激光武器的供能问题研究论文

激光发展史激光以全新的姿态问世已二十余年。然而，发明激光器的历程却鲜为人知，至于发明者如何从事艰难曲折的探索，就更少人问津了。其实，每一项重大发明，都是科学家们智慧的结晶，里面包涵着他们的汗水和心血。自然，激光器的发明也不例外。 说得准确些，对激光的研究，只是到了20世纪50年代末才出现一个崭新阶段。在此之前，人们只对无线电波和微波有较深研究。科学家们把无线电波波长缩短到十米以内，使得世界性的通讯成为可能，那是30年代的事情。后来，随着速调管和空穴磁控管的发明，科学家便对厘米波的性质进行研究。二次世界大战中，由于射频和光谱学的发展，辐射波和原子只间的联系又重新被强调。大战期间，科学家们发明并研制了雷达（战争对雷达的制造起了推动的作用）。从技术本身来说，雷达是电磁波向超短波、微波发展的产物。大战以后，科学家又开创了微波波谱学，目的是探索光谱的微波范围并把其推广到更短的波长。当时，哥仑比亚大学有一个由汤斯（C.H.Townes）领导的辐射实验小组，他们一直从事电磁方面以及毫米辐射波的研究。1951年，汤斯提出了微波激射器（Maser全称Microwave Amplification by Stimulated Emission of Radiation）的概念。经过几年的努力，1954年汤斯和他的助手高顿（J. Cordon）、蔡格(H. Zeiger)发明了氨分子束微波激射器并使其正常运行。这为以后激光器的诞生奠定了基础。当时，汤斯希望微波激射器能产生波长为半毫米的微波，遗撼的是，激射器却输出波长为1。25cm的微波。微波激射器问世以后，科学家就希望能制造输出更短波长的激射器。汤斯认为可将微波推到红外区附近，甚至到可见光波段。1958年，肖洛（A.L.Schawlow）与汤斯合作，率先发表了在可见光频段工作的激射器的设计方案和理论计算。这又将激光研究推上了一个新阶段。现在，人们都知道，产生激光要具备两个重要条件：一是粒子数反转；二是谐振腔。值得注意的是，自1916年爱因斯坦提出受激辐射的概念以后，1940年前后就有人在研究气体放电实验中，观察到粒子反转现象。按当时的实验技术基础，就具备建立某种类型的激光器的条件。但为什么没能造出来呢？因为没有人，包括爱因斯坦本人没把受激辐射，粒子数反转，谐振腔联系在一起加以考虑。因而也把激光器的发明推迟了若干年。在研究激光器的过程中，应把引进谐振腔的功劳归于肖洛。肖洛长期从事光谱学研究。谐振腔的结构，就是从法——珀干涉仪那里得到启示的。正如肖洛自己所说：“我开始考虑光谐振器时，从两面彼此相向镜面的法——珀干涉仪结构着手研究，是很自然的。”实际上，干涉仪就是一种谐振器。肖洛在贝尔电话实验室的七年中，积累了大量数据，于1958年提出了有关激光的设想。几乎同时，许多实验室开始研究激光器的可能材料和方法，用固体作为工作物质的激光器的研究工作始于1958年。如肖洛所述：“我完全彻底地受到灌输，使我相信，可以在气体中做的任何事情，在固体中同样可以做，且在固体中做得更好些。因此，我开始探索、寻找固体激光器的材料…...”的确，不到一年，在1959年9月召开的第一次国际量子电子会议上，肖洛提出了用红宝石作为激光的工作物质。不久，肖洛又具体地描述了激光器的结构：“固体微波激射器的结构较为简单，实质上，它有一棒（红宝石），它的一端可作全反射，另一端几乎全反射，侧面作光抽运。”遗撼的是，肖洛没有得到足够的光能量使粒子数反转，因而没获成功。可喜的是，科学家迈曼（T.H.Maiman）巧妙地利用氙灯作光抽运，从而获得粒子数反转。于是，1960年6月，在Rochester大学，召开了一个有关光的相干性的会议，会议上，迈曼成功地操作了一台激光器。7月份，迈曼用红宝石制成的激光器被公布于众。至此，世界上第一台激光器宣告诞生。激光具有单色性，相干性等一系列极好的特性。从诞生那天开始，人们就预言了它的美好前景。20多年来，人们制造了输出各种不同波长的激光器，甚至是可调激光器。大功率激光器的研制成功，又开拓了新的领域。1977年出现的自由电子激光器，机制则完全不同，它的工作物质是具有极高能量的自由电子，人们可以期望通过这种激光器，实现连续大功率输出，而且覆盖频率范围可向长短两个方向发展。现在，激光应用已经遍及光学、医学、原子能、天文、地理、海洋等领域，它标志着新技术革命的发展。诚然，如果将激光发展的历史与电子学及航空发展的历史相比，你不得不意识到现在还是激光发展的早期阶段，更令人激动的美好前景将要来到。 能发1954年制成了第一台微波量子放大器，获得了高度相干的微波束。1958年A.L.肖洛和C.H.汤斯把微波量子放大器原理推广应用到光频范围，并指出了产生激光的方法。1960年T.H.梅曼等人制成了第一台红宝石激光器。1961年A.贾文等人制成了氦氖激光器。1962年R.N.霍耳等人创制了砷化镓半导体激光器。以后，激光器的种类就越来越多。按工作介质分，激光器可分为气体激光器、固体激光器、半导体激光器和染料激光器4大类。近来还发展了自由电子激光器，其工作介质是在周期性磁场中运动的高速电子束，激光波长可覆盖从微波到X射线的广阔波段。按工作方式分，有连续式、脉冲式、调Q和超短脉冲式等几类。大功率激光器通常都是脉冲式输出。各种不同种类的激光器所发射的激光波长已达数千种，最长的波长为微波波段的0.7毫米，最短波长为远紫外区的210埃，X射线波段的激光器也正在研究中。 除自由电子激光器外，各种激光器的基本工作原理均相同，装置的必不可少的组成部分包括激励（或抽运）、具有亚稳态能级的工作介质和谐振腔（ 见光学谐振腔）3部分。激励是工作介质吸收外来能量后激发到激发态，为实现并维持粒子数反转创造条件。激励方式有光学激励、电激励、化学激励和核能激励等。工作介质具有亚稳能级是使受激辐射占主导地位，从而实现光放大。谐振腔可使腔内的光子有一致的频率、相位和运行方向，从而使激光具有良好的定向性和相干性。 激光工作物质 是指用来实现粒子数反转并产生光的受激辐射放大作用的物质体系，有时也称为激光增益媒质，它们可以是固体（晶体、玻璃）、气体（原子气体、离子气体、分子气体）、半导体和液体等媒质。对激光工作物质的主要要求，是尽可能在其工作粒子的特定能级间实现较大程度的粒子数反转，并使这种反转在整个激光发射作用过程中尽可能有效地保持下去；为此，要求工作物质具有合适的能级结构和跃迁特性。 激励(泵浦)系统 是指为使激光工作物质实现并维持粒子数反转而提供能量来源的机构或装置。根据工作物质和激光器运转条件的不同，可以采取不同的激励方式和激励装置，常见的有以下四种。①光学激励(光泵)。是利用外界光源发出的光来辐照工作物质以实现粒子数反转的，整个激励装置，通常是由气体放电光源（如氙灯、氪灯）和聚光器组成。②气体放电激励。是利用在气体工作物质内发生的气体放电过程来实现粒子数反转的，整个激励装置通常由放电电极和放电电源组成。③化学激励。是利用在工作物质内部发生的化学反应过程来实现粒子数反转的，通常要求有适当的化学反应物和相应的引发措施。④核能激励。是利用小型核裂变反应所产生的裂变碎片、高能粒子或放射线来激励工作物质并实现粒子数反转的。 激光器的种类是很多的。下面，将分别从激光工作物质、激励方式、运转方式、输出波长范围等几个方面进行分类介绍。 按工作物质分类 根据工作物质物态的不同可把所有的激光器分为以下几大类：①固体（晶体和玻璃）激光器，这类激光器所采用的工作物质，是通过把能够产生受激辐射作用的金属离子掺入晶体或玻璃基质中构成发光中心而制成的；②气体激光器，它们所采用的工作物质是气体，并且根据气体中真正产生受激发射作用之工作粒子性质的不同，而进一步区分为原子气体激光器、离子气体激光器、分子气体激光器、准分子气体激光器等；③液体激光器，这类激光器所采用的工作物质主要包括两类，一类是有机荧光染料溶液，另一类是含有稀土金属离子的无机化合物溶液,其中金属离子（如Nd）起工作粒子作用，而无机化合物液体（如SeOCl）则起基质的作用；④半导体激光器，这类激光器是以一定的半导体材料作工作物质而产生受激发射作用，其原理是通过一定的激励方式(电注入、光泵或高能电子束注入)，在半导体物质的能带之间或能带与杂质能级之间，通过激发非平衡载流子而实现粒子数反转，从而产生光的受激发射作用；⑤自由电子激光器，这是一种特殊类型的新型激光器，工作物质为在空间周期变化磁场中高速运动的定向自由电子束，只要改变自由电子束的速度就可产生可调谐的相干电磁辐射，原则上其相干辐射谱可从X射线波段过渡到微波区域，因此具有很诱人的前景。 按激励方式分类 ①光泵式激光器。指以光泵方式激励的激光器，包括几乎是全部的固体激光器和液体激光器，以及少数气体激光器和半导体激光器。②电激励式激光器。大部分气体激光器均是采用气体放电（直流放电、交流放电、脉冲放电、电子束注入）方式进行激励，而一般常见的半导体激光器多是采用结电流注入方式进行激励，某些半导体激光器亦可采用高能电子束注入方式激励。③化学激光器。这是专门指利用化学反应释放的能量对工作物质进行激励的激光器，反希望产生的化学反应可分别采用光照引发、放电引发、化学引发。④核泵浦激光器。指专门利用小型核裂变反应所释放出的能量来激励工作物质的一类特种激光器，如核泵浦氦氩激光器等。 按运转方式分类 由于激光器所采用的工作物质、激励方式以及应用目的的不同，其运转方式和工作状态亦相应有所不同，从而可区分为以下几种主要的类型。①连续激光器，其工作特点是工作物质的激励和相应的激光输出，可以在一段较长的时间范围内以连续方式持续进行，以连续光源激励的固体激光器和以连续电激励方式工作的气体激光器及半导体激光器，均属此类。由于连续运转过程中往往不可避免地产生器件的过热效应，因此多数需采取适当的冷却措施。②单次脉冲激光器，对这类激光器而言，工作物质的激励和相应的激光发射，从时间上来说均是一个单次脉冲过程，一般的固体激光器、液体激光器以及某些特殊的气体激光器，均采用此方式运转，此时器件的热效应可以忽略，故可以不采取特殊的冷却措施。③重复脉冲激光器，这类器件的特点是其输出为一系列的重复激光脉冲，为此，器件可相应以重复脉冲的方式激励，或以连续方式进行激励但以一定方式调制激光振荡过程,以获得重复脉冲激光输出,通常亦要求对器件采取有效的冷却措施。④调激光器,这是专门指采用一定的 开关技术以获得较高输出功率的脉冲激光器，其工作原理是在工作物质的粒子数反转状态形成后并不使其产生激光振荡 (开关处于关闭状态)，待粒子数积累到足够高的程度后，突然瞬时打开 开关，从而可在较短的时间内（例如10～10秒）形成十分强的激光振荡和高功率脉冲激光输出（见技术'" class=link>激光调 技术）。⑤锁模激光器，这是一类采用锁模技术的特殊类型激光器，其工作特点是由共振腔内不同纵向模式之间有确定的相位关系，因此可获得一系列在时间上来看是等间隔的激光超短脉冲（脉宽10～10秒）序列，若进一步采用特殊的快速光开关技术，还可以从上述脉冲序列中选择出单一的超短激光脉冲（见激光锁模技术）。⑥单模和稳频激光器，单模激光器是指在采用一定的限模技术后处于单横模或单纵模状态运转的激光器，稳频激光器是指采用一定的自动控制措施使激光器输出波长或频率稳定在一定精度范围内的特殊激光器件，在某些情况下，还可以制成既是单模运转又具有频率自动稳定控制能力的特种激光器件（见激光稳频技术）。⑦可调谐激光器，在一般情况下，激光器的输出波长是固定不变的，但采用特殊的调谐技术后，使得某些激光器的输出激光波长，可在一定的范围内连续可控地发生变化，这一类激光器称为可调谐激光器（见激光调谐技术）。 按输出波段范围分类 根据输出激光波长范围之不同，可将各类激光器区分为以下几种。①远红外激光器，输出波长范围处于25～1000微米之间, 某些分子气体激光器以及自由电子激光器的激光输出即落入这一区域。②中红外激光器，指输出激光波长处于中红外区(2.5～25微米)的激光器件,代表者为CO分子气体激光器(10.6微米)、 CO分子气体激光器（5～6微米）。③近红外激光器,指输出激光波长处于近红外区（0.75～2.5微米）的激光器件，代表者为掺钕固体激光器（1.06微米）、CaAs半导体二极管激光器(约 0.8微米)和某些气体激光器等。④可见激光器，指输出激光波长处于可见光谱区（4000～7000埃或0.4～0.7微米）的一类激光器件，代表者为红宝石激光器 （6943埃）、 氦氖激光器（6328埃）、氩离子激光器（4880埃、5145埃）、氪离子激光器（4762埃、5208埃、5682埃、6471埃）以及一些可调谐染料激光器等。⑤近紫外激光器，其输出激光波长范围处于近紫外光谱区（2000～4000埃），代表者为氮分子激光器(3371埃)氟化氙(XeF)准分子激光器（3511埃、3531埃）、 氟化氪(KrF)准分子激光器(2490埃)以及某些可调谐染料激光器等⑥真空紫外激光器,其输出激光波长范围处于真空紫外光谱区(50～2000埃）代表者为（H）分子激光器 (1644～1098埃)、氙(Xe)准分子激光器（1730埃）等。⑦X射线激光器, 指输出波长处于X射线谱区（0.01～50埃）的激光器系统，目前软X 射线已研制成功，但仍处于探索阶段[编辑本段]激光器的发明 激光器的发明是20世纪科学技术的一项重大成就。它使人们终于有能力驾驶尺度极小、数量极大、运动极混乱的分子和原子的发光过程，从而获得产生、放大相干的红外线、可见光线和紫外线（以至X射线和γ射线）的能力。激光科学技术的兴起使人类对光的认识和利用达到了一个崭新的水平。 激光器的诞生史大致可以分为几个阶段，其中1916年爱因斯坦提出的受激辐射概念是其重要的理论基础。这一理论指出，处于高能态的物质粒子受到一个能量等于两个能级之间能量差的光子的作用，将转变到低能态，并产生第二个光子，同第一个光子同时发射出来，这就是受激辐射。这种辐射输出的光获得了放大，而且是相干光，即如多个光子的发射方向、频率、位相、偏振完全相同。 此后，量子力学的建立和发展使人们对物质的微观结构及运动规律有了更深入的认识，微观粒子的能级分布、跃迁和光子辐射等问题也得到了更有力的证明，这也在客观上更加完善了爱因斯坦的受激辐射理论，为激光器的产生进一步奠定了理论基础。20世纪40年代末，量子电子学诞生后，被很快应用于研究电磁辐射与各种微观粒子系统的相互作用，并研制出许多相应的器件。这些科学理论和技术的快速发展都为激光器的发明创造了条件。 如果一个系统中处于高能态的粒子数多于低能态的粒子数，就出现了粒子数的反转状态。那么只要有一个光子引发，就会迫使一个处于高能态的原子受激辐射出一个与之相同的光子，这两个光子又会引发其他原子受激辐射，这样就实现了光的放大；如果加上适当的谐振腔的反馈作用便形成光振荡，从而发射出激光。这就是激光器的工作原理。1951年，美国物理学家珀塞尔和庞德在实验中成功地造成了粒子数反转，并获得了每秒50千赫的受激辐射。稍后，美国物理学家查尔斯·汤斯以及苏联物理学家马索夫和普罗霍洛夫先后提出了利用原子和分子的受激辐射原理来产生和放大微波的设计。 然而上述的微波波谱学理论和实验研究大都属于“纯科学”，对于激光器到底能否研制成功，在当时还是很渺茫的。 但科学家的努力终究有了结果。1954年，前面提到的美国物理学家汤斯终于制成了第一台氨分子束微波激射器，成功地开创了利用分子和原子体系作为微波辐射相干放大器或振荡器的先例。 汤斯等人研制的微波激射器只产生了1.25厘米波长的微波，功率很小。生产和科技不断发展的需要推动科学家们去探索新的发光机理，以产生新的性能优异的光源。1958年，汤斯与姐夫阿瑟·肖洛将微波激射器与光学、光谱学的理论知识结合起来，提出了采用开式谐振腔的关键性建议，并预防了激光的相干性、方向性、线宽和噪音等性质。同期，巴索夫和普罗霍洛夫等人也提出了实现受激辐射光放大的原理性方案。 此后，世界上许多实验室都被卷入了一场激烈的研制竞赛，看谁能成功制造并运转世界上第一台激光器。 1960年，美国物理学家西奥多·梅曼在佛罗里达州迈阿密的研究实验室里，勉强赢得了这场世界范围内的研制竞赛。他用一个高强闪光灯管来刺激在红宝石水晶里的铬原子，从而产生一条相当集中的纤细红色光柱，当它射向某一点时，可使这一点达到比太阳还高的温度。 “梅曼设计”引起了科学界的震惊和怀疑，因为科学家们一直在注视和期待着的是氦氖激光器。 尽管梅曼是第一个将激光引入实用领域的科学家，但在法庭上，关于到底是谁发明了这项技术的争论，曾一度引起很大争议。竞争者之一就是“激光”(“受激辐射式光频放大器”的缩略词)一词的发明者戈登·古尔德。他在1957年攻读哥伦比亚大学博士学位时提出了这个词。与此同时，微波激射器的发明者汤斯与肖洛也发展了有关激光的概念。经法庭最终判决，汤斯因研究的书面工作早于古尔德9个月而成为胜者。不过梅曼的激光器的发明权却未受到动摇。 1960年12月，出生于伊朗的美国科学家贾万率人终于成功地制造并运转了全世界第一台气体激光器——氦氖激光器。1962年，有三组科学家几乎同时发明了半导体激光器。1966年，科学家们又研制成了波长可在一段范围内连续调节的有机染料激光器。此外，还有输出能量大、功率高，而且不依赖电网的化学激光器等纷纷问世。 由于激光器具备的种种突出特点，因而被很快运用于工业、农业、精密测量和探测、通讯与信息处理、医疗、军事等各方面，并在许多领域引起了革命性的突破。比如，人们利用激光集中而极高的能量，可以对各种材料进行加工，能够做到在一个针头上钻200个孔；激光作为一种在生物机体上引起刺激、变异、烧灼、汽化等效应的手段，已在医疗、农业的实际应用上取得了良好效果；在通信领域，一条用激光柱传送信号的光导电缆，可以携带相当于2万根电话铜线所携带的信息量；激光在军事上除用于通信、夜视、预警、测距等方面外，多种激光武器和激光制导武器也已经投入实用。 今后，随着人类对激光技术的进一步研究和发展，激光器的性能将进一步提升，成本将进一步降低，但是它的应用范围却还将继续扩大，并将发挥出越来越巨大的作用。

目前中国的攻击激光雷达体积仍然十分庞大，达10吨，缺少强大的瞬时超强能源电池，容易受天气限制，空气中的微粒和水汽会严重干扰其能量和射程，只能陆基和海基。如何把攻击激光雷达装载于卫星，是我国目前正在全力研究攻关的目标，如果探月成功，如果我们的激光武器能量再提高一个数量级，会把攻击激光雷达装载于月球！ 中国研制成功的新一代激光武器是国际上最先进的激光武器之一，可有效对付频频闯入中国领空侦察的“曙光女神”号超高速战略侦察机；中国的电子干扰机，能使F－117隐形飞机的激光制导、红外导弹完全失灵。神奇的激光武器随着美国星战计划重新登台，中国也在1990年悄悄地把激光武器重新上马。 中国在激光器的研究陆续进行了CO2激光（电激励、气动激励）、化学激光、自由电子激光和X射线激光等探索，其中CO2激光和化学器的输出功率达万瓦级以上，有广阔的开发前景。而在强光激光破坏研究方面，中国对激光的热和力学效应进行了广泛的实验研究和理论分析，取得了令人满意的成果，提高了对激光破坏目标的认识。 1996年，中国新一代飞秒超强激光装置研制成功（中国工程物理研究院）。这标志着中国的强激光技术又踏上一个新台阶。这个设备是中国第一台用于超短超强激光研究的精密装置，专家认为它的研制成功为中国强场中的物质及行为研究开拓了道路，是国际上重大研究项目之一。激光武器具有攻击目标速度快、转换火力快、杀伤效率高等优点，势将成为资讯战时代的重武器。虽有国际法禁止使用低功率的激光致盲武器，但一些国家却秘密发展这种武器，其中又以美国表现露骨。 中国对此亦有准备。1995年在第三届国际防务展览会上（IDEX95），中国展出的ZM－87激光器，有效作用距离3公里，加上一个放大器后更增至5公里，性能并不比美军的差。所以，中国有能力对付在中国海岸频频活动的美国“曙光女神”号超高速战略侦察机。死光A我国的死光A重型战略激光武器系统主要用于战时摧毁敌方的军用卫星及用于军事目的的敌空间站。二是用来摧毁敌方的地面固定发射井和机动核导弹及水下核潜艇。众所周知：激光一般都是沿直线发射的定向光速，不可能拐弯的，针对此一难题，我国的科研工作者早在20年前就已开始了此领域的预研工作，并用其研究成果成功制造出了现今国际上还是空白的，只有我国才有的激光卫星接力站或卫星反射站！该卫星接力站采用光线反射原理，将地面传来的高能量强激光接收并转瞬间射向已锁定了的敌方藏在海水下并快速机动的核潜艇。瞬间即可将敌核潜艇击穿气化。在研制过程中，我国科研工作者克服了因卫星接力及因天气因素造成的能量损失，成功的将其能量衰减控制在千分之一以下。试验结果证明：从发现锁定目标到摧毁击穿敌核潜艇，总计用了2.5秒，持续照射5.2秒后，潜艇才层裂溶化至气化（层裂-----就是当水下敌潜艇表面受到强激光速照射瞬间，其原子被电解，形成等离体 云，云向外膨胀喷射形成应力波向深处传播，应力波的反射造成艇体大面积拉断，形成层裂性的破坏。其等离子体云进一步破坏艇体的结构和各种设备及电子电路元件，直至烧毁气化。这一过程时间极短。）一共才用了不到一分钟的时间！

激光武器激光武器是一种利用沿一定方向发射的激光束攻击目标的定向能武器，具有快速、灵活、精确和抗电磁干扰等优异性能，在光电对抗、防空和战略防御中可发挥独特作用。它分为战术激光武器和战略激光武器两种。它将是一种常规威慑力量。战术激光武器的突出优点是反应时间短，可拦击突然发现的低空目标。用激光拦击多目标时，能迅速变换射击对象，灵活地对付多个目标。激光武器的缺点是不能全天候作战，受限于大雾、大雪、大雨，且激光发射系统属精密光学系统，在战场上的生存能力有待考验。陆军的快速发射高炮的炮管寿命短，连续发射几分钟后就要更换，而激光武器不存在多次发射的寿命问题。可以预计，未来在目前弹炮结合防空武器系统的基础上，将出现将新型防空导弹。高炮和激光武器三结合的对空防御系统。其中，激光武器主要拦截从低空、超低空突然来袭的近距离目标，这有可能大大提高对精确武器的拦截溉率，解决当前存在的极近程防空问题，并可用于保卫重要目标，如重要机构、指挥中心、通讯和动力中枢等。目前研制的激光武器的体积一段较大，重量较重，所以各国首先考虑舰载应用。目前，发达国家的大型水面舰只已开始采用核能作为动力，中型水面舰只的电动化改进也已进入实质阶段，这都为激光武器在舰艇上的应用铺平了道路。鉴于激光武器的重要作用和地位，美、俄、以色列和其他一些发达国家都投入了巨额资金，制定了宏大计划，组织了庞大的科技队伍，开发激光武器。至90年代初，仅美国政府对激光武器的研究投资就达90亿美元。80年代中后期，苏联和英国的军舰或陆上已有实验性战术激光武器装备，美、法、德等国也作了大量试验。战略激光武器研究费用高，技术难度大，其前景还有待观察。激光武器的效费比是比较高的。在防空武器方面，当前主体是导弹，激光武器与之相比消耗费用要便宜得多。例如，一枚“爱国者”导弹要60－70万美元，一枚短程“毒刺”式导弹要2万美元，而激光发射一次仅需数千美元，今后随着技术的发展，激光发射一次的费用可降至数百美元。去年6月6日，美国军方在新墨西哥州南部的怀特桑兹导弹试验场首次进行战术高能武器试验，成功摧毁了一枚飞行中的喀秋莎火箭。美军方官员称，这是世界上第一种以激光为基础的反导系统。美军方还将于近期进行该武器击落多枚“来袭导弹”的试验。该系统由美加利福尼亚州的承包商汤普森·拉莫·伍尔德里奇公司专门为美国陆军和以色列设计制造，开发费用高达2亿美元。该系统尤其适合部署在人口稠密的地方，而且成本十分低廉，据估算，每拦截一枚导弹只需约3000美元。美国防部目前正在考虑研制一种机动性能更强、打击范围更广、主要针对弹道导弹的激光拦截技术。激光武器1975年10月18日，美国北美防空司令部一片混乱。事情是从一个报警电话开始的。“哈罗，我是控制中心的监测员。我们在印度洋上空的647预警卫星的在外探测器，受到来自苏联西部的强红外闪光的干扰，不能正常工作。”这是怎么回事？最初，人们从自然原因分析，认为可能是流星群的强光干扰，或者，是苏联的天然气管道破裂失火，形成强光。“这不可能。”北美防空司令部的高级参谋反驳说，“我们的卫星是滤光镜，它对自然光不敏感。流星群每月都有，卫星从来不受干扰……”“据估计，这次神秘的闪光，比洲际导弹发射的光强要大1000倍。天然气管道失火绝不可能有如此强光发射……”另一个参谋说。“也许是前苏联研制出了新的激光武器。”一位军官说出了大家最担心的一句话。“天哪，但愿不是这样。”有人喊道。这场风波尚未平息，一个月后，即1975年11月17日、18日两天，美国空军的两颗数据中继卫星，由于受来自苏联的红外干扰，又停止了工作。据检查，是红外姿态控制仪失灵。很快，“苏联激光武器攻击并破坏了美国卫星”的消息，像一场台风，席卷了整个美国，在全世界也引起了强烈震动。美国官方想稳定一下国内的慌乱表绪。国防部长拉姆斯菲尔德召开记者招待会，宣布说：“我看到了报纸的报道，关于激光武器的使用，经调查，没有情报能够证实。”但纸包不住火。几句安慰的话丝毫没有平息舆论的压力。1980年5月22日，美国负责公共事务的助理国防部长兼五角大楼发言人托马斯·罗斯，在新闻发布会上说：“中央情报局和其他情报部门业已查明，苏联正在研制一种能够摧毁卫星的激光武器系统。”他接着又说：“但是，这项研究在美国也在进行着。前苏联在达到的功率方面也许稍稍领先。”我国古代传说中就有“用光杀人”的记载。《封神演义》中有“哼”“哈”二将，可从鼻中喷出光来，使敌人丧命。科学幻想中也早有“魔光”、“死光”之说。但只有到1960年出现激光后，这些幻想才变成了现实。激光具有单色性，基谱线宽度很窄。普通光源中氪灯的谱线宽度为千分之五埃 （一埃是一亿分之一厘米），算最窄的了，但氦氖激光器产生的激光谱线宽度只有千万分之一埃。就是说，激光的单色性比氪灯提高了几十万倍。激光能够向一个方向辐射，散开角度只有几分，甚至小到一秒。激光的高方向性使它在军事上很受重视。高度集束的激光，能量也非常集中。举例说，在日常生活中我们认为太阳是非常亮的，但一台巨脉冲红宝石激光器发出的激光却比太阳还亮200亿倍。当然，激光比太阳还亮，并不是因为它的总能量比太阳还大，而是由于它的能量非常集中。例如，红宝石激光器发出的激光射束，能穿透一张1/3厘米厚的钢板，但总能量却不足以煮熟一个鸡蛋。激光作为武器，有很多独特的优点。首先，它可以用光速飞行，每秒30万公里，任何武器都没有这样高的速度。它一旦瞄准，几乎不要什么时间就立刻击中目标，用不着考虑提前量。另外，它可以在极小的面积上、在极短的时间里集中超过核武器100万倍的能量，还能很灵活地改变方向，没有任何发射性污染。激光武器分为三类：一是致盲型。前面我们讲过的机载致盲武器，就属于这一类。二是近距离战术型，可用来击落导弹和飞机。1978年美国进行的用激光打陶式反坦克导弹的试验，就是用的这类武器。三是远距离战略型。这类的研制困难最大，但一旦成功，作用也最大，它可以反卫星、反洲际弹道导弹，成为最先进的防御武器。激光怎样击毁目标呢？科学家们认为有两个方面：一是穿孔，二是层裂。所谓穿孔，就是高功率密度的激光束使靶材表面急剧熔化，进而汽化蒸发，汽化物质向外喷射，反冲力形成冲击波，在靶材上穿一个孔。所谓层裂，就是靶材表面吸收激光能量后，原子被电离，形成等离体“云”。“云”向外膨胀喷射形成应力波向深处传播。应力波的反射造成靶材被拉断，形成“层裂”破坏。除此以外，等离子体“云”还能辐射紫外线或X光，破坏目标结构和电子元件。激光武器作用的面积很小，但破坏在目标的关键部位上，可造成目标的毁灭性破坏。这和惊天动地的核武器相比，完全是两种风格。粒子束武器所谓粒子束武器，是将电子、质子或离子等粒子，利用粒子加速器加速到光速的0.6～0.7倍，然后发射出去。当粒子在前进方向上遇到障碍物时，粒子所带有巨大的动能就传输到障碍物上，使其毁坏。它能够穿过云雾，又不怕反射，这使它比激光武器略胜一筹。人们估计，用它对付带有核弹的洲际导弹，是很有效的。但是，要制造粒子束武器，却是一项极其困难的任务。这里至少要“过五关”。第一是能源要强。根据计算，要把导弹弹体击穿，需要粒子束武器的能源产生能量3千万焦耳、脉冲宽度百万分之一秒的脉冲电流。这个功率是非常大的，它相当于15000个发电量为200万千瓦的发电站的总功率。目前，能够产生这样大功率的只有核爆炸。第二是加速器要好。目前的加速器要得到高能量，流强就要变弱；要得到高流强，能量就要减小。总之不能兼顾。粒子束武器要求加速器能量高，流强大，这就很难研制出来。第三是粒子束的瞄准跟踪。导弹在千里之外，张角极小，运动又快，粒子束是一细束，要打中目标，需要有精度极高的指挥控制系统。第四是传输问题。粒子束在空气中传输时能够形成一条高温电离空气“通道”，从而减弱带电粒子的能量损失。但在外层空间，由于地磁场的影响，将使粒子束剧烈偏转；由于自身电荷的排斥力，粒子束发散很厉害。有人提出用中性粒子束作武器，因为中性粒子不带电，所以不存在因电荷排斥产生的发散问题，也不会受到地磁场的影响。但中性粒子在加速器中无法加速，这里还需要做许多工作。第五是要搞清楚粒子束是怎样破坏目标的。要搞清破坏机理，分析影响破坏效果的因素，提出粒子束武器的技术指标。正因为技术上难度太大，美国才中断了“跷跷板计划”。到了1978年，形势发生了变化。来自苏联的越来越多的情报证明，苏联确实正在执行一个庞大的发展粒子束武器的计划。估计它已耗资30亿美元，有大约2000名第一流学者的350个实验室正在进行与此有关的研究。看来，美国显然落后了！面临如此尖锐的挑战，美国的态度由怀疑观望变为急起直追。1978年底，国防部成立定向能束技术局，将三军的研究力量集中起来，制订了五年计划。主管这个局的国防部次长帮办戴维斯博士充满信心地说：“粒子束技术是第二次世界大战以来武器的一项根本变革。它会导致一场轰动，也会使美国战略发生根本变化。”电磁炮自古以来，战场上总是炮火轰鸣，硝烟弥漫。作为火器的枪和炮，其发射动力都是火药，因而，在发射过程中，不可避免地要有火药的燃烧和爆炸。而电磁炮则不同，它依靠电磁力把弹丸发射出去。你只听到弹丸发射和飞行的啸鸣声，战场上很干净。战士们发射电磁炮，简直像坐在试验室里操作仪器……1937年的一天，美国普林斯顿大学教授诺思厄普在试验室中布置了一个实验。他用两根铜棒在桌上作成道轨的模样，然后将电源的正负两极和道轨连接起来。他把一切布置停当，就拿起一块铁块，向“道轨”上放去。怪事出现了：铁块刚接触道轨，立刻受到一种神秘的推力，沿着道轨飞跑起来，越“跑”越快，最后顺着道轨另一端飞射出去。靠窗放着的一个大玻璃瓶，被铁块砸得碎片四迸……几天以后，诺思厄普在实验室接见了军方代表。他们很感兴趣地了解了实验装置的情况。临了，军方代表说：“我们准备赞助这项研究。希望你能用这个原理制成一种新式武器。可是，叫什么名字呢？”诺思厄普思索了一下，说：“它是借电磁力工作的，就叫电磁炮吧！”电磁炮的原理并不复杂。中学生都学过，电流可以产生磁场，当“道轨”上放上铁块，实际上便形成了一个闭合回路。铁块在这个磁场中受到磁场力的作用，根据左手定则，这力的方向正是沿着道轨方向的。这里，要使铁块变成摧毁目标的武器，必须使它的速度足够快。而要获得高速度，必须有强大的电流。遗憾的是，在30年代没有能产生大电流的电波，尽管诺思厄普绞尽脑汁，法国、德国和日本等国也先后研制过电磁炮，但都没有成功。70年代以后，所谓“单极发电机”出现了，电磁炮的研究这才有了大突破。电磁炮需要有大电流直流脉冲电源，电流应该有数万到数10万安培，普通发电机是无法胜任的。“单极发电机”是澳大利亚国立大学发明的，它是利用浸泡在液氮中的超导体线圈借超导现象产生高强励磁磁砀，利用厚的铜圆盘作转子，在磁场中迅速旋转产生电流。输出电流利用液体金属钠作为触点，从圆盘的中心和圆周引出。这种发电机的输出电流可达数10万安培以上，利用高速的机械或电磁制动，使转子在1/10秒或更短的时间刹车，可以产生极强的直流脉冲电流。如果用电感耦合方式将这种大电流脉冲耦合到铜“导轨”上，将使滑块受到强大电磁力而迅速飞出。为使滑块在“导轨”末段再得到加速，外面又设计了一种超导线圈，以造成末端再加速磁场。整个过程用每秒运算500万次的大容量电子计算机控制协调。这就构成了一个完整的电磁炮。电磁炮的原理性试验已经成功。美国利弗莫尔研究所1975年在电磁炮的“道轨”上发射了重 1/3公斤的穿甲弹，速度每秒3公里，其动能超过最先进火炮的4倍。不久，速度提高到每秒5公里。据报道，用电磁炮发射的只有几克重的小弹丸因速度极大，竟一下子穿透了挺厚的钢板！电磁炮的优点很多。它只发射弹丸，省去了炮弹壳和火药，减少了成本和污染。它不需要坚固的炮管和复杂的发火机构，并且绝无“膛炸”的危险。通过改变电流可以非常方便地调节“炮弹”的速度，使准确性大大提高。更重要的是，电磁炮的弹丸可以达到宇宙速度。有人计算，其速度可以达到每秒20公里以上。也就是说，电磁炮发射的弹丸可飞出地球，打击卫星或其他宇宙目标。从经济上看，因为发电可利用廉价柴油，获每兆焦耳能量只需0.1美元，而使用火药产生同样能量却需10美元。电磁炮可以安装在坦克、飞机上，或像普通火炮一样放在地面上，也可以安装在卫星或空间渡船上。当然，在Nod把它用于武器平台之前，激光的出现已经有一段时间了，但是在之前，它们由于包括体积、重量、冷却、能量需求、以及战场耐用性等大量问题的存在而不适于用作为武器。因为这些因素，激光仅作为次要角色发挥作用——比如做成用于拦截远程导弹的固定炮台——直到一个不出名的泰国工程师开发出了一种新的、耐用的、反射和折射系统，这革命性地给激光设备的建造和使用开创了新道路。在对日本科学家创造的持久磁性陶瓷深入研究的基础上，这个工程师成功创造了人工陶瓷晶体，在这种晶体内部反射和折射光线的能量损失仅与加工最精细的玻璃反射镜相当。这个发现的有效性被世界上的大多数人被错过了——玻璃镜仍然更加便宜且容易制造，另外多数军方很久以前就简单地因其不可行而放弃了激光武器。许多美国军火商在尝试使导弹和弹道武器更加完善，而其基础研究则已经用粒子武器完成了。然而，为泰国工程师提供走私材料用于那些怪诞实验的Nod成员发现陶瓷晶体可能有助于Nod未来扩张基层组织、并公开对抗发达国家。这种观点被证明是对的，Nod工程师很快开发出了一台新的激光防御武器。其原型建筑最初有10层楼高，并且需要一个拥有冷却装置和供能系统的巨大地基。其中一个Nod建造者在看到它将一个模拟目标坦克变成蒸汽时，感叹地说“看啊，它带来了凯恩之光”。被赋予这个评论的建筑从来没有单独使用过——只是作为Nod一个更大型装置的一部分——专门的地下能源供给和冷却管道系统被开发出来了，这使这个塔能够吸收能量并将多余热量送到附近的Nod发电站中。最终的建筑，除去内部的冷却系统和能量供应，看起来像埃及式的大型方尖石碑。因此，“光明石碑”这个名字产生了。在第一次Nod和GDI的冲突期间，光明石碑的形式没有什么变化，因为GDI的坦克指挥官根本没法找出它可利用的弱点。虽然在一个现有基地里，光明石碑比较便宜且容易建造，但它在战斗状态下仍然格外的耐用。然而，当凯恩重新露面、第二次战争开始时，GDI的装甲部队和武器装备（还没说数量）被改进到了一个使得光明石碑不能那么有效地防御基地的程度。一个只能算是比较成功的解决方案，通过将其内部的能量供应及冷却系统与外部连接起来，以增加射程和能量。从而得到一个拥有更大的地基的建筑和最初的原型十分相似。由于建筑风格的原因，建筑的地基区域形状一只巨大的蝎子——当然，这不会增加武器的威力。更有趣的是，虽然没那么有效、有用，一种小型的激光炮塔最终被开发了出来，它很好地弥补了光明石碑最大的弱点：对步兵。这些小型炮塔使用了和原版光明石碑一样的能量及冷却管道系统，但是它们安装在一个稳固的、可以旋转的平台上，并使用了标准的激光炮。最终，激光炮塔被证明为对付GDI步兵和轻装甲的有效防御武器。