新型冷却机制！中国科学家在激光武器技术上迎重要突破

激光武器应用于战场上，具有攻击速度快、杀伤力强大、精准打击、高性价比等优势，但由于涉及到能量和散热问题，短时间内多次射击成为了一大考验。

(资料图)

根据中国学术期刊《光学学报》（Acta Optica Sinica）的一篇论文，中国军事专家声称开发出了一种新的冷却机制，可以让高能激光器“无限”地工作，而不会产生余热。

新的冷却技术完全抵消了高能激光操作产生的危险余热——这个问题已经成为激光武器发展的一个重大技术障碍。研究人员还表示，这种系统有望通过延长交战时间、增加射程和伤害、减少后勤和成本来显著改变战斗的面貌。

他们还表示，由于采用了新技术，这些武器现在可以随心所欲地产生激光束，而不会出现中断或损耗性能。这也意味着，只要持续给它供电，就能够无间隙地执行任务，且能持续保证高能量的输出。“到目前为止，中国在动态吹风热管理方面的许多先进设计和研究进展尚未报道。这是首次将一些设计和测试结果公布于众。”

据悉，由中国激光武器专家Yuan Shengfu领导的团队在8月4日发表在《光学学报》（Acta Optica Sinica）上的一篇论文中表示：“这是提高高能激光系统性能的一个巨大突破。高质量的光束不仅可以快速在第一秒内产生，而且可以无限期地保持下去。”

报告提到，新的冷却系统采用先进的结构和优化的气流，以消除激光武器内部的热量，同时最大限度地减少湍流和振动，并提高镜面清洁度。

上述团队称：“自从1960年发明第一台红宝石激光器以来，人们就热衷于从动能转变为激光能量，以便以光速快速投射能量，激光束成为可以瞬间杀死目标的‘死亡射线’。不幸的是，60年过去了，虽然各种类型的激光器已经开发出来，但高能激光系统的应用还未获得成功。”

而近年来，激光武器的发展不断加速，它的出现可能对导弹传感器构成新的挑战。例如在美国近年来已经拥有了一些知名项目，包括使用氟化氘作为激光源的海军先进化学激光器（NACL），以及中红外先进化学激光器（MIRACL），战术高能激光器（THEL），使用氟化氢作为激光源的天基激光器（SBL），以及使用化学氧碘激光器的机载激光器（ABL）。

这些项目都已经在试验战场获得了验证，其中中红外先进化学激光器（MIRACL）已经击落了超音速导弹，战术高能激光器（THEL）已经击落了48个飞行目标，而化学氧碘激光器的机载激光器（ABL）已经成功拦截了液体燃料导弹。不过，它们之所以被取消，背后真正的原因是破坏力没有达到预期——这些武器的最大有效射程只有几公里，为了提高光束的破坏力，需要更长的连续操作时间。

激光武器内部通过一种称为“受激发射”的过程产生高能光束，这包括激发增益介质中的原子或分子（如晶体或气体），从而激光武器能够达到更高的能量状态。当这些被激发的原子或分子回到它们的基态时，它们会发射光子，然后通过光反馈过程放大光子，从而产生高能激光束。

在这个过程中，光束控制系统负责引导和控制激光束，通常通过使用反射镜和透镜。这个系统必须是高度精确和稳定的，因为即使是很小的偏差或振动，也会导致光束偏离指定的路线。但当激光束穿过空气时，它会加热中途的气体，导致气体膨胀并产生湍流。这种湍流会导致光束散射和扭曲，从而降低其有效性和准确性。此外，加热的气体会导致系统中的镜子和镜片受到污染，导致性能下降和寿命缩短。

研究人员称，在某些情况下，较大的污染物颗粒在镜子上燃烧甚至会导致镜子破裂或损坏，从而大大降低了高能激光武器的实用性和可靠性。

上述团队开发了一种内部光束路径调节器，这是一种让气体吹过激光武器以消除废热并提高气体清洁度的系统。它的设计是紧凑和高效的，其重点是优化气体流量，最大限度地减少尺寸和重量。

它由几个关键部件组成，包括一个空气源、一个热交换器、一个气体流量控制系统和一个气体喷射／吸入系统：

－ 空气源为系统提供干净、干燥的空气，然后通过热交换器将其冷却到所需的温度。

－ 气体流量控制系统调节气体流量，确保在正确的温度和停留时间下输送，实现准静态小像差。

－ 气体注入／吸入系统负责将气体注入激光系统的内部光束路径，并在气体通过后将其移除。

团队在建造和操作内部光束路径调节器时，必须仔细注意许多技术和实用要点：1）其中一个主要挑战是确保气体流动达到预期的冷却和清洁效果。这需要仔细设计和测试气体流动控制系统，以及将气体输送到内部光束路径的注射／吸入系统。2）另一个挑战是使其足够紧凑和高效，以便在实际应用程序中使用。需要创新的设计，如先进的气动结构、每个路径的流量优化、注入／吸入与梁段的集成以及简化的管道。

根据研究人员的说法，冷却系统可能会带来新的问题，如湍流和振动，如果建造不当，可能会影响光束质量。例如，气体吹过内部光束路径会产生湍流和振动，从而影响激光束的稳定性和质量。上述团队对该技术进行了广泛的测试，以确保其符合军方要求的性能规格。此外，据报道该装置已经在许多正在开发的激光武器中使用。