光纖激光器武器將決定未來(lái)戰場(chǎng)走向

　　一架無(wú)人機靜靜地飛過(guò)美國新墨西哥州的不毛之地，直到它突然失去控制，墜毀在地。

　　然后，一臺狙擊炮從發(fā)射臺升起，并開(kāi)始瞄準目標。在沙漠地面上，一輛巨型沙色卡車(chē)，在發(fā)射看不見(jiàn)的紅外光束，摧毀一個(gè)接一個(gè)的目標。

　　這種高能激光移動(dòng)驗證機(HEL MD)是由航空巨頭芝加哥波音公司為美國軍方研發(fā)的一臺激光武器原型。在卡車(chē)內部，波音電子物理學(xué)工程師Stephanie Blount正盯著(zhù)自己筆記本屏幕上的目標，并利用手掌游戲控制器指導激光發(fā)射。“感覺(jué)非常像游戲。”她說(shuō)。

　　它似乎十分尋常：激光武器是現代電子游戲的主要道具之一，數十年來(lái)，各類(lèi)射線(xiàn)槍在科幻小說(shuō)中十分常見(jiàn)。但現在，它們不再是幻想。波音公司研發(fā)的原型只是美國和歐洲近年來(lái)研發(fā)的諸多類(lèi)似武器中的一種，而這在很大程度上多虧相對便宜、便攜和強勁的激光器的發(fā)展。這些激光器能通過(guò)光學(xué)纖維產(chǎn)生光束。

　　這些光纖武器的輸出功率以千瓦(kW)計數，數量級低于美國戰略防御計劃預計的百萬(wàn)瓦特。

　　但當下，這些類(lèi)似目前波音系統的測試表明，激光有足夠的能力克服恐怖組織的威脅。“這是非常劃算的方案，可以十分便宜地制造小型狙擊炮或火箭。”Blount說(shuō)。

　　例如，2014年年底，美國海軍展示了一種名為L(cháng)aWS的船載激光武器系統，該武器能定位恐怖分子和海盜使用的小船。該實(shí)驗武器目前安裝于龐塞號上—海灣地區一艘水陸兩棲火力支援艦。

　　但開(kāi)發(fā)者表示，要全面部署此類(lèi)武器仍存在挑戰，從提高武器功率到克服在霧天和多云天氣中使用激光的障礙等。不過(guò)，防務(wù)和安全專(zhuān)家正開(kāi)始更嚴肅地對待激光。“在近半個(gè)世紀的探索后，美國軍方今天正處于部署相關(guān)定向能武器的風(fēng)口浪尖。”新美國安全中心(CNAS)先進(jìn)技術(shù)專(zhuān)家Paul Scharre在今年4月發(fā)布的一份激光武器報告中寫(xiě)道。

　　功率困境

　　一直以來(lái)，激光武器都讓研發(fā)者迷醉，在上世紀八九十年代戰略防御計劃全盛時(shí)期尤為如此。CNAS 報告顯示，1989年，美國對激光武器的投入達到頂峰，當時(shí)政府投資金額相當于2014年的24億美元。但從那時(shí)到現在，經(jīng)費水平一直較低。之前的預期目標—擊落飛來(lái)的彈道導彈，已證實(shí)難以達到。

　　激光武器的秘訣在于將能量集中在一個(gè)足夠小的點(diǎn)，以便加熱和毀滅目標，而要做到這些，需要一臺能用于戰場(chǎng)的緊湊、便攜設備。說(shuō)遠比做容易。例如，1996年，美國空軍啟動(dòng)機載激光武器項目，作為防御彈道導彈的計劃之一。由于當時(shí)無(wú)法達到百萬(wàn)瓦特當量的輸出功率，研發(fā)者選擇使用化學(xué)氧碘激光(COIL)，它能由一種化學(xué)反應添加燃料。

　　但COIL過(guò)于龐大，因此只能由波音747運載，并且為激光燃料留下的空間很小。“它需要遠程混合裝置以及數萬(wàn)磅的化學(xué)物質(zhì)。”洛克希德·馬丁公司定向能系統主管Paul Shattuck說(shuō)。該公司為上述項目提供了光束控制技術(shù)。

　　華盛頓海軍研究實(shí)驗室定向能物理學(xué)家Phillip Sprangle表示，另一個(gè)重要問(wèn)題是空氣。他指出，不僅塵埃和自然湍流會(huì )使光束分散，激光走過(guò)的通路還會(huì )引發(fā)“熱暈效應”。Sprangle解釋道，當光束以極高的能量傳播時(shí)，“空氣會(huì )吸收激光，加熱空氣，并導致光束擴散”。反過(guò)來(lái)，這種擴散會(huì )削弱激光的能量。

　　至少，對于機載激光項目而言還有個(gè)好消息：類(lèi)似天文學(xué)家用來(lái)觀(guān)察恒星的自適應光學(xué)技術(shù)或許是解決方案。該技術(shù)利用鏡面自動(dòng)扭曲激光束，以便削弱湍流的影響，結果類(lèi)似矯正眼睛畸變的眼鏡。“隨著(zhù)光束穿越空氣，它被清理一新，最終能完美且密集地擊中目標。”

　　到2010年，適應光學(xué)技術(shù)已經(jīng)能良好地用于機載激光設備，幫助其摧毀飛行中的彈道導彈。但在那時(shí)，尺寸問(wèn)題等后勤方面的困境還是讓國防部失去了研發(fā)能量武器的熱情。2012年年初，該部門(mén)徹底取消了機載激光武器項目。同時(shí)，國防部在高能激光方面的投入也被削減，從2007年的9.61億美元到2014年的3.44億美元。

　　聚光燈下的光纖

　　經(jīng)費并未消失不見(jiàn)：人們的注意力已經(jīng)轉向更經(jīng)濟的光纖激光器。光纖激光器出現于1963年，自上世紀90年代以來(lái)，其已經(jīng)發(fā)展為盈余超過(guò)預期。盡管其他固體激光器使用剛性桿、晶體平板或磁盤(pán)產(chǎn)生光束，但大型光纖激光器要使用能包裹緊湊線(xiàn)圈的薄光學(xué)纖維。

　　這些光纖能從便宜的激光二極管的更明亮版本中收集光能，然后將光能放大，整個(gè)電光轉換效率能增加30%。這至少能使其他類(lèi)型的固體及激光器的能效翻倍，接近COIL等化學(xué)激光器。而且，光纖本質(zhì)上較長(cháng)和薄，因此其表面積和體積比例較大，并能很快地散發(fā)余熱，這將有助于延長(cháng)激光器使用壽命和減少維護工作。

　　上世紀90年代，這些工作開(kāi)始吸引人們的注意，當時(shí)光纖激光器開(kāi)始被用于加強運載互聯(lián)網(wǎng)數據的海底電纜的光信號。到本世紀初，研究人員開(kāi)始致力于研發(fā)用于焊接、鉆孔和切割的千瓦特級工業(yè)激光器，而這些設備也引發(fā)了軍事專(zhuān)家的興趣。

　　Shattuck回憶道，2010年前后，他和同事聽(tīng)聞以色列平民被當作從加沙地帶發(fā)射的火箭彈的目標，“一位村長(cháng)表示，"請給我們一些防護"。”Shattuck說(shuō)。而這激發(fā)洛克希德·馬丁公司研發(fā)區域防御反彈藥(ADAM)系統，該系統使用了常備的10千瓦特激光器以降低成本。

　　自2012年開(kāi)始，該公司透露，ADAM無(wú)法定位1.5公里外的船只、遙控飛機和小口徑火箭。盡管不愿透露ADAM的價(jià)格，洛克希德·馬丁公司表示，目前已經(jīng)準備為客戶(hù)提供該系統。

　　Blount沒(méi)有過(guò)多提及波音公司的HEL MD原型—它也使用了10千瓦特商業(yè)光纖激光器。該系統能從車(chē)用發(fā)動(dòng)機或獨立發(fā)動(dòng)機中提取能量，她表示：“摧毀許多目標只需要兩杯燃料。”這使其比常規導彈更便宜。“一枚便宜導彈需要10萬(wàn)美元，并且一次使用。而激光武器系統一次發(fā)射的費用少于10美元。”波音公司定向能系統負責人David DeYoung說(shuō)。

　　Blount還強調，激光武器的復興與圖像識別和瞄準系統的發(fā)展密不可分。“更好地瞄準，能讓光束更有效地打擊目標的薄弱環(huán)節。”她說(shuō)。多虧電腦瞄準，HEL MD能全自動(dòng)控制。