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世界科技全景百卷书: 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。 |
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