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氫氟酸成燃料,六代機上激光炮并不是不可能,了解一下化學激光器

2021-02-12  軍武數據庫

W君的文章大部分都是有連續性的,往往會根據粉絲的留言做出一些解答(翻牌子)。今天就來講一個大家比較關心的話題——機載激光器。

當然了,寫這個話題也是在《六代機或許是絕唱,下一代空戰,注定要極其乏味 》中對機載激光器的一些粉絲討論中產生的。

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國產某型激光炮

提起激光器,或者干脆叫激光炮吧。在很多人的印象中,這些武器是需要強大的電源支持的,畢竟生活中的很多激光筆、激光手電甚至是激光唱機都會自然而然的讓人將激光的產生和電聯系到一起。

其實從激光的原理上說,激光并不是由電來激發的,激光(LASER,Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation)這個的本意叫做“通過受到激發輻射產生的光放大現象”。

首先說下發光:發光是由電子從高能級躍遷到低能級將能及之間的能量差差以光子的形式輻射出去而發出光的現象。反之電子在吸收了能量之后又會躍遷到高能及的軌道上。

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自然界的大部分發光都和電沒有任何關系,例如我們點燃蠟燭,或者看到一顆星星在發光,完全和電沒有任何直接的聯系。

那么為什么我們點一棵蠟燭不會發出強大的激光成為激光器呢?

一個激光器主要是由三個部分組成的:

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激光器組成

第一個部分叫做激發來源,也叫泵浦源。負責將能量注入到激光器中。

第二部分叫做工作介質,也叫增益介質,工作介質被外界注入的能量激發。例如紅寶石激光器,內部的紅寶石柱就是一種典型的工作介質;再或者二氧化碳激光器內玻璃管內沖入的二氧化碳氣體也是一種工作介質。

第三個部分叫做共振腔,通常會由一對全反射鏡和半反射鏡組成,一則可以加大激光的功率二則則可以“理順”激光的方向。

當然了我們現在講的是基本上的激光器模型。泵浦源的最簡單形式就是燈管。還是用紅寶石激光器舉個例子:

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紅寶石激光器

在紅寶石外部纏繞著氙氣發光管,當給這只發光管通上高壓電的時候,氙氣開始發光,發出的光的能量讓紅寶石內的電子躍遷到高能級,電子紛紛躍遷到低能級的時候開始無序地發光,這時候由一對反光鏡組成的共振腔反復梳理電子下落的頻率最終電子一同躍遷一同下落,這時候激光就產生了。

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紅寶石激光器作為人類第一種實用化的激光器誕生的原因無他,就是結構簡單控制容易。

但并不是所有激光器都像紅寶石激光器一樣,也并不是所有激光器中的電子都需要通過光照來獲得能量。

現在要說的東西叫做化學激光器,利用化學能為工作介質中的電子供能。

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在很強的氧化還原中往往伴隨著巨大的能量釋放?;瘜W反應所釋放的能量一樣可以激發電子作為泵浦源而存在。

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這類激光器的外形很像火箭發動機。通過將大量的氧化劑和還原劑注入到腔體內而發出強激光。除了注入化合物的泵之外,不需要電力輸送到激光器中。

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最簡單的化學激光器也僅僅就是一根經過精密計算的玻璃管。

這種激光有沒有殺傷力?當然有了!足夠大的激光器足以擊落彈道導彈。

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2002年7月18日,美國搞了一架波音747客機,在上面安裝了化學碘激光器。進行了第一次空基激光武器實驗。

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機頭上巨大的激光器可以在3-5秒鐘內摧毀600公里外飛行的液體燃料彈道導彈,或300公里以內的固體燃料彈道導彈。

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激光器每次工作消耗的化學燃料的成本為1000美元之內,大大的低于反導攔截彈的費用。但由于遠程彈道導彈往往在幾千公里以外發射,600公里的摧毀距離其實還是短了點,項目就在2014年被取消了。

波音YAL-1的下馬一方面由于反導作戰所需要的射程是目前激光器難以滿足的,二則就是其龐大的體積和運營成本,一發激光彈并不貴,但巨大的波音747在天空中待命飛行的成本就很高了,它的飛行小時費用幾乎和美國E-4B相持平。

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E-4B

作為末日空中指揮機的E-4B美國僅僅制造了四架(還并不常飛)。而真正形成導彈防御規模則需要大約220架YAL-1在世界各地空中執勤。

最后一個YAL-1下馬的原因在使用的碘化學激光器功率體積還不夠強大。

這幾個原因最終導致YAL-1進入了莫哈韋沙漠中的飛機墳場。

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但時代在發展,技術也在進步。在六代機上裝備激光武器已經是在各個國家所考慮的日程表中了。

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這得益于最近十幾年來化學激光研制的圖片。一種新的化學激光器逐漸進入人們的視野。這就是氟化氫激光器,——利用氫氟酸做燃料的新型激光炮。

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氟化氫激光器

氟化氫激光器在結構上類似于火箭發動機。在燃燒室內部,乙烯在三氟化氮中燃燒,該反應產生三個激發的氟自由基。緊接噴嘴之后,將氦氣和氫或氘的混合氣體注入排氣中,在那里氫(或者氘)與氟自由基發生反應,從而產生激發的氟化氫(氘)分子。執行受激發射中的受激分子光學諧振器以獲得激光。這種小型的激光器可以輕易地達到兆瓦級別。

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MIRACL米拉克,中紅外先進激光器

目前美海軍裝備了米拉克激光器,目的則是為了替換掉之前老舊的密集陣系統。這是一種利用液態燃料的小型激光器。充入一次燃料可以連續工作70秒鐘。

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雷神 激光CIWS方案

使用在戰斗機上的激光器也是在重拾發展中。

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