中國共產黨成立一百年來，對科技的創新與發展給予了巨大的關注和支持。如今在黨的領導下，中國科技事業逐步由大做強。科技創新既是強國之路也是強軍之要，實戰化激光武器更是我們未來必須搶占的科技高地之一。今天，就讓我們站在一代代科學巨擘的肩上眺望未來：激光武器之路將通向何方？
本文來源于國防科技大學劉澤金院士（山大79級）為《中國激光》“山東大學百廿校慶之山大光學50年”紀念專輯領銜撰寫的特邀綜述。
原文下載：劉澤金, 楊未強, 韓凱, 許曉軍. 激光武器設計準則探討[J]. 中國激光, 2021, 48(12): 1201001
從1960年紅寶石激光器的誕生，到如今琳瑯滿目的激光應用，激光，作為人類目前已知的最明亮的光源，已經走過了60余年波瀾壯闊的歷史。快速、精準、隱蔽……激光憑借其諸多優勢早在誕生之初就成為各國軍事專家競相研究的“新概念武器”，甚至把它看作是有望改變未來戰爭“游戲規則”的法寶。
激光武器在科幻作品中早已成為常客，然而在真實的軍事實戰場景中卻鮮有激光武器的身影。那么究竟是什么原因制約著激光武器打破科幻的外衣，邁入真正的戰場呢？
艦載激光武器實現防空導彈攔截想象圖
（圖片來源：Global Defence Technology）
一、激光武器的系統構成
不同于科幻世界的天馬行空，一個真正有作戰能力的高能激光武器系統是極其復雜的，它主要由激光光源、光束控制及作戰指揮三個部分構成。其中，激光光源可以看作為激光武器系統的“彈藥倉”，用于產生殺傷目標的激光能量；光束控制是系統的“千里眼”，它包含光束定向器和自適應光學系統兩大部分：光束定向器負責瞄準目標并控制激光發射方向，將能量準確投射到目標上，而自適應光學系統能夠對光束波陣面畸變進行矯正，保證光束質量達標；作戰指揮部分則是整個系統的“大腦”，它負責作戰任務規劃和指令，以及引導信息接入，并控制激光武器系統完成各項作戰任務。
在實戰場景中，激光武器系統的三大部分需要密切配合、環環相扣，缺一不可。因此，三大主體部分面臨的技術困難就猶如“木桶效應”中的短板一般，制約著激光武器系統邁入真實戰場的步伐。
二、激光武器研制面臨的困難
首先，目前激光武器系統難以尋找到能量高、品質好、體型又小的“彈藥倉”。在真實的軍事應用，諸如艦載激光末端攔截、機載激光反導等戰術等情境中，人們都期望激光武器的平均輸出功率達到兆瓦級。目前，科學家僅僅在化學激光領域實現了這一目標，然而化學激光器體積規模龐大且戰場保障困難，限制了其戰術使用。盡管固體激光、光纖激光相繼實現了百千瓦級輸出，但系統復雜、含能源熱管理后整體規模大、光束質量仍不理想，離兆瓦級高光束質量輸出還有差距。
其次，激光武器系統對光束控制要求極高。以百公里級激光反導為例，在最理想的條件下，需要對100公里外25厘米直徑的光斑實現精確控制，這就好比引著一根細線在千米外穿過一個針眼！而在實際交戰過程中，還要克服平臺抖動和大氣效應造成的光束抖動、漂移、畸變等不利影響，尤其在陸基、海基和空基作戰領域，大氣吸收、散射、湍流和熱暈等效應還會造成激光能量的衰減和光束質量的下降。
車載激光武器面臨復雜多變的戰場環境
（圖片來源：解放軍報）
與此同時，在真實的戰場環境中，激光武器系統還必須面對復雜多變的戰場環境，這就對其殺傷能力以及機動性能提出了一定要求。比如，激光武器在攔截火箭彈、巡航導彈等大型目標時，即使輻照到目標的能量密度高達1000 W/cm2，也仍需要1~10秒量級的輻照時間，這就大大限制了激光武器的實戰應用。此外，為滿足戰場機動需求，激光武器還必須與作戰平臺相配合。因此，能夠進入實戰的激光武器必須具備兼顧整個系統的功重比和功體比。
三、激光武器主要設計準則
想要讓激光武器從科幻走入現實，就必須關注其發展要點，抓住其核心的設計準則。結合激光武器面臨的困難，依據基本的物理原理，研究認為，激光武器的主要設計準則有以下五個方面。
一是高亮度準則。激光武器的亮度是一個同時兼顧輸出功率、激光波長以及光束質量的復合指標。其中，激光功率以及光束質量的提升分別是實現高亮度的基礎和關鍵，在一定范圍內更短的波長則是實現高亮度的有利因素。
二是發散角匹配準則。具備實戰能力的激光武器系統一定是一個能夠兼顧復雜戰場環境的復合體，因此武器設計人員在掌握了系統出射發散角的基礎上，必須要能夠同時關注由于外界環境和武器系統本身帶來的角度抖動或偏移，實現對激光發射到大氣傳輸各個環節發散角的匹配。
三是桶中功率最高準則。“桶中功率”，顧名思義是指以靶目標為中心，在一定直徑圓桶中的激光功率。這是一個可以同時評價激光武器功率、光束質量以及跟蹤、瞄準等能力的綜合指標，可以直接牽引武器系統的整體設計優化，也可用于激光武器試驗鑒定評估。
四是高效耦合準則。激光毀傷的過程本質上是光與物質相互作用的過程，簡單地說，光與物質耦合越強，激光對物質的毀傷效果就越明顯。而光與物質的耦合能力強烈依賴于激光波長，因此對于不同的攻擊目標通常需要選擇材料耦合系數較高的激光波長。
五是平臺適裝準則。實戰化激光武器系統必須與現役各類武器平臺相適應，在壓縮系統功重比和功體比的同時，還需考慮一體化設計、平臺環境適應性、可維護性等因素。與此同時，作為一種“新概念武器”，在設計過程中也要考慮到激光武器本身對搭載其平臺的干擾。
美國海軍演示用激光炮
（圖片來源：John F. Williams/美國海軍）
四、結語
凡爾納曾在科幻著作《神秘島》中寫到：“但凡人能想象之事，必有人能將其實現”。我們相信，伴隨著一代代高能激光領域科學家們不斷的奮斗和前進，只要把握住如今激光武器發展的困難和設計準則，人們對“光武器”千年的想象必將走進現實！
劉澤金院士簡介
劉澤金，男，激光技術專家，中國工程院院士。山東無棣人，1983年畢業于山東大學激光專業，1997年獲國防科學技術大學軍用光學博士學位。曾任國防科技大學副校長、教授，國務院學位委員會學科評議組成員，中國光學學會副理事長。長期從事高能激光系統和技術研究，為我國高能激光工程發展做出了系統性、開拓性的貢獻。曾獲國家科技進步獎一等獎2項、二等獎1項，省自然科學一等獎1項，軍隊和部委級科技進步一等獎7項，何梁何利科學與技術進步獎，中國科協“求是”杰出青年實用工程獎，全國優秀科技工作者等。
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