根據中國學術期刊《光學學報》(Acta Optica Sinica)的一篇論文,中國軍事專家聲稱開發出了一種新的冷卻機制,可以讓高能激光器“無限”地工作,而不會產生余熱。
新的冷卻技術完全抵消了高能激光操作產生的危險余熱——這個問題已經成為激光武器發展的一個重大技術障礙。研究人員還表示,這種系統有望通過延長交戰時間、增加射程和傷害、減少后勤和成本來顯著改變戰斗的面貌。
他們還表示,由于采用了新技術,這些武器現在可以隨心所欲地產生激光束,而不會出現中斷或損耗性能。這也意味著,只要持續給它供電,就能夠無間隙地執行任務,且能持續保證高能量的輸出。“到目前為止,中國在動態吹風熱管理方面的許多先進設計和研究進展尚未報道。這是首次將一些設計和測試結果公布于眾。”
據悉,由中國激光武器專家Yuan Shengfu領導的團隊在8月4日發表在《光學學報》(Acta Optica Sinica)上的一篇論文中表示:“這是提高高能激光系統性能的一個巨大突破。高質量的光束不僅可以快速在第一秒內產生,而且可以無限期地保持下去。”
報告提到,新的冷卻系統采用先進的結構和優化的氣流,以消除激光武器內部的熱量,同時最大限度地減少湍流和振動,并提高鏡面清潔度。
上述團隊稱:“自從1960年發明第一臺紅寶石激光器以來,人們就熱衷于從動能轉變為激光能量,以便以光速快速投射能量,激光束成為可以瞬間殺死目標的‘死亡射線’。不幸的是,60年過去了,雖然各種類型的激光器已經開發出來,但高能激光系統的應用還未獲得成功。”
而近年來,激光武器的發展不斷加速,它的出現可能對導彈傳感器構成新的挑戰。例如在美國近年來已經擁有了一些知名項目,包括使用氟化氘作為激光源的海軍先進化學激光器(NACL),以及中紅外先進化學激光器(MIRACL),戰術高能激光器(THEL),使用氟化氫作為激光源的天基激光器(SBL),以及使用化學氧碘激光器的機載激光器(ABL)。
這些項目都已經在試驗戰場獲得了驗證,其中中紅外先進化學激光器(MIRACL)已經擊落了超音速導彈,戰術高能激光器(THEL)已經擊落了48個飛行目標,而化學氧碘激光器的機載激光器(ABL)已經成功攔截了液體燃料導彈。不過,它們之所以被取消,背后真正的原因是破壞力沒有達到預期——這些武器的最大有效射程只有幾公里,為了提高光束的破壞力,需要更長的連續操作時間。
激光武器內部通過一種稱為“受激發射”的過程產生高能光束,這包括激發增益介質中的原子或分子(如晶體或氣體),從而激光武器能夠達到更高的能量狀態。當這些被激發的原子或分子回到它們的基態時,它們會發射光子,然后通過光反饋過程放大光子,從而產生高能激光束。
在這個過程中,光束控制系統負責引導和控制激光束,通常通過使用反射鏡和透鏡。這個系統必須是高度精確和穩定的,因為即使是很小的偏差或振動,也會導致光束偏離指定的路線。但當激光束穿過空氣時,它會加熱中途的氣體,導致氣體膨脹并產生湍流。這種湍流會導致光束散射和扭曲,從而降低其有效性和準確性。此外,加熱的氣體會導致系統中的鏡子和鏡片受到污染,導致性能下降和壽命縮短。
研究人員稱,在某些情況下,較大的污染物顆粒在鏡子上燃燒甚至會導致鏡子破裂或損壞,從而大大降低了高能激光武器的實用性和可靠性。
上述團隊開發了一種內部光束路徑調節器,這是一種讓氣體吹過激光武器以消除廢熱并提高氣體清潔度的系統。它的設計是緊湊和高效的,其重點是優化氣體流量,最大限度地減少尺寸和重量。
它由幾個關鍵部件組成,包括一個空氣源、一個熱交換器、一個氣體流量控制系統和一個氣體噴射/吸入系統:
- 空氣源為系統提供干凈、干燥的空氣,然后通過熱交換器將其冷卻到所需的溫度。
- 氣體流量控制系統調節氣體流量,確保在正確的溫度和停留時間下輸送,實現準靜態小像差。
- 氣體注入/吸入系統負責將氣體注入激光系統的內部光束路徑,并在氣體通過后將其移除。
團隊在建造和操作內部光束路徑調節器時,必須仔細注意許多技術和實用要點:1)其中一個主要挑戰是確保氣體流動達到預期的冷卻和清潔效果。這需要仔細設計和測試氣體流動控制系統,以及將氣體輸送到內部光束路徑的注射/吸入系統。2)另一個挑戰是使其足夠緊湊和高效,以便在實際應用程序中使用。需要創新的設計,如先進的氣動結構、每個路徑的流量優化、注入/吸入與梁段的集成以及簡化的管道。
根據研究人員的說法,冷卻系統可能會帶來新的問題,如湍流和振動,如果建造不當,可能會影響光束質量。例如,氣體吹過內部光束路徑會產生湍流和振動,從而影響激光束的穩定性和質量。上述團隊對該技術進行了廣泛的測試,以確保其符合軍方要求的性能規格。此外,據報道該裝置已經在許多正在開發的激光武器中使用。