浙江大學光電科學與工程學院劉崇及其率領團隊近日在中國國內專業學術期刊《上海航天》發表的論文中表示他們已研制成功小型大功率激光器,這臺激光器小到可由衛星攜帶。
該激光器以眾多短脈沖方式發射激光,屬脈沖激光器,激光器功率1兆瓦,發射頻率每秒100次,且激光器不會過熱,它的用途廣泛,可識別目標、跟蹤、成像、高速通信等。激光器大小約等同于500毫升容器,包括電源在內重量不到1.5公斤。
美國軍方已宣布明年將發射天基1兆瓦激光武器,這是一臺連續波激光器,是武器級的,重量約4噸,需要SpaceX Starship之類的大型運載火箭發射,美國導彈防御局稱它能在幾秒鐘內擊落高超音速武器。
試驗中中國激光器產生的激光束持續時間為5納秒,每個短波束能量為5毫焦,可使人永久失明或使某些表面材料蒸發,但不足以擊落導彈或衛星。
研究人員表示強度足夠的激光脈沖可以探測來襲目標,精確跟蹤,還能拍攝細節前所未有的目標圖像,兩臺攜帶兆瓦級激光器的衛星還足以建立有效的高速通信。
一般來說大功率激光器體積大、重量大、散熱高,而熱量會影響某些關鍵組件(如晶體)的性能,從而影響激光束質量。但中國技術專家表示他們已取得技術突破,由此大幅降低了固態激光器中一些關鍵器件的大小。他們還開發了由銅和銦制成的新型冷卻裝置,可有效吸收熱量。中國擁有世界上最多的稀土元素銦。
據論文表示,地面測試結果表明該設備已完全可投入實用,但目前尚不清楚該激光器何時會發射進入太空。
北京中科院的一位激光領域的技術專家表示,該裝置不屬于定向能武器,“但中國可以制造更大的”。
武器級的脈沖激光能夠撕裂快速移動目標上的金屬或復合材料。脈沖能量產生的帶電粒子云也能損壞導彈制導系統中的傳感器。且與必須長時間照射目標才能摧毀目標的連續波激光武器不同,脈沖激光武器幾乎可以立即摧毀目標。連續波激光在大氣中會迅速衰減,尤其是多云或霧天,而脈沖激光束可以更有效地穿透空氣,在照射較低高度目標方面比連續波激光更有效。
美國在激光技術領域對中國實施嚴厲封鎖,但近年來中國在包括脈沖激光在內一些重要技術領域已趕上或超越美國。2016年,中國發射了世界上第一顆采用先進激光技術的量子衛星。一些北斗導航衛星配備了激光通信系統,可以每秒幾千兆字節的速度向地面傳輸數據,而 GPS 不具備這種能力。明年上海將誕生世界最強大脈沖激光器,其發射功率為 100 霹瓦,其能量約為世界電網總電量的 10,000 倍。
在不久前在西安進行的實驗中中國科學家展示了一種全新的激光監視技術,采用這種技術通過地面小型望遠鏡拍攝的飛經中國上空的中國衛星圖像的分辨率達到了毫米級。據參加此項實驗的中國科學家介紹,這項技術突破讓中國有能力研究任何飛經中國上空的別國衛星的敏感技術信息,還能獲得與這顆衛星正在觀察的區域的相關情報。
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