具有極高精確性的定向能武器，幾十年來一直備受軍事計(jì)劃者們的關(guān)注，但是直到最近國(guó)防部才真正地開始在激光技術(shù)方面投入資金，并期望這一舉動(dòng)最終會(huì)導(dǎo)致光速戰(zhàn)術(shù)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(shù)噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)、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(xué)激光器能夠達(dá)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(jī)上的兆瓦級(jí)空軍機(jī)載激光（ABL）系統(tǒng)、陸軍的陸基戰(zhàn)術(shù)高能激光（THEL）等。機(jī)載激光可以擊落彈道導(dǎo)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(xué)激光能量的產(chǎn)生是通過一種化學(xué)反應(yīng)來實(shí)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(fù)雜，保障也很困難，因此，不太適合用作一種戰(zhàn)場(chǎng)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(dòng)，這使得它們?cè)诰o湊型武器系統(tǒng)領(lǐng)域頗受青睞。但是，這項(xiàng)技術(shù)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(dá)到的功率水平一直沒有什么實(shí)質(zhì)性的突破，因此無法滿足研制激光武器的軍事需求?，F(xiàn)在，固體激光在低功率應(yīng)用方面卻已經(jīng)非常普及，如激光打標(biāo)和加工技術(shù)等領(lǐng)域。通常來講，要作為一種武器來使用，激光的能級(jí)范圍要達(dá)到幾十千瓦到幾兆瓦的功率水平。

     圍繞著美國(guó)空軍研究實(shí)驗(yàn)室主管的25千瓦固體激光器研發(fā)項(xiàng)目正在進(jìn)行著一場(chǎng)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)。這個(gè)項(xiàng)目將確定固體激光技術(shù)是否已經(jīng)成熟并適合進(jìn)一步的發(fā)展。盡管空軍研究實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們成功地證明了功率為 25千瓦的固體激光器能夠在實(shí)驗(yàn)室條件下進(jìn)行工作，但是專家們警告說，要把這一基本的技術(shù)轉(zhuǎn)化成為一項(xiàng)實(shí)用的武器，還需要做更多的研發(fā)和工程工作。國(guó)防部的承包商美國(guó)湯普森－拉莫－伍爾德里奇公司（簡(jiǎn)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(shí)間，在五到十年內(nèi)，它們能夠把這一功率級(jí)別提高到100千瓦。

     這樣的言論在一定程度上對(duì)空軍的計(jì)劃起到了激勵(lì)作用。空軍研究實(shí)驗(yàn)室的激光物理學(xué)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(zhǔn)備來為我們演示這一技術(shù)。我們實(shí)驗(yàn)室科學(xué)家們的知識(shí)，再加上承包商的信心，使我們下定決心要真正地推進(jìn)這一技術(shù)。”

     參與競(jìng)標(biāo)的公司將會(huì)有兩年時(shí)間來進(jìn)行技術(shù)展示的準(zhǔn)備工作。萊格尼克表示，她不能披露有多少公司正在參與競(jìng)爭(zhēng)，或者說是有多少公司將會(huì)得到這份4900萬美元的項(xiàng)目合同。競(jìng)標(biāo)將在九月到結(jié)束。

     萊格尼克說，25千瓦固體激光器的展示工作只是一個(gè)跳板，最終的目的是研制100千瓦的固體激光器。她同時(shí)也承認(rèn)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(gè)技術(shù)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(yuǎn)距離和較長(zhǎng)的持續(xù)工作時(shí)間。

     美國(guó)國(guó)防大學(xué)資深研究人員艾力赫•茲米特說，固體激光技術(shù)在緊湊型武器應(yīng)用方面有著很大的潛力。但是他同時(shí)也提醒說，圍繞著這一技術(shù)還存在著許多的市場(chǎng)因素和夸大其詞的成分。他說，研制25千瓦固體激光器風(fēng)險(xiǎn)很大，但是從物理學(xué)的角度講并不是不可能的事。因?yàn)楦綆Мa(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(jí)別存在著巨大的挑戰(zhàn)。茲米特解釋說，化學(xué)激光器中產(chǎn)生的無用的熱量可以被流動(dòng)的空氣帶走，但是固體激光器則不然，工作時(shí)產(chǎn)生的熱量仍然會(huì)保留在激光介質(zhì)的內(nèi)部，而且內(nèi)部溫度會(huì)越來越高，最后會(huì)導(dǎo)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(fēng)冷的形式對(duì)激光介質(zhì)的散熱平臺(tái)進(jìn)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(gè)脈沖的間歇進(jìn)行散熱。茲米特說，采用物理手段對(duì)激光器進(jìn)行降溫是更好的選擇，因?yàn)檫@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(xiàng)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(gè)100千瓦的固體激光器在以額定功率工作時(shí)會(huì)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(rèn)為是相當(dāng)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(jià)也十分昂貴，因?yàn)橛脕砑?lì)激光器工作的二極管的價(jià)格十分高昂。例如，要成功地激勵(lì)一臺(tái)效率為百分之十的100千瓦固體激光器，要求一百萬個(gè)二極管，產(chǎn)生每一瓦特的功率需要的二極管的價(jià)值約為100美元。“那會(huì)是一項(xiàng)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(lǐng)域得到廣泛應(yīng)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(lì)的，而是用閃光燈激勵(lì)的方式。因?yàn)槌Ｒ?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(lì)的激光器的效率是閃光燈激勵(lì)的激光器的三到五倍，而且使用壽命也更長(zhǎng)，這種典型的激光器的使用壽命可以達(dá)到10000小時(shí)，而閃光燈激勵(lì)的激光器的使用壽命只有幾百個(gè)小時(shí)。

 聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)（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(jī)的機(jī)載武器選項(xiàng)。聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)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(dǎo)彈的尋的傳感器。洛克希德•馬丁公司負(fù)責(zé)高級(jí)發(fā)展計(jì)劃的代表尼爾•凱希納說，F(xiàn)-35戰(zhàn)斗機(jī)的設(shè)計(jì)很適合安裝固體激光武器，只要做好激光光束瞄準(zhǔn)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(jī)使用的武器，我們認(rèn)為必須要達(dá)到100千瓦的能級(jí)目標(biāo)。

     凱希納說，垂直起飛的一款F-35戰(zhàn)斗機(jī)上有一個(gè)靠傳動(dòng)軸驅(qū)動(dòng)的升力風(fēng)扇，如果去掉這一個(gè)風(fēng)扇，會(huì)留下一個(gè)孔，非常適合安裝固體激光器。“不僅在空間上會(huì)有一個(gè)大小剛好合適的孔，而且傳動(dòng)軸可以產(chǎn)生27000匹馬力的功率，這樣你就可以有一個(gè)巨大的功率支持了，”凱希納說。戰(zhàn)場(chǎng)范圍在不斷地?cái)U(kuò)展，但是激光的射程還是顯得非常有限，一臺(tái)100千瓦的激光器只能夠把激光投射到幾百英尺遠(yuǎn)的地方。

     凱希納提醒說，在F-35戰(zhàn)斗機(jī)上使用固體激光器技術(shù)仍然面臨著許多的困難和阻礙，例如，圍繞著F-35戰(zhàn)斗機(jī)的大氣擾動(dòng)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(duì)在F-35 戰(zhàn)斗機(jī)上使用固體激光器技術(shù)持歡迎態(tài)度，一直充當(dāng)著激光生產(chǎn)商的“啦啦隊(duì)長(zhǎng)”的角色，因?yàn)樗Ｍ贔-35戰(zhàn)斗機(jī)上看到有激光武器的出現(xiàn)。為了獲得空軍研究實(shí)驗(yàn)室的項(xiàng)目授權(quán)，目前至少有兩個(gè)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(biāo)題#e#

     TRW空間與電子公司負(fù)責(zé)導(dǎo)彈防御的代表史蒂芬J•托納說，他對(duì)25千瓦固體激光器的潛在市場(chǎng)表示樂觀。“我們看到許多消費(fèi)者對(duì)此表現(xiàn)出越來越大的興趣，”他在接受采訪時(shí)說。TRW公司為參加空軍的競(jìng)標(biāo)而設(shè)計(jì)的25千瓦固體激光器原型能夠裝入一個(gè)吊艙之中，因此它可以被輕松地安裝在戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)中，包括有人駕駛飛機(jī)和無人駕駛飛機(jī)。同時(shí)，波音公司還要求TRW公司為空軍X－45無人戰(zhàn)斗飛機(jī)設(shè)計(jì)一個(gè)激光武器吊艙。  

     25千瓦固體激光器的光束強(qiáng)度足以使敵方的巡航導(dǎo)彈或是地面車輛無法工作，托納說，“你用不著摧毀整個(gè)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(dòng)機(jī)罩，你就可以使它們喪失能力。”這一技術(shù)成功的關(guān)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(biāo)。托納解釋說，如果光束質(zhì)量足夠好，一個(gè)25千瓦的固體激光器能夠投射三到四公里遠(yuǎn)，并在金屬上燒出一個(gè)洞來。TRW公司生產(chǎn)的25千瓦固體激光器的原型是一個(gè)主動(dòng)型冷卻的激光器，它在內(nèi)部采取水冷方式，在外部采用風(fēng)冷方式。

     盡管固體激光器不能像化學(xué)激光器那樣可以達(dá)到兆瓦級(jí)的功率，但它們卻有一個(gè)很大的優(yōu)點(diǎn)，那就是它們能夠比化學(xué)激光器更輕松地穿透大氣。托納指出，化學(xué)能量驅(qū)動(dòng)的機(jī)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(shí)間才能迎來100千瓦級(jí)激光器的誕生。”達(dá)到這一功率以后仍將需要數(shù)年時(shí)間來把它轉(zhuǎn)化成一種激光武器并配置在某一武器平臺(tái)上。托納承認(rèn)，他長(zhǎng)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(rèn)為是改變這種想法的時(shí)候了。”

     最近幾年，美國(guó)勞倫斯利弗莫爾國(guó)家實(shí)驗(yàn)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(dòng)的，也不是主動(dòng)冷卻型的激光器。為了進(jìn)行冷卻，它必須采取間歇性的工作方式，即工作一會(huì)關(guān)閉一會(huì)。這一系統(tǒng)被稱為“熱容激光器”，雷神公司也參加了這項(xiàng)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(huì)給美國(guó)陸軍一個(gè)機(jī)會(huì)來對(duì)這一技術(shù)進(jìn)行考驗(yàn)并確定其潛在的應(yīng)用。

     雷神公司負(fù)責(zé)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(duì)熱容激光器進(jìn)行改造，從閃光燈激勵(lì)轉(zhuǎn)換成二極管激勵(lì)。”公司正在試圖說服陸軍資助一個(gè)15千瓦移動(dòng)激光器的研制項(xiàng)目，并表示可以把這種移動(dòng)激光器首先交給戰(zhàn)場(chǎng)上的作戰(zhàn)部隊(duì)進(jìn)行試用，讓官兵們切實(shí)感受一下這種武器的性能。來自一線部隊(duì)的反饋對(duì)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(huì)有什么樣的軍事應(yīng)用需求。” 雷神公司高能激光項(xiàng)目的主管查文希•邁克恩說，公司不僅在爭(zhēng)取空軍的25千瓦固體激光器的合同項(xiàng)目，同時(shí)也在主動(dòng)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(jī)機(jī)載100千瓦的概念型激光武器。“聯(lián)合攻擊戰(zhàn)斗機(jī)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(jí)大黃蜂”戰(zhàn)斗機(jī)研制的激光吊艙目前也正在設(shè)計(jì)當(dāng)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(xiàng)基于特殊的激光鏡和光學(xué)器件的專利技術(shù)――相位共軛技術(shù)，邁克恩說這項(xiàng)技術(shù)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(gè)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(lì)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(lì)激光器轉(zhuǎn)型的時(shí)候，研究人員發(fā)現(xiàn)二極管能夠激勵(lì)鐿這種金屬，而且產(chǎn)生的熱量比釹少75%左右，這無疑會(huì)大大地省去給激光器降溫的麻煩。邁克恩預(yù)測(cè)二極管的成本也將會(huì)下降，在今后的幾年中，二極管的價(jià)格可能會(huì)從當(dāng)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(gè)100千瓦的激光器，消耗的二極管數(shù)量會(huì)是全世界二極管年產(chǎn)量的三倍。美國(guó)國(guó)防大學(xué)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(jià)格合理的固體激光器。“如果100千瓦的激光裝置要價(jià)達(dá)到3000萬到4000萬美元的話，軍方可能不會(huì)對(duì)它感興趣。”