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     引言 

    氣動CO2激光器自1966年提出以來，一直受到極大的關注。由于激光技術中氣動技術的引進，為提高激光器的功率和效率開辟了廣闊前景[2]。該激光器系統無化學毒害和污染，制作簡便，其發射的波長為10.6um正處于大氣窗口，可輸出連續波高功率激光等突出特點，在激光武器的發展中占有極其重要的地位[1]。 

    激光武器作為一種新概念武器，與傳統常規武器相比，以其速度快，方向性好，能量密度高，作戰耗費比高等優點，成為新世紀武器中的新寵。本文主要介紹美、法、徳、俄在利用氣動CO2激光器研制的激光武器，綜述目前氣動CO2激光武器的現狀及發展趨勢。 

    1.美國研制的氣動CO2激光武器 

    第一代高能激光器于60年代后期出現不久，發展激光武器的努力就拉開序幕。最早得高能激光器是1968年發明的CO2激光器。70年代早期，美國三軍相繼開始研究高能激光對有關軍事目標得破壞作用。 

    高能激光武器最初的原型機之一是美國空軍于70年代中期研制得MTU裝置，所用得是一臺30KW的電激勵氣動CO2激光器。1975年，在美國阿拉巴馬（Alabama）州的紅石兵工廠(Redstone Arsenal)用MTU截擊有翼靶標和直升機靶機的試驗獲得成功，但沒有公布結果數據。 

    經過幾年前期研究和論證后，美國海軍于1971年啟動“高能激光”計劃，開始正式研制高能激光武器。當時面臨的兩項主要任務是開發高能激光器和光束定向器，這是組成高能激光武器的兩大硬件。高能激光器是高能激光武器的核心部件，它能否提供輸出功率足夠高的激光，很大程度上決定了能否有效地對目標造成硬殺傷。美國海軍研究認為，要想在戰術距離上擊毀反艦導彈，高能激光器的輸出功率需要達到兆瓦級(事實上，這也是美國海軍后來對高能激光器的選擇標準)。眾所周知，70年代初激光技術尚未得到充分發展，在有限的幾種激光器中，波長為10.6微米的氣動CO2激光器在技術上最為成熟，雖然其輸出功率遠遠沒有達到兆瓦級，但長遠來看有此潛力。于是，美國海軍選擇氣動CO2激光器作為高能激光器。1971年末，海軍研究人員曾利用氣動CO2激光器點燃了3.2千米外的木板[3]。正當“高能激光”計劃有條不紊鋪開之際，TRW公司卻在1973年指出，氟化氘在化學激光器在功率潛力上絕不遜于氣動CO2激光器，而且前者發射的3.8微米激光在深海環境中的傳輸性能遠優于后者的10.6微米激光，因此更適合艦載應用。我們知道，激光在大氣中傳輸時會受到大氣效應的影響，導致能量損失，降低對目標的破壞效果，而且影響程度與激光波長有關。美國海軍考慮再三，最終決定停止對氣動CO2激光器的研究。 

    1972年美國開始機載激光實驗室計劃，1981年，美國空軍將一臺400kw氣動CO2激光器安裝在被稱為機載激光實驗室的波音NKC－135運輸機上，進行飛行試驗共約770小時，試圖攔截AIM—9L型側風式空對空導彈，但未能獲得成功。此后試驗在秘密情況下繼續進行，并與1983年5月在美國加州的中國湖海軍武器中心擊落大量側風式導彈。同年9月擊落BQM-34A亞音速靶機，激光燒穿了靶機外殼，破壞了關鍵部件，引起飛機控制失靈。機載激光器實驗計劃中的氣動CO2激光器采用甲烷與氧混合氣體作為點火氣體，然后送人一氧化碳(CO)和一氧化二氮進行燃燒。對燃燒生成氣體再吹入甲烷、氧和氮，最終的氣體成分為二氧化碳14%,氮85%、水蒸氣1%。該氣體的壓力為5.56Mpa,溫度為1630℃該高溫高壓燃氣以Ma＝6的速度從170個并列噴嘴噴出，形成氮分子能級粒子數反轉。該能作為激光射出。在光學窗口不用玻璃，而是用噴射氮氣與外界隔絕。氣體高能激光器的排氣系統設在飛機機體下面，排出氣體的溫度仍有870K和lOlPa的壓力，可產生18kW的推力，約為激光效率的4%.該激光器的功率為456kW，從飛機前端炮塔射出的激光束功率為380kW[4]。機載激光器實驗計劃于1984年結束，據說共耗資約3 210萬美元。試驗的成功從原理上證明，用機載高能激光武器可以摧毀空對空和地對空導彈。但需要指出的是，該激光器完全充滿一架4發動機大型運輸機，而不能作為一附加裝備安裝在小型飛行器上，這給武器系統的運輸和使用都帶來很大問題，而更重要的是，龐大的體積難以避免對方導彈的攻擊。1988年8月，美國空軍武器實驗室（AFWL）建造成功58千瓦氧碘化學激光器(COIL )。同時，美國物理學會研究認為，COIL的輸出功率達到100兆瓦在理論上是可行的，而這是氣動CO2激光器無論如何也做不到的。因此，美國空軍決定以氧碘化學激光器代替氣動CO2激光器，以增大機載激光武器的作戰距離，改進作戰適應性。 

    2.法國的LATEX計劃 

    法國從70年代初期開始研制反導彈戰術激光武器。1984年開始實施LATEX計劃；研究帶瞄準系統的改進型氣動CO2激光器。LATEX計劃自1987年至1990年已完成5000多次射擊試驗，其中一次激光擊毀了700m遠處一枚導彈的紅外整流罩和一塊模擬飛機外殼的金屬板。 

    計劃1991年在法國西南部先用新型小功率（1KW）氣動激光器做射擊試驗，然后用中功率（40KW）激光器做射擊試驗。在實驗過程中采用固定目標、低速運動目標（50km/h）和高速運動目標（可高達250m/s）三種目標，以確定是否可用激光束瞄準和在運動目標上聚焦。LATEX計劃以40KW氣動激光器為光源，輸出光束直徑為800mm，采用1m直徑的望遠鏡和SFIM單軸活動炮塔（角加速度為1rad/s2）。其中望遠鏡由一個非球面初級反光鏡和一個三軸（方位、高度、聚焦）微調次級反光鏡組成。為了補償大氣紊流，還研制一種自適用光學系統。該氣動CO2激光器用1m3的氣柜供氣，用40kw電弧進行電激勵，可在10秒內提供超過1.2MW的功率，連續輸出功率為40kw，輸出波長為10um，能夠保證在15～20秒內連續射擊并擊毀目標。精確的光束瞄準和控制過程是由聚焦激光束根據紅外探測器對目標的探測結果，在很短時間內完成的。在700m范圍內，可產生直徑為20mm的熱點，如果不考慮目標的運動速度，要求瞄準精度為10rad。在試驗中碰到的另一主要問題是如何補償大氣紊流的影響。光路上的熱效應往往會引起光束折射率的變化，并產生發散，以至抵消聚焦效應。為了解決大氣紊流問題，LATEX計劃采用自適應光學系統，將40個壓電微電機裝入光學系統，使其表面位移幾微米。從而可提供聚焦透鏡，通過目標的熱反射分析計算之后，可用該透鏡波前的相位偏差補償任何效應。

    自從1972年以來，法國在激光武器研究方面已經耗資6～7億法郎，其中因實施LATEX計劃，僅1984～1990年就耗資3億法郎。其他類型激光武器也在發展[5]。 

    3.德國HELEX計劃 

    德國MBB和DIEHL公司自70年代初就開始研究防空激光武器方案，采用平均輸出功率1MW或幾MW的氣動CO2激光器。這種激光武器系統重約20噸，安裝在“豹－Ⅱ”坦克底座上，一般由2個人操縱即可。一個長約11.5m的升降臂，可將發射光學系統升至高處，以減少地面稠密大氣或戰場灰塵影響。樣機如圖1。根據設計，每秒射擊一次（成本約300美元）。發射出的強光束可破壞10km內的來襲飛機、直升機、戰術導彈等，并可致盲20km或更遠的光電傳感器[6]。#p#分頁標題#e#

    該武器系統的主要戰術技術指標如下：（1）對光學傳感器殺傷距離大于20km；（2）對飛機、戰術導彈殼體的殺傷距離5～10km；（3）激光器的輸出功率為1×106W;(4)使用至少由19個組元構成的自適應控制組合式光學鏡來改善光束質量；（5）用碳纖維材料制造的大型發生望遠鏡的直徑為1.5m；（6）氣動激光器的噴管列陣的總面積為長2m寬0.5m的矩柜，激光器工作時需要對噴管列陣進行冷卻，以保證激光器能連續工作較長的時間；（7）可折疊的升降臂長11.5m，使用它能將光學平臺升起豎立在坦克車頂上，也能將平臺撤回放在坦克車的背上；（8）激光器所用的燃料，加注一次以后，可供發射60次激光，用以攻擊目標；（9）整個裝置裝在“豹－Ⅱ”坦克底座上，總重量20噸[7]。 

    4.俄羅斯的氣動CO2激光武器 

    前蘇聯于60年代中期開始發展高能激光器，激光武器實驗室的科學家和工程師不少于1萬人，研究氣動激光器、電激勵激光器和化學激光器及其在軍事上的應用，優先發展CO2激光器。俄羅斯已具有萬瓦級以上氣動CO2激光器，由列寧格勒葉夫列莫夫電物理所激光中心為主進行研制和生產。功率分50～100萬瓦、3萬瓦和1.5萬瓦三種，通過用氣體放電激發放出二氧化碳制得[8]。 

    5.結束語 

    雖然，氣動CO2激光器因能量轉換效率低、體積大、光束質量較差等原因，競爭力似乎不如化學激光器。但是氣動CO2激光器技術成熟，結構簡單，輸出功率高，已達數百萬瓦級，而且不存在化學腐蝕問題。因此，作為戰區反導彈激光武器和戰術激光防空武器，高能氣動CO2激光器仍然是重要的選用激光器。

    為了使高能氣動CO2激光器在各個領域里，特別是在軍事上得到應用，必須要進一步提高器件的輸出功率和轉換效率，縮小體積，減輕重量，提高可靠性。高能氣動CO2激光器技術必將進一步發展。