今年4月，美國軍方公開了未來新式艦載紅外線激光武器，并打算于2014年在波斯灣地區(qū)部署激光武器系統(tǒng)。美軍方稱這是為了應(yīng)對伊朗不斷發(fā)展的無人機(jī)群。

       7月，網(wǎng)絡(luò)更是傳言，美軍最新無人機(jī)“捕食者”C型也加裝了激光武器；而“激光戰(zhàn)車”也即將在陸軍服役。

       在科幻電影中稱霸戰(zhàn)場的激光武器，在現(xiàn)實(shí)中能否改變戰(zhàn)爭模式，稱霸未來戰(zhàn)場？《中國科學(xué)報》記者從中外專家口中得到的都是否定答案。

光·路

      人類最早認(rèn)識的光，恐怕就是太陽光，之后，懂得了用火光照明并驅(qū)趕野獸。在鏡子出現(xiàn)以后，人類開始認(rèn)識光的其他性質(zhì)，光的折射、反射以及不同波長的光輻射的應(yīng)用。但是這些應(yīng)用并不能滿足人類利用自然能量的欲望，發(fā)散的光在一定的距離之后，能量總是會消耗殆盡。

      物理學(xué)家愛因斯坦在1917年提出了一套全新的技術(shù)理論：光與物質(zhì)相互作用。這一理論認(rèn)為，在組成物質(zhì)的原子中，有不同數(shù)量的粒子（電子）分布在不同的能級上，在高能級上的粒子受到某種光子的激發(fā)，就會從高能級躍遷到低能級上，這時會輻射出與激發(fā)它的光性質(zhì)相同的光。

      北京大學(xué)物理學(xué)院現(xiàn)代光學(xué)研究所教授張家森告訴《中國科學(xué)報》記者，愛因斯坦提出的這個理論認(rèn)為，光可以放大。一束很弱的光在放大過程中，會得到頻率和方向性一致的強(qiáng)光。“這個概念叫做‘受激放大’或‘受激輻射’。

      當(dāng)時有很多世界頂尖的科研機(jī)構(gòu)都在嘗試將愛因斯坦的理論轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)，但每家機(jī)構(gòu)所采用的方式都不同。第一個成功的是美國加利福尼亞州休斯實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家西奧多·梅曼，1960年5月15日，他宣布獲得了波長0.6943微米的激光，成為第一個將激光引入實(shí)用領(lǐng)域的科學(xué)家。

      張家森說：“激光與普通光的區(qū)別就在于，激光有一個受激放大的過程。光是原子或分子從高能態(tài)往低能態(tài)躍遷的過程中輻射出的電磁場。普通光（比如太陽光、燈光）就是一定數(shù)量的原子在輻射的過程中互不相關(guān)，輻射出的光也“各自為政”。而激光就是某種物質(zhì)的原子或分子在另外的光的影響下才輻射，在‘放大—返回—再放大’形成的回路中產(chǎn)生出的光無論是方向性還是頻率都是一致的，這就是激光。”

      梅曼實(shí)現(xiàn)這一過程是利用一個高強(qiáng)閃光燈管激發(fā)紅寶石。閃光燈管線圈纏繞在指尖大小的特殊紅寶石晶體上，發(fā)出的光線照射進(jìn)紅寶石，并得到了一束集中而纖細(xì)的紅光，當(dāng)它射向某一點(diǎn)時，可以達(dá)到比太陽表面還高的溫度。

      光，就在這一刻走完了它重要的變身之路，從普通光成為激光。

應(yīng)用·武器

      隨著激光的問世，它也迅速應(yīng)用在不同的領(lǐng)域：醫(yī)療、遙感勘測、舞臺效果、條形碼掃描器、激光唱碟……

      1964年，007電影《金手指》中的大反派威脅007要用激光將他鋸成兩半。激光武器很快便成為科幻電影中的重要角色。電影《星球大戰(zhàn)》更是將激光武器描寫的淋漓盡致。1983年，美國總統(tǒng)里根發(fā)表了“星球大戰(zhàn)”的演講，描繪了基于太空的激光武器。激光武器開始進(jìn)入現(xiàn)實(shí)。

      由于激光的方向性好、波長范圍窄（單色性好），比起普通光其用途就比較大。張家森說，激光可以沿著一個方向傳播，能量也可以傳播很遠(yuǎn)的距離，因此就可以成為武器。“在日常的應(yīng)用中，我們主要是利用激光的方向性好這一方面，而它的單色性主要是應(yīng)用于科研。”

      “激光對人或物造成的損傷大部分是由熱引起的，激光正是因?yàn)槠浞较蛐院枚軌驅(qū)⒓械哪芰總鬏數(shù)捷^遠(yuǎn)的距離。”他說，“作為武器的激光，也不需要選擇特定的波長，其能量的大小主要是與光子數(shù)有關(guān)。通過控制光子的總能量來控制武器的殺傷力。”

        實(shí)際上，目前，激光已經(jīng)在一些武器中使用，比如激光制導(dǎo)導(dǎo)彈。但在使用中，激光僅僅是作為一種輔助工具引導(dǎo)導(dǎo)彈打擊目標(biāo)而不是直接對目標(biāo)進(jìn)行攻擊。此外，激光的致盲與干擾作用也已經(jīng)在一些戰(zhàn)爭中使用。

        軍事科學(xué)院研究員杜文龍告訴《中國科學(xué)報》記者，低功率的激光武器在技術(shù)上已經(jīng)非常成熟，但只是可以造成人眼眩暈或致盲，以及對精密武器造成致盲，屬于干擾性武器。目前也只有美國軍方有少量的使用，其他國家?guī)缀鯖]有。

       著名智庫“全球安全”負(fù)責(zé)人約翰·派克（John Pike）在接受《中國科學(xué)報》記者郵件采訪時描述，美國海軍打算在波斯灣部署的激光武器屬于中功率設(shè)計(jì)，其目的是防御伊朗革命衛(wèi)隊(duì)的快艇。

      不過杜文龍告訴記者，目前美軍激光武器都還在試驗(yàn)階段，展示的成果也都是靶場上的試驗(yàn)結(jié)果，包括2013年在導(dǎo)彈驅(qū)逐艦“Dewey”的主炮位上加載的激光器也從未在實(shí)戰(zhàn)中應(yīng)用，并且其威力也僅僅適用于低空近距離防御。

弱點(diǎn)·未來

       在國外媒體的報道中，美國軍方已經(jīng)十分自信地發(fā)布了有關(guān)艦載激光武器的視頻片段。在一段長約3分30秒的畫面中，一架真實(shí)尺寸的試驗(yàn)無人機(jī)在受到激光武器的打擊后，瞬間起火墜毀在大洋之中。視頻中所展示的就是“Dewey”上加載的激光武器。

       這段畫面點(diǎn)燃了部分軍迷對激光武器的熱情，而軍方也認(rèn)為激光武器將成為現(xiàn)代戰(zhàn)場上海軍戰(zhàn)術(shù)革命的“游戲轉(zhuǎn)變”者。

       在《星球大戰(zhàn)》中，能夠毀滅一個星球的激光炮、激光戰(zhàn)機(jī)、單兵使用的激光槍甚至是激光劍是否能成為未來戰(zhàn)場的霸主？

       張家森告訴《中國科學(xué)報》記者，首先，類似激光劍這種將激光固化的想法只可能停留在想象中。而作為武器，激光實(shí)際上有很多限制。隨著傳輸距離的增加，距離越遠(yuǎn)，激光的能量也會越發(fā)散。這不僅僅是對于激光武器來說，對于激光的很多應(yīng)用，距離都是一個致命的弱點(diǎn)。

       “為了解決這樣的問題，一般來說都是使用直徑在1～2米的大型望遠(yuǎn)鏡把能量發(fā)射到更遠(yuǎn)的地方，減小其發(fā)散。”張家森說，“在激光通訊當(dāng)中，比如地面與衛(wèi)星的通訊，必須用望遠(yuǎn)鏡將激光送到衛(wèi)星上去。”

       第二個限制因素就是傳輸中的損耗。不僅空氣對能量的吸收會增加傳輸損耗，空氣中的一些顆粒物也會吸收能量。這些顆粒吸收光后容易燃燒，并加熱周圍的空氣，這樣就會產(chǎn)生空氣的擾動——喘流，這種擾動相當(dāng)于將激光分散。“這對于激光武器來說，也是一個很難解決的問題。”他說，“下雨、沙塵這樣的天氣對于激光武器都是致命的。”

       作為軍事專家，不論是派克還是杜文龍，對于激光武器替代常規(guī)武器成為主要的作戰(zhàn)兵器都持否定的態(tài)度。

       對環(huán)境限制，杜文龍也表示，包括PM2.5、氣溶膠（液態(tài)或固態(tài)微粒在空氣中的懸浮體系）等都會大大削減激光武器的能量。

       此外，目前實(shí)驗(yàn)的這些激光武器都還屬于低功率近距離壓制性武器，與獨(dú)立執(zhí)行反導(dǎo)、攔截、防空這樣的激光武器相比還差的很遠(yuǎn)。“低功率武器很容易，但高功率武器很難。”杜文龍說，高功率的主要限制是能源供應(yīng)。高功率激光武器需要高功率的電源供應(yīng)，但其體積大、重量大，只有軍艦這樣的大空間平臺有能力有潛力裝載。如果做不到小型化，機(jī)載甚至是空間軌道的部署也是很難做到的，更不用說單兵使用的具備殺傷力的激光武器。

      杜文龍認(rèn)為，激光武器想要排除雨、霧、PM2.5、氣溶膠等這些環(huán)境的干擾，最好就是在近距離使用或是到大氣層以外的太空地球軌道中使用。但也只能成為戰(zhàn)場中的輔助型武器。“即使未來激光武器解決了小型化問題，能夠部署在太空，也會有使用壽命的限制，電源耗盡就要重新部署。”他說。

       派克也告訴《中國科學(xué)報》記者，激光武器永遠(yuǎn)都不可能替代常規(guī)武器，這也是他一貫的觀點(diǎn)。但是對于激光武器的研究，這樣的計(jì)劃已經(jīng)進(jìn)行了幾十年。“只要這些研究者繼續(xù)前進(jìn)，這些武器系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)終究是有希望的。”