创新既是强国之路也是强军之要，实战化激光武器更是我们未来必须抢占的科技高地之一。今天，就让我们站在一代代科学巨擘的肩上眺望未来：激光武器之路将通向何方？

本文来源于国防科技大学刘泽金院士（山大79级）为《中国激光》“山东大学百廿校庆之山大光学50年”纪念专辑领衔撰写的特邀综述。

原文下载：刘泽金, 杨未强, 韩凯, 许晓军. 激光武器设计准则探讨[J]. 中国激光, 2021, 48(12): 1201001

从1960年红宝石激光器的诞生，到如今琳琅满目的激光应用，激光，作为人类目前已知的最明亮的光源，已经走过了60余年波澜壮阔的历史。快速、精准、隐蔽……激光凭借其诸多优势早在诞生之初就成为各国军事专家竞相研究的“新概念武器”，甚至把它看作是有望改变未来战争“游戏规则”的法宝。

激光武器在科幻作品中早已成为常客，然而在真实的军事实战场景中却鲜有激光武器的身影。那么究竟是什么原因制约着激光武器打破科幻的外衣，迈入真正的战场呢？

舰载激光武器实现防空导弹拦截想象图

（图片来源：Global Defence Technology）

一、激光武器的系统构成

不同于科幻世界的天马行空，一个真正有作战能力的高能激光武器系统是极其复杂的，它主要由激光光源、光束控制及作战指挥三个部分构成。其中，激光光源可以看作为激光武器系统的“弹药仓”，用于产生杀伤目标的激光能量；光束控制是系统的“千里眼”，它包含光束定向器和自适应光学系统两大部分：光束定向器负责瞄准目标并控制激光发射方向，将能量准确投射到目标上，而自适应光学系统能够对光束波阵面畸变进行矫正，保证光束质量达标；作战指挥部分则是整个系统的“大脑”，它负责作战任务规划和指令，以及引导信息接入，并控制激光武器系统完成各项作战任务。

在实战场景中，激光武器系统的三大部分需要密切配合、环环相扣，缺一不可。因此，三大主体部分面临的技术困难就犹如“木桶效应”中的短板一般，制约着激光武器系统迈入真实战场的步伐。

二、激光武器研制面临的困难

首先，目前激光武器系统难以寻找到能量高、品质好、体型又小的“弹药仓”。在真实的军事应用，诸如舰载激光末端拦截、机载激光反导等战术等情境中，人们都期望激光武器的平均输出功率达到兆瓦级。目前，科学家仅仅在化学激光领域实现了这一目标，然而化学激光器体积规模庞大且战场保障困难，限制了其战术使用。尽管固体激光、光纤激光相继实现了百千瓦级输出，但系统复杂、含能源热管理后整体规模大、光束质量仍不理想，离兆瓦级高光束质量输出还有差距。

其次，激光武器系统对光束控制要求极高。以百公里级激光反导为例，在最理想的条件下，需要对100公里外25厘米直径的光斑实现精确控制，这就好比引着一根细线在千米外穿过一个针眼！而在实际交战过程中，还要克服平台抖动和大气效应造成的光束抖动、漂移、畸变等不利影响，尤其在陆基、海基和空基作战领域，大气吸收、散射、湍流和热晕等效应还会造成激光能量的衰减和光束质量的下降。

车载激光武器面临复杂多变的战场环境

（图片来源：解放军报）

与此同时，在真实的战场环境中，激光武器系统还必须面对复杂多变的战场环境，这就对其杀伤能力以及机动性能提出了一定要求。比如，激光武器在拦截火箭弹、巡航导弹等大型目标时，即使辐照到目标的能量密度高达1000 W/cm²，也仍需要1~10秒量级的辐照时间，这就大大限制了激光武器的实战应用。此外，为满足战场机动需求，激光武器还必须与作战平台相配合。因此，能够进入实战的激光武器必须具备兼顾整个系统的功重比和功体比。

三、激光武器主要设计准则

想要让激光武器从科幻走入现实，就必须关注其发展要点，抓住其核心的设计准则。结合激光武器面临的困难，依据基本的物理原理，研究认为，激光武器的主要设计准则有以下五个方面。

一是高亮度准则。激光武器的亮度是一个同时兼顾输出功率、激光波长以及光束质量的复合指标。其中，激光功率以及光束质量的提升分别是实现高亮度的基础和关键，在一定范围内更短的波长则是实现高亮度的有利因素。

二是发散角匹配准则。具备实战能力的激光武器系统一定是一个能够兼顾复杂战场环境的复合体，因此武器设计人员在掌握了系统出射发散角的基础上，必须要能够同时关注由于外界环境和武器系统本身带来的角度抖动或偏移，实现对激光发射到大气传输各个环节发散角的匹配。

三是桶中功率最高准则。“桶中功率”，顾名思义是指以靶目标为中心，在一定直径圆桶中的激光功率。这是一个可以同时评价激光武器功率、光束质量以及跟踪、瞄准等能力的综合指标，可以直接牵引武器系统的整体设计优化，也可用于激光武器试验鉴定评估。

四是高效耦合准则。激光毁伤的过程本质上是光与物质相互作用的过程，简单地说，光与物质耦合越强，激光对物质的毁伤效果就越明显。而光与物质的耦合能力强烈依赖于激光波长，因此对于不同的攻击目标通常需要选择材料耦合系数较高的激光波长。

五是平台适装准则。实战化激光武器系统必须与现役各类武器平台相适应，在压缩系统功重比和功体比的同时，还需考虑一体化设计、平台环境适应性、可维护性等因素。与此同时，作为一种“新概念武器”，在设计过程中也要考虑到激光武器本身对搭载其平台的干扰。

美国海军演示用激光炮
（图片来源：John F. Williams/美国海军）

四、结语

凡尔纳曾在科幻著作《神秘岛》中写到：“但凡人能想象之事，必有人能将其实现”。我们相信，伴随着一代代高能激光领域科学家们不断的奋斗和前进，只要把握住如今激光武器发展的困难和设计准则，人们对“光武器”千年的想象必将走进现实！

刘泽金院士简介

刘泽金，男，激光技术专家，中国工程院院士。山东无棣人，1983年毕业于山东大学激光专业，1997年获国防科学技术大学军用光学博士学位。曾任国防科技大学副校长、教授，国务院学位委员会学科评议组成员，中国光学学会副理事长。长期从事高能激光系统和技术研究，为我国高能激光工程发展做出了系统性、开拓性的贡献。曾获国家科技进步奖一等奖2项、二等奖1项，省自然科学一等奖1项，军队和部委级科技进步一等奖7项，何梁何利科学与技术进步奖，中国科协“求是”杰出青年实用工程奖，全国优秀科技工作者等。

科学编辑 | 毛元昊

编辑 | 沈灵灵

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