真實存在的科幻武器（科幻電影中無所不能指哪打哪的雷射武器）
2023-06-26 13:00:55 2
雷射武器到底有多厲害還是過於神話？
有關測試雷射武器的信息經常出現在外國媒體的頁面上。所有這些報告的共同之處在於缺乏雷射的詳細特性，在此基礎上可以評估這類武器的真正能力。
俄羅斯近日宣布啟用一種雷射武器，能夠在5秒內摧毀5公裡外的無人機，並在100公裡的距離內使太空衛星致盲。
工業雷射機可以切割和焊接厚達約40毫米的金屬板，令人印象深刻。但要研製科幻小說和電影中描述的新型雷射武器，那是相當困難的。
然而，在過去的20年裡，所展示的戰鬥雷射原型不能被稱為成熟的武器。現代雷射系統實際證明對目標物理破壞的最大距離不超過約5公裡。還沒有目標在最遠100公裡的距離上被實際摧毀的報告。
為什麼雷射武器不能遠距離打擊？
既然工業雷射能夠切割厚鋼板，那為什麼用雷射摧毀飛彈，飛機，衛星和其他裝甲目標方面存在困難？
這是雷射束衍射發散造成的影響，這需要將其聚焦在目標和提高兆瓦雷射功率上。如何解決這個難題呢？
首先，在工業雷射器中，為了在切割區域實現高光束載荷，使用透鏡或反射鏡聚焦雷射束。
工業雷射器的聚焦透鏡，取決於輻射的波長，由石英，硒化鋅， 砷化鎵和其他材料製成。透鏡直徑在20...30毫米，焦距可達200毫米。除透鏡外，還使用反射鏡聚焦光束。聚焦非球面鏡通常由金屬製成。根據雷射輻射的波長，反射表面可以由各種材料製成，例如鋁（紫外線範圍）或銀，金（紅外範圍）。
讓我們估計焦距為5公裡的單側凸雷射透鏡的特徵。透鏡材料在近紅外範圍內的折射率值（λ~1 μm）在1.4...1，7. 使用公式進行的基本計算表明，透鏡表面的曲率半徑在4...7 km的範圍內。透鏡直徑為30 mm時，透鏡中心凸起相對於其邊緣的厚度為15...30 nm。
焦距為5 km，直徑為30 mm的球面鏡的曲率估計值與透鏡相似，得出鏡面中心相對於其邊緣的凹度約為4，5 nm。對於直徑為30 mm，焦距為100 km的聚焦透鏡/反射鏡，凸度/凹度降至~3埃，這與固體原子之間的距離相當。不可能製造出具有這種特性的光學元件。
從上述討論中可以得出的自然結論如下，不可能使用類似於工業雷射的雷射器作為武器的原因之一是缺乏將雷射束聚焦在長距離上的手段。然而，儘管長焦距光學器件的參數對於現代技術來說非常離譜，但可以將雷射輻射聚焦在長達5 km的距離上，這將在以後進行考慮。
如果超過5公裡？
同時，可以說，為了獲得能夠在大於5公裡的距離上物理摧毀目標的雷射束，有必要提高光束能量，而無需額外的聚焦。獲得目標上具有大光束載荷的光斑的另一種方法是將幾個相對低功率雷射器的輻射集中在目標的一個點上，例如美國勞倫斯利弗莫爾國家實驗室，在其中一個熱核反應堆模型的原型中所做的那樣，192個雷射器，每個脈衝的總功率為500太瓦。
第二種方法使用多波束雷射系統。例如，德國萊茵金屬HEL用四個20 kW雷射器的輻射組合到目標上的一個點。據悉，藉助該裝置，一架無人機在500米的距離被擊落。
幾十公裡的距離上進行光學和電子定位的現代手段是否能夠將幾束雷射束帶到一個點，其精度不到單個雷射束光斑直徑的一半，並保持它們足夠長的時間以摧毀移動目標。所以使用多光束雷射系統進行大距離破壞的事實來看，這種方法目前實際上尚未實施。
第三種類型：使用單光束高功率雷射。
多年前一輛裝有雷射系統的裝甲車對大口徑炮彈上，在彈丸的側面清楚地投射出一個紅點。它需要兩秒鐘，三秒鐘，五秒鐘，之後彈丸引爆。
這種武器的真正用途是值得懷疑的，因為幾乎不可能在位於幾十公裡距離和高速飛行的真實目標上的一個點上保持幾秒鐘的光點。
作為軍用雷射束功率的下限，該功率由能夠在幾分之一秒內在金屬上打孔，至少要達到1 MW / cm2。
不過要研製兆瓦光束功率的雷射器，需要解決雷射束的衍射發散。
考慮到發散，雷射輸出端光束的比功率值將取為2 MW/cm2.讓我們取等於50%的雷射效率值，即要獲得功率為1 MW的光束，就需要將2 MW的能量泵入雷射器中。那些願意的人可以自己取其他值並進行以下計算。
如果獲得直徑為1釐米且特定輸出功率為2 MW / cm的光束，需要輻射功率為16 MW的雷射器，然後對於直徑為3 cm的光束需要14 MW。對於效率為50%的雷射器，這意味著能量將分別為32 MW和28 MW的雷射武器來說，非常龐大。
美國有一種移動兆瓦級雷射器，是一種化學碘化氧雷射器（COIL，化學氧碘雷射器），波長為1315微米，安裝在波音747飛機上。雷射器的連續功率為幾兆瓦。這種類型的雷射器的缺點可以被認為是光束的大發散，超過了衍射。
根據未經證實的報導，這種雷射武器擊中目標的距離是幾十公裡。至於是物理破壞或光學傳感器的致盲 也不清楚。在過去的20年裡，這架波音雷射武器項目多次關閉和恢復，該項目的現狀要麼是「有希望」，要麼是「失敗」。
同時，實際操作的雷射系統的功率小於500 kW，最佳效率不超過約70%。可以說，目前有可能創建一個光束功率為幾兆瓦的移動雷射裝置，這將使在20公裡的距離上物理摧毀目標成為可能。然而，將其用於軍事目的的實際可能性仍然值得懷疑。
目前，製造用於在衛星和其他飛機上致盲觀測設備的光電傳感器的戰鬥雷射的任務看起來更加逼真。
最後，用雷射束直接在上千公裡或者幾百公裡範圍內摧毀目標不太可能，但對目標進行雷射照射無人機或者低軌道衛星致盲不需要兆瓦雷射功率，比較容易實現。
其次，雷射武器從「冷」狀態達到運行模式的時間太長，無法連續作戰。
第三，大型雷射武器需要瞬產輸出超大功率能量，這要抽水蓄能電站或者用核反應來在短時間提供超大能量。作戰具有局限性。
所以，科幻電影中指哪打哪的神秘雷射武器，目前來說只是一個傳說，不太符合物理規律。
,
