激光武器系统技术介绍

电磁辐射（EMR）的一种特例。EMR 的其他示例包括无线电波、X 射线和微波。EMR从其源头以波浪的形式在空间中传播，就像水从源头（可能是扔进池塘的石头）通过池塘传播一样。

 

激光会产生热量，并可能导致无人机的外部熔化并损坏无人机的内部布线。标准激光指示器会干扰无人机的传感器并发出明亮的灯光，这可能会使摄像机失明，从而阻碍操作员的视线，可能导致坠机。

红外干扰

无人机在低空飞行，产生了对传感器的需求。这就是为什么大多数无人机都配备红外传感器来帮助它们准确判断下方的表面。无人机依靠此功能实现自动着陆和避障功能。但是，向下红外传感器的功能可能会受到激光指示器的干扰。它们导致无人机下方表面的图像模糊。这意味着无人机无法可靠地感知其路径中的表面或潜在障碍物，从而导致坠毁。

 

明亮的灯光

无人机操作员依靠无人机的摄像头来清楚地了解无人机在飞行时的飞行路径。如果激光发射明亮的窄光束使相机失明，则可以抑制无人机飞行员的视力。因此，无人机飞行员通过摄像头馈送的视野将被打乱。这可能会进一步导致飞行员失去对无人机的控制，导致碰撞或坠毁。

热损伤

由于光束的直接聚焦，每个激光笔都会携带一些热量，无论是普通激光还是工业级激光。因此，当它与无人机表面接触时会产生热量。

 

如果热量积累足够长的时间，它会熔化无人机的塑料外壳，从而暴露并损坏其内部布线。一些塑料和金属部件甚至会松动和脱落。这可能会导致行为不稳定或迫降。

 

用激光击落无人机违法吗？

是的。根据美国联邦航空局和各州法律，用激光击落无人机是非法的。无人机被认为是飞机，因此如果您使用激光将无人机击落，您可能会被判入狱或罚款。使用激光笔会干扰无人机飞行员的飞行能力和无人机的通信系统。这会损害他人的财产，但也可能导致其他潜在的有害事件，例如迫降在人员或财产上。以下是一些防御系统。[1]

 

拉斐尔无人机圆顶

拉斐尔先进防御系统开发了拉斐尔无人机圆顶系统。它用于通过识别、跟踪和击落可疑无人机来保护空域。拉斐尔无人机圆顶是一种全天候激光指示器，即使快速移动的无人机也无法躲避。一旦它识别出无人机，它就会跟随它的轨迹并发射激光束。此外，这种激光指示器可以击落多架无人机，因为它发射出非常高的能量。它还会阻止无人机遥控器的命令和信号。该激光指示器还会干扰从飞机到飞行员的视频传输。（拉斐尔·德罗姆圆顶 – c-uas-反无人驾驶飞机系统/，2022 年）

 

 

雷神无人机杀伤激光

雷神公司的激光经常在美国击落可疑的无人机。作为一台高能激光束机器，雷神公司可以一次瞄准许多无人机。一旦它瞄准了一架无人机，它就可以用它的光速重新瞄准另一架无人机。它非常有效，因为它使用多光谱瞄准系统检测、跟踪和击落无人机。

几个国防和航空当局正在使用雷神无人机杀伤激光来应对无人机威胁。这种激光指示器的优点是它可以定位在任何地方，甚至可以安装在车辆上。（雷神无人机杀戮激光，2022 年）

 

雅典娜

这种先进的高能激光束可以击落旋转无人机和固定翼无人机。这些激光笔不会爆炸无人机;相反，它们通过燃烧无人机的外部来发挥作用。它会禁用设备或使其容易破裂。雅典娜激光系统在击落恶意飞越商业或国防空域的无人机方面派上了用场。（空军技术，2022 年）

 

 

无人机使用的规避措施

激光笔会损坏无人机，无论它有多强大。幸运的是，技术带来了保护性激光指示器，以帮助无人机保护自己免受有害的伤害。这些规避激光器安装在无人机上。

 

这听起来可能违反直觉，但回避激光指示器令人难以置信。无人机通过检测朝它飞来的激光束来保护激光作品，并注意其波长、功率和脉冲。之后，安装在无人机上的激光投影系统释放其激光笔并反击来袭的激光束。反防护激光笔使用两种方式来保护无人机。首先，它会导致攻击激光指示器误入歧途，同时说服攻击者他们已经击中了目标。其次，一旦直接击中入射光束，就会产生光爆。这将再次使攻击者相信目标无人机已被击中。

 

哪种激光颜色最危险，为什么？

 

根据美国联邦航空局的说法，蓝色和紫色是人眼最危险的激光颜色。这是因为人眼最初对它们不太敏感。与绿色或红色激光不同，眼睛需要时间才能对它们做出反应。无人机操作员可能需要更长的时间才能眨眼或远离蓝色或紫色激光，从而造成更大的伤害风险。

 

为什么蓝色激光笔更危险？

视网膜色素容易吸收蓝色激光是最危险的。一旦被吸收，它们会通过灼伤黄斑（高度敏感的视网膜中心）来损害眼睛。

 

什么激光笔颜色最强大？

在亮度方面，绿色是最强大的激光颜色。参见图 10.01。与其他颜色相比，它总是会比它们更出色。这是因为人眼的灵敏度在光谱的绿色区域增加。像红色这样的颜色具有更长的波长，从而降低了眼睛对它们的敏感性。

 

激光指示器的类别

激光指示器根据其造成损坏的潜力进行分类。激光指示器有四类，如下所述。

 

1 类激光笔

此类别中的激光指示器是安全的，不会对操作员造成眼睛伤害。它们没有太多的光，因此即使暴露在它们面前也不会产生有害影响。1 类激光器不受控制措施的限制。

 

2 类激光笔

这些激光指示器功率低，您可以看到它们发出的辐射。虽然它们比 1 类激光更强大，但它们对眼睛的危害较小，不会对皮肤造成任何伤害。您可以通过眨眼或远离它们的光线来远离它们。

 

3 类激光笔

该类由两个级别组成 - 3B级和3R级.3R对眼睛有害，并且该级别的大多数激光笔都很强大。3B类会严重损害您的眼睛，特别是如果您长时间接触它们。此类激光用于研究和物理治疗。3B激光器不应在公共场合使用。

 

4 类激光笔

此类激光器功率高，功率输出超过500 mW。它们对眼睛和皮肤有害。它们还可能导致火灾危险，因此您应该封闭它们的激光束路径。

 

激光指示器摘要

激光笔可以使无人机倒下，尤其是高功率无人机。它们加热无人机，损坏其布线系统，并干扰飞行员的视野。但是，使用激光笔干扰无人机是非法的，您可能会被监禁或为犯罪支付巨额罚款。因此，在无人机上使用激光笔是不明智的。（激光笔可以击落无人机吗？，2022）

激光这个词是光放大受激发辐射的首字母缩写词。西奥多·迈曼（Theodore Maiman）因建造第一台正在运行的LASER而受到赞誉。在Maiman被发现之前，Charles Townes和Jim Gordon被认为是MASER的发明者。它也是一个首字母缩略词;微波放大刺激了辐射的发射。

第二次世界大战后，几个实验室的物理学家立即开始研究分子的微波光谱。该领域发展迅速，但很快就被工业实验室放弃，因为他们认为这项工作没有有用的应用，当时搬到了大学。（汤斯C.H.，2004）

– 该领域几乎每个人都希望获得更短的波，因为分子线的丰富性及其吸收强度随着从厘米波长移动到毫米波长然后向下移动到亚毫米或红外波长而迅速增加。电子设备的谐波产生可以达到毫米级波长，但不能达到亚毫米级。（汤斯C.H.，2004）在纽约哥伦比亚大学，花了几年的辛勤工作寻找获得较短波的方法，但没有取得多大成功。美国海军也对短波感兴趣。1950年初，汤斯被要求组建一个全国委员会，寻找将雷达技术扩展到较短波长区域的方法。美国和欧洲的许多中心和实验室都在寻找产生短波的好主意。没有一个浮出水面。（汤斯C.H.，2004）

需要高温来激发足够数量的分子。太高，分子都会解离。汤斯随后假设并非所有分子都处于热平衡状态。他认为它们的潜在辐射强度没有限制。（汤斯C.H.，2004）

汤斯决定在他的实验室中测试这个想法，首先在更长的厘米波长下制造一个振荡器，其中氨具有强烈的共振。如果成功，他可以进入亚毫米或红外区域。汤斯寻找了一个可能尝试一下的学生，不久，吉姆戈登，一个优秀的学生，出现了。与博士后Herbert Zeiger一起，他们准备开始。两年后，戈登和蔡格仍然没有获得振荡。当时，部门主席波利卡普·库施（Polycarp Kusch）和他的前任伊西多尔·艾萨克·拉比（Isidor Isaac Rabi）走进查尔斯·汤斯（Charles Townes）的办公室，说服他这个实验不会奏效。（汤斯C.H.，2004）

两个月后，戈登冲进教室宣布：“它正在工作。全班同学都离开了，去实验室见证了演示。这种新型振荡器被命名为MASER，用于通过受激辐射进行微波放大。

大多数科学家不相信MASER的想法可以扩展到如此短的波长，因为随着波长变短，激发的原子或分子的衰变率要高得多。到1957年秋天，汤斯已经弄清楚了如何建造光学MASER（激光）。在贝尔实验室的咨询访问中，汤斯再次遇到了Schawlow，并告诉他他对光学MASER的想法。汤斯计划光学激发原子气体，通过受激发射辐射，并使用空腔作为谐振器。他对空腔并不完全满意，因为它可能会有多个模态振荡。Schawlow说，“哦，我也一直在想是否可以做到这一点，”并建议使用两个平行的镜子，一个法布里-佩罗，作为谐振器。经过短暂的延迟，虽然贝尔实验室修复了一项适当的专利，但我们在1958年发表了我们的想法。顿时兴奋不已。MASER已经说服了业界，这是一个有价值的领域，并且很快，人们就为制造激光器做出了许多努力。量子电子学领域已经开始。（汤斯C.H.，2004）

 

西奥多·迈曼（Theodore Maiman）是第一个在1960年实际制造第一台操作激光的人。他的激光操作产生了许多应用，现在已成为我们日常生活的一部分。（汤斯，2007）从医学到通讯，已经有了彻底的发现。剩下的重点将放在定向能武器（DEW）上，无人机作为提供从地面激光到外层空间系统的应用的工具。

受激辐射是激光背后的关键过程，早在1918年就被阿尔伯特·爱因斯坦首次认识到。但直到 1951 年，它才被认可用于实际放大电磁波，并于 1954 年建造了第一个这样的设备，即在厘米波长下工作的 MASER。（汤斯，2007）

 

多年来，激光作为一种新奇事物一直处于科学光学努力的死水;然而，它们现在几乎存在于生活的每个重要方面。通信、医学、测量、光学和许多电子产品都依赖于激光发射的特殊光。激光相干的特性使其非常特别。激光具有三个不同的特性：

1）单色，它以一种波长/颜色产生。白光则相反;它是波长/颜色的混合。

2）它是定向的，而不是像灯泡那样的多向，光线来自各个角度。

3）激光是相干的。也就是说，光的波长在三维空间和时间中是同相的。

自从发现能够用三种主要成分提升各种物质以辐射激发的产光粒子以来;单色、空间方向和连贯，已经开发了许多用途。激光的使用越来越多，随着生产激光的电子设备越来越好，产生激光的方法也变得越来越好。[2]

 

激光到底是什么？激光是一种在非常窄的光束中发射相同波长的光（称为相干光）的设备。激光束的能量变化很大，从激光指示器中使用的低功率到用于切割金属的高热量。

军事利益

到1962年，美国军方在激光开发上花费了大约50万美元。随着所有这些资金的流入，美国军方对可以用作武器的激光有一定的期望;然而，当时的激光无法发射足够的能量水平来制造合适的武器。到1968年，一些专家得出结论，他们已经碰壁了。工程非常复杂，迫使他们质疑他们是否试图违反物理学的LaWS。（蒙特，2021）与爆炸的常规导弹系统不同，激光光粒子在材料方面非常小，并且传递的力较小。即使以光速推进，这些部件也难以对甚至可能具有反射性的材料造成太大损害。在1970年代，军方终于得到了一种武器——不是它想要的世界战争武器，而是近战激光突击武器（C-CLAW）。（蒙特，2021）（1年1995月1980日，阿金）它可以用来在超过一英里的距离内使敌方飞行员、士兵和光学传感器失明。在美国陆军的指导下，它的发展一直持续到 1983 年代。1年《华盛顿邮报》的一篇文章描述了它的应用：“便携式激光束将在战场上来回扫荡，使任何直视它的人都失明。（1995年1月1995日，阿金）在测试中，C-CLAW可能导致实验动物的眼睛爆炸。即使在战争中，在人类身上使用它也引发了严重的伦理问题。由于陆军的激光不会区分人眼和光学传感器，国际社会，主要是通过联合国，认为这种致盲的激光是可怕的。在许多方面，致盲激光类似于可能导致失明的化学武器，联合国已经禁止此类武器。作为一项规则，联合国寻求禁止造成“不必要的伤害和/或不必要的痛苦”的武器，几乎没有军事目的。

 

到1995年，在激光致盲武器用于战斗之前，联合国制定了《激光致盲议定书》，即1980年《禁止或限制使用某些常规武器公约》第四号议定书，禁止在战争中使用激光致盲，并控制其向任何国家或非国家行为者的转让。该议定书于1998年生效。（《多边武器议定书-四》，2019年）

 

《激光致盲武器议定书》有108个缔约国（即该条约的成员国签署国），包括美国、俄罗斯和中国。中国和俄罗斯都是早期签署国，分别于1998年和1999年加入，而美国直到2007年才成为签署国。（《多边武器议定书-四》，2019年）到2007年，其他国家可能已经获得了类似的激光能力。由于潜在对手对美国军队使用致盲激光的前景，领导层决定成为签署国。[4]据《华盛顿邮报》报道，美国陆军唯一担心的是“一旦知道武器的用途，公众可能做出的反应”。（蒙特，2021）

 

在1980年代，随着罗纳德·里根政府建立战略防御计划（SDI），对定向能武器的研究得到了加强。原子遗产基金会是一个致力于保护和解释曼哈顿计划和原子时代及其遗产的非营利组织，它观察到：“里根对反弹道导弹技术的兴趣可以追溯到1967年，当时他作为加利福尼亚州州长访问了劳伦斯利弗莫尔国家实验室的物理学家爱德华·泰勒。据报道，里根对泰勒关于定向能武器（DEW）的简报非常感兴趣，例如激光和微波。泰勒认为，DEWs有可能防御核攻击。当里根赢得总统职位时，他想要一种武器来击落来自太空的敌方导弹。他认为，SDI是使世界摆脱核武器的途径。苏联强烈反对这一倡议，认为“SDI将为太空武器化铺平道路”。作为回应，里根建议美国最终可能会与苏联分享SDI，他在早些时候的一次演讲中将苏联描述为一个“邪恶帝国”。（蒙特，2021）鉴于里根对苏联的描述，苏联人不信任他的政府，并根深蒂固地反对SDI。其他国家领导人担心SDI会引发另一场军备竞赛，使冷战更加危险。

尽管如此，尽管苏联的抗议和震惊的全球官员，里根政府还是继续进行这项研究。

媒体称SDI为“星球大战”，基于流行的科幻电影《星球大战》中使用的类似激光的武器。该计划的大部分开发都集中在两种定向能武器上 - X射线激光和亚原子粒子束。（亚原子粒子束武器使用高能亚原子粒子通过破坏目标的原子和分子结构来破坏目标）。再一次，供应此类武器所需的电力被证明是令人望而却步的，SDI陷入困境。实际上，这是一件好事。SDI武器产生的EMF脉冲将击倒或禁用跟踪来袭洲际弹道导弹所需的电子设备。（蒙特，2021）

 

正如第一次海湾战争所证明的那样，美国军方最终学会了使用低功率激光将导弹引导到目标，并作为其坦克上的测距仪。到2006年，美国军方还使用低功率激光“迷惑”（即导致暂时失明）伊拉克的敌方战斗人员。安装在美国士兵M-4步枪上的眩目器提供了一种非致命的方式来阻止试图通过检查站的司机。

激光武器化

 

将激光武器化需要巨大的功率。为了所有实际目的而投射没有质量的光粒子必须加速到光速，并且需要巨大的能量来暗示对所需物体的任何力被破坏。然而，技术正在进步。采用集成电路构建的制导和控制系统的尺寸缩小了，功能变得更强大，需要的功率也更少。他们遵循摩尔定律，这是以戈登摩尔命名的观察结果。（蒙特，2021）

尽管如此，激光的大部分能量可以在大气中被吸走，因为部分和气体吸收了大部分辐射。这甚至会影响相干性并降低激光保持在一起的能力，从而导致称为开花的信息素。

气氛提出了一个重要的观点。目前，俄罗斯声称成功测试了能够携带穿越地球大气层的核武器的高超音速导弹系统。最近，俄罗斯入侵了乌克兰，截至 04 年 03 月 2022 日仍在参与。他们通过空中轰炸和炮击造成破坏。它影响了平民，对西方民主国家来说非常令人不安。乌克兰领导人要求北约在其领土上设立禁飞区。俄罗斯领导人暗示，如果北约实施禁飞区，它将考虑核武器。鉴于该地区的紧张局势，使用速度加5马赫的高超音速导弹系统携带的核武器给西方盟国带来了一系列独特的问题。第一个想法是拥有一个能够更快速度跟踪和摧毁这些快速移动目标的反武器系统。在军事上，首先想到的此类系统是使用激光系统。然而，高功率激光的武器系统遇到了许多问题。它们是动力源、有效距离、武器平台、精密组件和清洁度。

能够携带可用作武器系统的激光的平台，如波音747，将不得不在可疑的目标区域上空徘徊。整个舰队需要不断部署才能有效对抗来袭的高超音速导弹。

 

摩尔定律的含义

摩尔定律指出，计算机的速度和能力将每两年翻一番，因为同期集成电路上的晶体管密度将翻一番。根据摩尔定律，制导和控制电路从1980年到2007年改进了八千多倍。商业产品（如固态存储器和微处理器）的集成电路制造商必须规划其未来的产品以符合摩尔定律。如果不这样做，就意味着他们没有竞争力。从某种意义上说，摩尔定律变成了一个自我实现的预言。然而，在过去的几年里，一些集成电路专家声称摩尔定律即将结束。先进集成电路上各种特征的尺寸已经缩小到只有几个原子宽。专家指出，集成电路不再可能遵循摩尔定律。从某种意义上说，他们是正确的。集成电路行业不断缩小的特征尺寸是公司每两年将电路密度翻一番的原因。

 

然而，摩尔的观察是一个更全面的定律的一个子集，即加速回报定律。雷·库兹韦尔（Ray Kurzweil）在2001年发表了一篇描述它的文章，指出：“对技术历史的分析表明，技术变革是指数级的，与常识性的'直觉线性'观点相反。通过使用“指数”一词，库兹韦尔指的是技术变革如何以非线性方式增加，类似于摩尔定律及其预测计算机的速度和能力将每两年翻一番。这意味着这种变化提高了200%（相对于其初始能力）。如果它是线性的，它只会增长100%。（库兹韦尔，2020）

 

 

技术人员还发现了将激光转化为武器的关键因素;他们脉冲激光以离散的爆炸方式发射，时间间隔为几分之一秒。这种脉冲会导致目标材料的表面在每次撞击时爆炸，从而使激光产生的等离子体消散。这种技术需要更少的能量，激光可以穿透物体，同时产生更宽的陨石坑。2014年，美国海军在庞塞号航空母舰上安装了有史以来第一个激光武器系统（LaWS），这是一个漂浮的前沿集结基地，用于现场测试。在阿拉伯湾进行了三个月的测试后，海军报告说，LaWS可以完美地对抗低端威胁，例如小船和无人机。测试完成后，海军授权庞塞指挥官使用LaWS作为防御武器。（美国海军，2022 年）在部署LaWS之前，大多数公众从未听说过庞塞号航空母舰。然后，其激光武器的消息突然将庞塞震入公众视野。庞塞号建于1966年，作为海军最致命的船只之一，开始点亮互联网。（蒙特，2021）

 

纳米技术

 

纳米技术是在原子和分子水平上进行的科学和工程，通常导致特征尺寸小于人类头发直径的千分之一。（蒙特，2021）尽管激光武器的技术是秘密的，但许多文章认为，过去十年纳米技术的快速发展使固态激光系统的内部组件有了重大改进，使其可以作为武器部署。目前，美国军方在开发纳米武器方面处于领先地位，纳米武器被定义为任何利用纳米技术的武器。（蒙特，2021）

 

自2000年建立国家纳米技术倡议（NNI）以来，美国政府一直在投入数百亿美元将纳米技术武器化。NNI是一项研究和开发计划，涉及2007个联邦机构的纳米技术相关活动。基于加速回报定律，可以合理地得出结论，资金充足的纳米技术与资金充足的激光技术相结合，使激光从2014年的耀眼者发展到2021年的定向能武器。（蒙特，2021）海军的新型激光武器具有拨入能力。设置为令人眼花缭乱，它可以禁用对手的无人机或船只，使其恢复以进行检查。或者，在全功率下，它可以摧毁无人机或船只。

晴朗天气激光器

高能激光是晴朗天气的武器吗？你可能听说过“天气晴朗的朋友”这个词，它指的是一个在困难时期不再成为你的朋友的人。这样的人不是真正的朋友;在需要时可以信赖的类型。美国军方有一个只有在天气条件合适时才起作用的武器的名称，例如“晴天天气晴朗的武器”。美国军方没有部署它们，因为它永远不知道在冲突期间会遇到什么天气。武器需要在广泛的天气条件下工作，美国军方需要知道它可以依靠其武器工作，无论元素如何。（蒙特，2021）

 

 

 

电源问题

激光与物质相互作用会影响激光。光就像波一样;然而，它在传播时会受到折射、衍射和所有这些影响，但是当它最终被目标吸收或散射时，它需要被视为一股微小的小子弹。子弹有多小？量子理论告诉我们，频率v的光以h v为单位被吸收，其中h是一个常数（普朗克常数），等于6.63 X 10-34焦耳秒。这意味着对于波长约为0.7μm，频率约为4 X 1014 Hz的红光，单个子弹的能量为hv = 3 X 10-19焦耳。这是一个非常小的数字。（尼尔森，1994）[6]

 

与 10，000 焦耳作为造成伤害的零阶标准相比，我们可以看到武器级激光需要多少功率。激光武器必须与表面材料相互作用。如果激光不能与目标材料相互作用，则不会发生积极的破坏作用。功率是激光计算的一部分，具有有效的破坏性。

目前的F-22，F-35和F-15进行了升级以增加千瓦输出。这可以用于与能源有关的武器被改装到这些机身上。此外，随着第六代战斗机机队的上线，激光将受益于增加的千瓦输出。

 

“[激光束]平均强度的峰值可能会受到大气湍流的惊人影响。因此，激光有可能成为天气晴朗的武器。如果LaWS是这种情况，[7]美国军方就不会部署它;因此，我们可以合理地假设美国军方一直在努力减轻天气对其激光武器的影响。正如大卫·斯图德（David Stoudt）为博思艾伦·汉密尔顿（Booz Allen Hamilton）撰写的文章所观察到的那样，“HEL（高能激光）武器界多年来一直在积极努力减轻这些条件的影响，并且在大气湍流的情况下，使用自适应光学取得了重大进展。在不涉及细节的情况下，其中大部分是机密的，美国军方的激光可以在多种大气条件下工作。正如斯托德所报道的那样，这种能力使海军能够以另一种关键方式使用激光：“美国海军在USS上放置了HEL武器。庞塞，除了作为武器的能力外，它几乎连续被用作反射望远镜[使用镜子的望远镜]，可以看到超过10公里（约六英里）的距离，并穿透烟雾，雾霾甚至薄雾等物体。（美国海军，2022 年）美国海军对什么样的大气条件会降低LaWS的有效性保持沉默;然而，根据博思艾伦的报告，它已经找到了解决大部分问题的解决方案，并继续致力于解决其余问题。在笔者看来，LaWS是一种全天候武器，能够在烟雾、雾霾、雨雾中摧毁目标。（蒙特，2021）

对于极客

（尼尔森，1994）第3章介绍了124页（第81-205页）关于激光能量在真空和大气中传播到目标的技术细节。作者将总结他的主要思想，没有数学推导：[8]

激光是强烈的电磁辐射源，波长约为10至0.4μm，频率约为3 X 1013至8 X 1014 Hz。

折射率n表征激光可能与之相互作用的材料，衰减系数K。当光通过不同n的区域时，根据折射定律弯曲。这可能故意发生在透镜中，也可能无意中发生，因为n的波动伴随着大气中的密度波动。当光通过衰减系数为 K 的区域传播距离 z 时，其强度会降低 exp 倍数 （-Kz） [9]

波长为λ的激光从直径为D的孔径中出现，可以作为准直光束传播D2 / λ量级的距离。超过这个距离，它将通过衍射以Ø~λ/D的角度发散。

衍射和衰减导致的强度降低将减少光束能量中可以对目标施加影响的比例。可以调整以补偿这些影响并向目标提供破坏性强度的光束参数包括能量、脉冲宽度、波长和光束直径。

在大气中，K与波长高度依赖。如果光束变得太强烈，自由电子将繁殖，空气将分解，形成电离等离子体，吸收光束。它们可以反转并引爆光束。在大气中，n可以随湍流而变化。其他影响是光束膨胀（热泛光）或弯曲。

当激光遇到目标时，一小部分光被目标表面吸收并显示为热量。该标准建立了熔化和汽化的阈值，即能量沉积得如此之快，以至于无法在激光的脉冲宽度内带走。

靶材可以通过熔化或汽化（热损伤）引起的侵蚀或通过不断演变的蒸汽射流传递到靶标表面的动量（机械损伤）而损坏。

新威胁

美国现在面临的威胁比冷战时期更为复杂。在此期间，美国有一个有能力的对手，苏联。我们避免了核战争，因为美国和苏联领导人理解相互确保毁灭的学说。现在美国面临着四个有能力的对手。随着新武器（无人机和高超音速导弹系统）、激进意识形态和蜂拥战术的兴起，MAD（相互确保毁灭）学说可能无法阻止核战争。（蒙特，2021）（应对无人机挑战，2022 年）蜂拥而至是一种从大自然中借来的军事策略。例如，当蜜蜂攻击时，它们成群结队地攻击。在应用这种军事策略击沉美国航空母舰时，对手可能会试图通过攻击航母群来压倒航母群的防御，例如，用大量导弹。美国海军依靠宙斯盾作战系统，使航母打击群能够结合强大的计算机和雷达技术来跟踪和引导武器并摧毁敌方目标，例如来袭导弹。自1983年部署以来，海军一直在更新宙斯盾作战系统。此外，澳大利亚、日本、挪威、韩国和西班牙的海军正在使用它，现在部署了一百艘装备宙斯盾的舰艇。它也是北约导弹防御系统的一部分。宙斯盾作战系统是最好的导弹防御系统，可以在飞行中与中程弹道导弹交战。尽管如此，它可以拦截的弹道导弹的确切数量是机密的。向配备宙斯盾的航母发射的大量或成群的来袭弹道导弹可能会压倒该系统的防御能力。这将代表一次成功的群体攻击。

 

鉴于之前讨论的威胁，“2019年导弹防御评估”指出，“根据2017财年NDAA（国防授权法案），国防部正在为定向能武器和关键使能能力的开发和部署制定战略路线图。（蒙特，2021）该计划纲要明确了高能激光武器是美国国防战略的战略要素。（蒙特，2021）根据作者的说法，五角大楼意识到，例如，在海军驱逐舰上部署激光武器对于击败对美国航空母舰的群体攻击至关重要。连接点并得出结论并不需要太多。根据洛克希德马丁公司1年2018月150日的新闻稿，美国海军授予洛克希德马丁公司一份价值942.8亿美元的合同，期权价值高达2020.30亿美元，用于开发、制造和交付两种高功率激光武器系统，[交付]到60财年。一个单元被交付给阿利伯克级驱逐舰[USS Preble]的舰载集成，一个单元用于[新墨西哥州白沙导弹靶场]的陆地测试。新闻稿没有具体说明激光的功率，但可以合理地判断它们将与美国海军目前部署的150千瓦激光一样或更强大。许多文章推测它们的功率，从150千瓦到30千瓦不等。在30千瓦时，激光的威力将是目前的2021千瓦激光器的五倍，这意味着它可以在五分之一的时间内造成与<>千瓦激光一样多的伤害。这种力量的增加至关重要，因为它可以更快地摧毁目标，并在必要时转向下一个威胁。（蒙特，<>）这个因素对于防御成群的无人机和可能的高超音速导弹系统将极为重要。

 

有一点是明确的：美国海军对部署激光并将其整合到宙斯盾作战系统中是认真的。洛克希德马丁公司合同中提到的选项表明，如果前两个LASER满足海军的要求，它将行使这些选项并在其舰艇上部署更多的LASER。美国陆军计划在250至300千瓦的范围内部署更强大的激光武器，以保护作战部队免受无人机，火箭炮，直升机和攻击机的侵害。根据Breaking Defense的说法，“在[洛克希德/动力公司]授予130.100亿美元的合同以建造100千瓦[千瓦]激光器后不到三个月，陆军决定跳过250千瓦的武器，直接使用300-2019千瓦范围内的更强大的武器。与原始设计不同，更高的功率水平可能会击落来袭的巡航导弹 - 填补美国对俄罗斯，中国或伊朗防御的明显差距。这篇文章表明，海军的激光武器将处于大致相同的射程，超过之前的猜测。

 

等待冲突的解决方案

最初，科学界将激光的发明视为寻找问题的解决方案。可以合理地将其想象为等待冲突作为武器的解决方案。以下是作者认为美国海军渴望在舰艇上部署激光的最令人信服的理由：具有足够功率并集成到海军宙斯盾作战系统中的激光有可能克服从群体攻击到航母杀手导弹的各种威胁。激光具有成本效益，通常摧毁无人机的成本不到一美元的电力。激光允许无限射击，只需要船上的发电机泵足够的功率。激光通过取代使用火药的常规武器来消除战舰的主要弱点，从而消除了在舰艇弹匣内储存弹药的需要。激光使击中目标更容易，因为不需要计算轨迹、风阻或目标的运动。激光的弹道是平坦的，不受风阻的影响，并以光速传播，即使是高超音速导弹看起来也好像静止不动。美国陆军建造极高功率激光的原因是为了应对“喷气动力巡航导弹”的威胁 - 这些导弹飞得更低，速度更慢，机动性更强，在全球范围内激增，甚至对伊朗支持的真主党等高端非正规部队也是如此。此外，陆军还将获得许多与海军激光系统相同的好处。

尽管激光是定向的并且具有相干性，但它们不能在大气中无限期地保持相干性。考虑大气很重要，因为激光能量与大气中的分子相互作用，从而降低其有效性。构成激光束将悬挂在一起多长时间以及可以传递到目标材料的功率的组件是激光类型、功率和设计的函数。

 

Maiman最初发现的激光是一种红宝石激光器，它使用红宝石晶体来产生振荡并排出红色激光的光子。在实用性方面，激光设计主要有三种类型——固态激光器，如Maiman的激光器。气体激光器往往更均匀，产生的能量损失更少，谐振器可以更大，以允许更大的激光输出。然而，对于武器级，光纤激光器提供了最好的解决方案。

光纤激光器允许最大数量的激光输出。关于设计，折射是激光在从透镜的一侧横向到其存在的位置时改变方向的方式。薄镜片镀膜是一门非常复杂的科学，基于应用于镜片的镀膜的化学性质。透镜是设计的重要组成部分，用于建立发射激光能量的相干性。这是因为透镜可以通过透镜镀膜影响激光的折射率。激光束开始沿其焦距在其焦点处悬挂在一起。焦距被称为罗利范围Zr。罗利范围由下式给出：Zr = πW2/λ。W = D/3sqrt2 给出光束半径。