W君的文章大部分都是有连续性的,往往会根据粉丝的留言做出一些解答(翻牌子)。今天就来讲一个大家比较关心的话题——机载激光器。

当然了,写这个话题也是在《六代机或许是绝唱,下一代空战,注定要极其乏味 》中对机载激光器的一些粉丝讨论中产生的。

磁悬浮激光器(六代机上激光炮并不是不可能)(1)

国产某型激光炮

提起激光器,或者干脆叫激光炮吧。在很多人的印象中,这些武器是需要强大的电源支持的,毕竟生活中的很多激光笔、激光手电甚至是激光唱机都会自然而然的让人将激光的产生和电联系到一起。

其实从激光的原理上说,激光并不是由电来激发的,激光(LASER,Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)这个的本意叫做“通过受到激发辐射产生的光放大现象”。

首先说下发光:发光是由电子从高能级跃迁到低能级将能及之间的能量差差以光子的形式辐射出去而发出光的现象。反之电子在吸收了能量之后又会跃迁到高能及的轨道上。

磁悬浮激光器(六代机上激光炮并不是不可能)(2)

自然界的大部分发光都和电没有任何关系,例如我们点燃蜡烛,或者看到一颗星星在发光,完全和电没有任何直接的联系。

那么为什么我们点一棵蜡烛不会发出强大的激光成为激光器呢?

一个激光器主要是由三个部分组成的:

磁悬浮激光器(六代机上激光炮并不是不可能)(3)

激光器组成

第一个部分叫做激发来源,也叫泵浦源。负责将能量注入到激光器中。

第二部分叫做工作介质,也叫增益介质,工作介质被外界注入的能量激发。例如红宝石激光器,内部的红宝石柱就是一种典型的工作介质;再或者二氧化碳激光器内玻璃管内冲入的二氧化碳气体也是一种工作介质。

第三个部分叫做共振腔,通常会由一对全反射镜和半反射镜组成,一则可以加大激光的功率二则则可以“理顺”激光的方向。

当然了我们现在讲的是基本上的激光器模型。泵浦源的最简单形式就是灯管。还是用红宝石激光器举个例子:

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红宝石激光器

在红宝石外部缠绕着氙气发光管,当给这只发光管通上高压电的时候,氙气开始发光,发出的光的能量让红宝石内的电子跃迁到高能级,电子纷纷跃迁到低能级的时候开始无序地发光,这时候由一对反光镜组成的共振腔反复梳理电子下落的频率最终电子一同跃迁一同下落,这时候激光就产生了。

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红宝石激光器作为人类第一种实用化的激光器诞生的原因无他,就是结构简单控制容易。

但并不是所有激光器都像红宝石激光器一样,也并不是所有激光器中的电子都需要通过光照来获得能量。

现在要说的东西叫做化学激光器,利用化学能为工作介质中的电子供能。

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在很强的氧化还原中往往伴随着巨大的能量释放。化学反应所释放的能量一样可以激发电子作为泵浦源而存在。

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这类激光器的外形很像火箭发动机。通过将大量的氧化剂和还原剂注入到腔体内而发出强激光。除了注入化合物的泵之外,不需要电力输送到激光器中。

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最简单的化学激光器也仅仅就是一根经过精密计算的玻璃管。

这种激光有没有杀伤力?当然有了!足够大的激光器足以击落弹道导弹。

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2002年7月18日,美国搞了一架波音747客机,在上面安装了化学碘激光器。进行了第一次空基激光武器实验。

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机头上巨大的激光器可以在3-5秒钟内摧毁600公里外飞行的液体燃料弹道导弹,或300公里以内的固体燃料弹道导弹。

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激光器每次工作消耗的化学燃料的成本为1000美元之内,大大的低于反导拦截弹的费用。但由于远程弹道导弹往往在几千公里以外发射,600公里的摧毁距离其实还是短了点,项目就在2014年被取消了。

波音YAL-1的下马一方面由于反导作战所需要的射程是目前激光器难以满足的,二则就是其庞大的体积和运营成本,一发激光弹并不贵,但巨大的波音747在天空中待命飞行的成本就很高了,它的飞行小时费用几乎和美国E-4B相持平。

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E-4B

作为末日空中指挥机的E-4B美国仅仅制造了四架(还并不常飞)。而真正形成导弹防御规模则需要大约220架YAL-1在世界各地空中执勤。

最后一个YAL-1下马的原因在使用的碘化学激光器功率体积还不够强大。

这几个原因最终导致YAL-1进入了莫哈韦沙漠中的飞机坟场。

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但时代在发展,技术也在进步。在六代机上装备激光武器已经是在各个国家所考虑的日程表中了。

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这得益于最近十几年来化学激光研制的图片。一种新的化学激光器逐渐进入人们的视野。这就是氟化氢激光器,——利用氢氟酸做燃料的新型激光炮。

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氟化氢激光器

氟化氢激光器在结构上类似于火箭发动机。在燃烧室内部,乙烯在三氟化氮中燃烧,该反应产生三个激发的氟自由基。紧接喷嘴之后,将氦气和氢或氘的混合气体注入排气中,在那里氢(或者氘)与氟自由基发生反应,从而产生激发的氟化氢(氘)分子。执行受激发射中的受激分子光学谐振器以获得激光。这种小型的激光器可以轻易地达到兆瓦级别。

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MIRACL米拉克,中红外先进激光器

目前美海军装备了米拉克激光器,目的则是为了替换掉之前老旧的密集阵系统。这是一种利用液态燃料的小型激光器。充入一次燃料可以连续工作70秒钟。

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雷神 激光CIWS方案

使用在战斗机上的激光器也是在重拾发展中。

磁悬浮激光器(六代机上激光炮并不是不可能)(18)

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