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科幻电影中无所不能指哪打哪的激光武器(真实存在的科幻武器)

时间:2023-11-19 06:11:30 阅读:1014 作者:催泪老歌

科幻电影中无所不能指哪打哪的激光武器(真实存在的科幻武器)-第1张

激光武器到底有多厉害还是过于神话?

有关测试激光武器的信息经常出现在外国媒体的页面上。所有这些报告的共同之处在于缺乏激光的详细特性,在此基础上可以评估这类武器的真正能力。

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俄罗斯近日宣布启用一种激光武器,能够在5秒内摧毁5公里外的无人机,并在100公里的距离内使太空卫星致盲。

工业激光机可以切割和焊接厚达约40毫米的金属板,令人印象深刻。但要研制科幻小说和电影中描述的新型激光武器,那是相当困难的。

然而,在过去的20年里,所展示的战斗激光原型不能被称为成熟的武器。现代激光系统实际证明对目标物理破坏的最大距离不超过约5公里。还没有目标在最远100公里的距离上被实际摧毁的报告。

为什么激光武器不能远距离打击?

既然工业激光能够切割厚钢板,那为什么用激光摧毁导弹,飞机,卫星和其他装甲目标方面存在困难?

这是激光束衍射发散造成的影响,这需要将其聚焦在目标和提高兆瓦激光功率上。如何解决这个难题呢?

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首先,在工业激光器中,为了在切割区域实现高光束载荷,使用透镜或反射镜聚焦激光束。

工业激光器的聚焦透镜,取决于辐射的波长,由石英,硒化锌, 砷化镓和其他材料制成。透镜直径在20...30毫米,焦距可达200毫米。除透镜外,还使用反射镜聚焦光束。聚焦非球面镜通常由金属制成。根据激光辐射的波长,反射表面可以由各种材料制成,例如铝(紫外线范围)或银,金(红外范围)。

让我们估计焦距为5公里的单侧凸激光透镜的特征。透镜材料在近红外范围内的折射率值(λ~1 μm)在1.4...1,7. 使用公式进行的基本计算表明,透镜表面的曲率半径在4...7 km的范围内。透镜直径为30 mm时,透镜中心凸起相对于其边缘的厚度为15...30 nm。

焦距为5 km,直径为30 mm的球面镜的曲率估计值与透镜相似,得出镜面中心相对于其边缘的凹度约为4,5 nm。对于直径为30 mm,焦距为100 km的聚焦透镜/反射镜,凸度/凹度降至~3埃,这与固体原子之间的距离相当。不可能制造出具有这种特性的光学元件。

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从上述讨论中可以得出的自然结论如下,不可能使用类似于工业激光的激光器作为武器的原因之一是缺乏将激光束聚焦在长距离上的手段。然而,尽管长焦距光学器件的参数对于现代技术来说非常离谱,但可以将激光辐射聚焦在长达5 km的距离上,这将在以后进行考虑。

如果超过5公里?

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同时,可以说,为了获得能够在大于5公里的距离上物理摧毁目标的激光束,有必要提高光束能量,而无需额外的聚焦。获得目标上具有大光束载荷的光斑的另一种方法是将几个相对低功率激光器的辐射集中在目标的一个点上,例如美国劳伦斯利弗莫尔国家实验室,在其中一个热核反应堆模型的原型中所做的那样,192个激光器,每个脉冲的总功率为500太瓦。

第二种方法使用多波束激光系统。例如,德国莱茵金属HEL用四个20 kW激光器的辐射组合到目标上的一个点。据悉,借助该装置,一架无人机在500米的距离被击落。

几十公里的距离上进行光学和电子定位的现代手段是否能够将几束激光束带到一个点,其精度不到单个激光束光斑直径的一半,并保持它们足够长的时间以摧毁移动目标。所以使用多光束激光系统进行大距离破坏的事实来看,这种方法目前实际上尚未实施。

第三种类型:使用单光束高功率激光。

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多年前一辆装有激光系统的装甲车对大口径炮弹上,在弹丸的侧面清楚地投射出一个红点。它需要两秒钟,三秒钟,五秒钟,之后弹丸引爆。

这种武器的真正用途是值得怀疑的,因为几乎不可能在位于几十公里距离和高速飞行的真实目标上的一个点上保持几秒钟的光点。

作为军用激光束功率的下限,该功率由能够在几分之一秒内在金属上打孔,至少要达到1 MW / cm2。

不过要研制兆瓦光束功率的激光器,需要解决激光束的衍射发散。

考虑到发散,激光输出端光束的比功率值将取为2 MW/cm2.让我们取等于50%的激光效率值,即要获得功率为1 MW的光束,就需要将2 MW的能量泵入激光器中。那些愿意的人可以自己取其他值并进行以下计算。

如果获得直径为1厘米且特定输出功率为2 MW / cm的光束,需要辐射功率为16 MW的激光器,然后对于直径为3 cm的光束需要14 MW。对于效率为50%的激光器,这意味着能量将分别为32 MW和28 MW的激光武器来说,非常庞大。

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美国有一种移动兆瓦级激光器,是一种化学碘化氧激光器(COIL,化学氧碘激光器),波长为1315微米,安装在波音747飞机上。激光器的连续功率为几兆瓦。这种类型的激光器的缺点可以被认为是光束的大发散,超过了衍射。

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根据未经证实的报道,这种激光武器击中目标的距离是几十公里。至于是物理破坏或光学传感器的致盲 也不清楚。在过去的20年里,这架波音激光武器项目多次关闭和恢复,该项目的现状要么是“有希望”,要么是“失败”。

同时,实际操作的激光系统的功率小于500 kW,最佳效率不超过约70%。可以说,目前有可能创建一个光束功率为几兆瓦的移动激光装置,这将使在20公里的距离上物理摧毁目标成为可能。然而,将其用于军事目的的实际可能性仍然值得怀疑。

目前,制造用于在卫星和其他飞机上致盲观测设备的光电传感器的战斗激光的任务看起来更加逼真。

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最后,用激光束直接在上千公里或者几百公里范围内摧毁目标不太可能,但对目标进行激光照射无人机或者低轨道卫星致盲不需要兆瓦激光功率,比较容易实现。

其次,激光武器从“冷”状态达到运行模式的时间太长,无法连续作战。

第三,大型激光武器需要瞬产输出超大功率能量,这要抽水蓄能电站或者用核反应来在短时间提供超大能量。作战具有局限性。

所以,科幻电影中指哪打哪的神秘激光武器,目前来说只是一个传说,不太符合物理规律。

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