激光的“道”与“术”

2021-03-12潘晨王海兰

科学24小时 2021年3期

潘晨　王海兰

与许多技术一样，激光在发明初期正值美苏对抗，人们曾设想把激光当作武器投入战争，无奈当时的技术条件不成熟，所以没有大规模应用，但这种思想已经在“好莱坞”大片中展现无遗。没想到仅经过半个多世纪的发展，“片场”就变成“战场”，激光技术逐渐成为左右战争格局的“撒手锏”。那么，激光技术有哪些特殊的“门道”？军事上又有什么应用？让我们来一探究竟。

激光之道

激光是由著名物理学家爱因斯坦首先提出，通常利用外部能量如核能、电能等，使原子持续产生“裂变”。在这种状态下，1个光子变成2个光子，2个光子又变成4个……越来越多光子的产生，让光得到加速，进而形成激光。一般来说，激光与普通的光有着如下4点区别：

激光切割

一是聚焦程度不同。普通的光是向四面八方照射，如果想让光朝一个地方聚焦，则需要像手电筒或者汽车车灯那样，在光源上加装聚光装置。但激光不需要，一束10千米长的激光，光斑的直径只有不到10厘米。

二是亮度不同。亮度是衡量光源质量的关键指标，激光的能量集中，所产生的亮度约为阳光的百亿倍。工业上的激光切割机就是把若干激光束汇聚起来，使焦点处的温度达上千至上万度，从而轻松切割。

三是波长不同。光的颜色取决于不同长度的波，我们所看到的太阳光的波长在0.4-0.76微米之间，对应着红色、橙色、黄色等7种颜色。激光的波长很短，范围仅在纳米级别，所以输出的颜色单一且纯净。

四是频率不同。阳光中包含各种频率的光，而激光的频率稳定，可以用来传递信息。激光频率就像朝水塘中扔100次石子，每次扔的力道、角度以及石子的质量都相同，所以产生的水波纹也相同。我们知道在电脑中所处理的底层数据就是大量的1和0，在这里“波峰”就相当于1，而“波底”就是0。

军事之术

激光技术在军事领域的应用包括侦查、模拟、通信等，这些应用可以增强部队的战斗能力。因此，激光成为军事技术中最活跃的领域之一，受到各大军事强国的重视。

激光侦查它是利用激光照射探测目标，之后接收反射波来识别目标。现在发展有激光测距仪、激光雷达等装备，这些激光侦查设备可以手持，也可以安装在地面车辆、水面舰艇或空间器上。激光侦查的特点是速度快、精度高、抗电磁干扰能力强，但侦查距离受气象条件如雾霾、雨雪、云层等影响较大。目前的技术可以做到对数千米之外的飞行器或地面目标进行高分辨率成像。此外，它也可发现十几千米之外的光学侦查器材，并对其精确定位。在海湾战争中，美军使用激光侦查技术，成功发现了伊拉克军队隐藏在树林中的坦克以及伪装过的对空导弹发射阵地。随着激光技术的发展，在战场上将会出现可供单兵使用的小型化高分辨率激光雷达，让战场更加透明。

美军使用的BAE 系统公司的TRIGR 轻型激光目标定位模块

我军“跨越-2014 朱日和C”演习中采用的激光模拟对抗

激光模拟它就像“真人CS”一样，使用激光技术能提高对抗的强度以及战场的逼真度。目前，世界上较为先进的当属美军MILES激光战斗模拟系统，主要由发射和接收2部分组成。激光发射部分与枪、炮、导弹等开关联动，接收部分则安装在头盔、坦克、飞机上。不同武器发出的“激光弹药”都有其各自的编码，系统可以根据这些编码自动判断是被何种类型的武器击中。此外，作战人员的身上还集成有报警装置，当被击中后，会同时发出烟雾和声音提醒。

激光制导它是利用激光使导弹飞向目标的制导方法。美军常用的有以下几款：一是“宝石路”激光制导炸弹。它自1965年开始研制，迄今该型炸弹已发展出三代，是世界上生产数量最大的精确制导炸弹系列。在越南战争中，美军共投掷25000余颗，命中率在60%左右;之后的海湾战争中，美军共投掷9300余颗，命中率提升至85%左右。二是“铜斑蛇”激光制導炮弹，它由美国洛克希德·马丁公司研发，1981年交付美军，使用M109A6自行火炮发射。在海湾战争中，该型炮弹命中率为90%左右。三是“地狱火”导弹。它能从海、陆、空平台发射，且不需目标照射保障。海湾战争中，美军在阿帕奇直升机上共发射该型弹2800余枚，击毁伊军各类目标2100多个。

美军“地狱火”激光制导导弹

激光通信它是利用激光来传输数据。我国在空间激光通信领域领先全球。2018年1月，我国的中星16号通讯卫星成功交付使用，该款卫星具备2项国际领先的技术：一是最大通信带宽达到20G;二是具备双向激光传输通讯功能。在军事上，通过中星16号中转，可以指挥集团军规模的联合作战行动，并将命令直接下达到单兵终端且通讯速度控制在1秒之内。2020年8月，中国航天科工集团对外公布消息，“行云二号”01星和02星之间实现了星间激光通信，这意味着将来卫星星座系统将减少对地面网络的依赖，同时能够扩大覆盖区域、实现全球测控。