未来激光武器：致命弱点难称霸

　　今年4月，美方公开了未来新式舰载红外线年在波斯湾地区部署激光武器系统。美军方称这是为了应对伊朗不断发展的无人机群。

　　7月，网络更是传言，美军最新无人机“捕食者”C型也加装了激光武器；而“激光战车”也即将在陆军服役。

　　在科幻电影中称霸战场的激光武器，在现实中能否改变战争模式，称霸未来战场？《中国科学报》记者从中外专家口中得到的都是否定答案。

　　人类最早认识的光，恐怕就是太阳光，之后，懂得了用火光照明并驱赶野兽。在镜子出现以后，人类开始认识光的其他性质，光的折射、反射以及不同波长的光辐射的应用。但是这些应用并不能满足人类利用自然能量的，发散的光在一定的距离之后，能量总是会消耗殆尽。

　　物理学家爱因斯坦在1917年提出了一套全新的技术理论：光与物质相互作用。这一理论认为，在组成物质的原子中，有不同数量的粒子（电子）分布在不同的能级上，在高能级上的粒子受到某种光子的激发，就会从高能级跃迁到低能级上，这时会辐射出与激发它的光性质相同的光。

　　北京大学物理学院现代光学研究所教授张家森告诉《中国科学报》记者，爱因斯坦提出的这个理论认为，光可以放大。一束很弱的光在放大过程中，会得到频率和方向性一致的强光。“这个概念叫做受激放大或受激辐射。

　　当时有很多世界顶尖的科研机构都在尝试将爱因斯坦的理论转化为现实，但每家机构所采用的方式都不同。第一个成功的是美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家西奥多梅曼，1960年5月15日，他宣布获得了波长0.6943微米的激光，成为第一个将激光引入实用领域的科学家。

　　张家森说：“激光与普通光的区别就在于，激光有一个受激放大的过程。光是原子或分子从高能态往低能态跃迁的过程中辐射出的电磁场。普通光（比如太阳光、灯光）就是一定数量的原子在辐射的过程中互不相关，辐射出的光也“各自为政”。而激光就是某种物质的原子或分子在另外的光的影响下才辐射，在放大返回再放大形成的回路中产生出的光无论是方向性还是频率都是一致的，这就是激光。”

　　梅曼实现这一过程是利用一个高强闪光灯管激发红宝石。闪光灯管线圈缠绕在指尖大小的特殊红宝石晶体上，发出的光线照射进红宝石，并得到了一束集中而纤细的红光，当它射向某一点时，可以达到比太阳表面还高的温度。

　　随着激光的问世，它也迅速应用在不同的领域：医疗、遥感勘测、舞台效果、条形码扫描器、激光唱碟

　　1964年，007电影《金手指》中的大反派威胁007要用激光将他锯成两半。激光武器很快便成为科幻电影中的重要角色。电影《星球大战》更是将激光武器描写的淋漓尽致。1983年，美国总统里根发表了“星球大战”的演讲，描绘了基于太空的激光武器。激光武器开始进入现实。

　　由于激光的方向性好、波长范围窄（单色性好），比起普通光其用途就比较大。张家森说，激光可以沿着一个方向传播，能量也可以传播很远的距离，因此就可以成为武器。“在日常的应用中，我们主要是利用激光的方向性好这一方面，而它的单色性主要是应用于科研。”

　　“激光对人或物造成的损伤大部分是由热引起的，激光正是因为其方向性好而能够将集中的能量传输到较远的距离。”他说，“作为武器的激光，也不需要选择特定的波长，其能量的大小主要是与光子数有关。通过控制光子的总能量来控制武器的杀伤力。”

　　实际上，目前，激光已经在一些武器中使用，比如激光制导导弹。但在使用中，激光仅仅是作为一种辅助工具引导导弹打击目标而不是直接对目标进行攻击。此外，激光的致盲与干扰作用也已经在一些战争中使用。

　　军事科学院研究员杜文龙告诉《中国科学报》记者，低功率的激光武器在技术上已经非常成熟，但只是可以造眼眩晕或致盲，以及对精密武器造成致盲，属于干扰性武器。目前也只有美方有少量的使用，其他国家几乎没有。

　　著名智库“全球安全”负责人约翰派克（John Pike）在接受《中国科学报》记者邮件采访时描述，美国海军打算在波斯湾部署的激光武器属于率设计，其目的是防御伊朗卫队的快艇。

　　不过杜文龙告诉记者，目前美军激光武器都还在试验阶段，展示的成果也都是靶场上的试验结果，包括2013年在导弹驱逐舰“Dewey”的主炮位上加载的激光器也从未在实战中应用，并且其威力也仅仅适用于低空近距离防御。

　　在国外媒体的报道中，美方已经十分自信地发布了有关舰载激光武器的视频片段。在一段长约3分30秒的画面中，一架真实尺寸的试验无人机在受到激光武器的打击后，瞬间起火坠毁在大洋之中。视频中所展示的就是“Dewey”上加载的激光武器。

　　这段画面点燃了部分军迷对激光武器的热情，而军方也认为激光武器将成为现代战场上海军战术的“游戏转变”者。

　　在《星球大战》中，能够毁灭一个星球的激光炮、激光战机、单兵使用的激光枪甚至是激光剑是否能成为未来战场的霸主？

　　张家森告诉《中国科学报》记者，首先，类似激光剑这种将激光固化的想法只可能停留在想象中。而作为武器，激光实际上有很多限制。随着传输距离的增加，距离越远，激光的能量也会越发散。这不仅仅是对于激光武器来说，对于激光的很多应用，距离都是一个致命的弱点。

　　“为了解决这样的问题，一般来说都是使用直径在1～2米的大型望远镜把能量发射到更远的地方，减小其发散。”张家森说，“在激光通讯当中，比如地面与卫星的通讯，必须用望远镜将激光送到卫星上去。”

　　第二个限制因素就是传输中的损耗。不仅空气对能量的吸收会增加传输损耗，空气中的一些颗粒物也会吸收能量。这些颗粒吸收光后容易燃烧，并加热周围的空气，这样就会产生空气的扰动喘流，这种扰动相当于将激光分散。“这对于激光武器来说，也是一个很难解决的问题。”他说，“下雨、沙尘这样的天气对于激光武器都是致命的。”

　　作为军事专家，不论是派克还是杜文龙，对于激光武器替代常规武器成为主要的作战兵器都持否定的态度。

　　对环境限制，杜文龙也表示，包括PM2.5、气溶胶（液态或固态微粒在空气中的悬浮体系）等都会大大削减激光武器的能量。

　　此外，目前实验的这些激光武器都还属于低功率近距离压制性武器，与独立执行反导、拦截、防空这样的激光武器相比还差的很远。“低功率武器很容易，但高功率武器很难。”杜文龙说，高功率的主要限制是能源供应。高功率激光武器需要高功率的电源供应，但其体积大、重量大，只有军舰这样的大空间平台有能力有潜力装载。如果做不到小型化，机载甚至是空间轨道的部署也是很难做到的，更不用说单兵使用的具备杀伤力的激光武器。

　　杜文龙认为，激光武器想要排除雨、雾、PM2.5、气溶胶等这些环境的干扰，最好就是在近距离使用或是到大气层以外的太空地球轨道中使用。但也只能成为战场中的辅助型武器。“即使未来激光武器解决了小型化问题，能够部署在太空，也会有使用寿命的限制，电源耗尽就要重新部署。”他说。

　　派克也告诉《中国科学报》记者，激光武器永远都不可能替代常规武器，这也是他一贯的观点。但是对于激光武器的研究，这样的计划已经进行了几十年。“只要这些研究者继续前进，这些武器系统的实现终究是有希望的。”