先說個(gè)事情，這幾天的文章比較硬核，有泄密之嫌疑，為了縮減影響范圍，一些文章只有粉絲可見，不關(guān)注是看不到的。

昨天特別逗的一件事來(lái)自于于北辰，這位老哥說可以在坦克飛機(jī)上裝鏡子來(lái)破解我們的LY-1激光炮。對(duì)于這件事，W君給的回復(fù)是有可能性，也有合理性，在大的工程原則上是沒有錯(cuò)誤的。

先解釋下為什么他的觀點(diǎn)合理：

其實(shí)，于北辰一語(yǔ)道出了在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)“激光武器不可行”的根本原因，原理上并不復(fù)雜，就是幾何光學(xué)中的一個(gè)基本“公理”叫做光路可逆。

1917 年，愛因斯坦在論文《關(guān)于輻射的量子理論》中提出了“受激發(fā)射（Stimulated Emission）”的理論：當(dāng)特定頻率的光子與激發(fā)態(tài)原子或分子相互作用時(shí)，電子會(huì)從高能級(jí)躍遷到低能級(jí)，并釋放出一個(gè)與入射光子頻率、偏振態(tài)和傳播方向完全一致的新光子。這樣，光場(chǎng)中的光子就會(huì)被“復(fù)制”并成倍增長(zhǎng)。

這一理論最初只是物理學(xué)的推演，但在隨后的幾十年里逐漸被驗(yàn)證和深入研究，最終發(fā)展出了一種全新的技術(shù)——Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation（受激輻射光放大），簡(jiǎn)稱 Laser，即我們今天所說的“激光”。激光器的具體原理和理論咱們是可以單開一篇文章好好講的。但這件事和今天的話題關(guān)聯(lián)性并不是很大。

1960年美國(guó)研制出了第一臺(tái)激光器，我們?cè)趯W(xué)術(shù)研究上也并不落后，中國(guó)的第一臺(tái)激光器在1961年就已經(jīng)可以工作了。

由于激光（這個(gè)詞是錢老取名的，之前咱們的叫法叫做“光的受激輻射放大器”、“光量子放大器”……）是光子的頻率、偏振狀態(tài)、方向、相干性完全一致的放大，而且可以做到成百倍甚至成百萬(wàn)倍的放大，是帶有天然武器化屬性的，于是，從上世紀(jì)六十年代開始，世界各國(guó)便前赴后繼地投入到激光武器的研發(fā)中。

按照光學(xué)，尤其是幾何光學(xué)的基本理論，光當(dāng)然是可以被反射的。如果一個(gè)目標(biāo)表面能夠把大部分光能量反射掉，那么激光的沉積效率就會(huì)大幅下降。換句話說，同樣幾兆瓦的激光，真正能燒到裝甲上的，可能不到十分之一。更糟的是，若反射條件過于理想，部分激光甚至有機(jī)會(huì)原路返回，直擊發(fā)射端，這對(duì)激光器本身就是災(zāi)難性的威脅。

這正是困擾激光武器發(fā)展初期二十余年的瓶頸所在：一邊是能量供給的巨大負(fù)擔(dān)，另一邊是目標(biāo)材料的反射與抗燒蝕特性。簡(jiǎn)單說，打不穿，反倒可能把自己燙傷。于是，從上世紀(jì)六十年代到八十年代，激光武器雖然熱鬧非凡，但基本停留在實(shí)驗(yàn)室和試驗(yàn)場(chǎng)，更多是作為“戰(zhàn)略忽悠”的噱頭而非真正能部署的戰(zhàn)斗力。

至于原路返回?zé)龤覀兊募す馀谝膊皇菦]有可能，只要是利用微結(jié)構(gòu)制造激光角反射器裝甲就可以有效的對(duì)付激光武器。

在現(xiàn)實(shí)生活中的激光應(yīng)用其實(shí)也避免不了這樣的現(xiàn)象。這也是為什么W君在開始的那個(gè)截圖中回復(fù)“高反射率材料是無(wú)法切割”的主要原因。

當(dāng)然了，這是“民用科技”，但如果到軍事上或者更高尖端的設(shè)備上，是如何避免激光器自殘的呢？

那么咱們就來(lái)復(fù)現(xiàn)一下LY-1的關(guān)鍵技術(shù)。

首先，一個(gè)激光武器本身就用不著那么大的鏡面的。而咱們的LY-1激光炮主鏡面直徑超過了1米。

這里有認(rèn)知誤區(qū)，激光武器并不是手電筒，并不是多大的“鏡頭”就放出多粗的光。

我們?cè)诳吹降暮芏嘌菔局锌此坪艽值墓饴?，?shí)際上是光路上的空氣被激光加熱所釋放出的紅外線，以及本身就是紅外線的激光被空氣中的顆粒散射的結(jié)果。

真正的激光武器照射在物體上的光斑實(shí)際上很小。

按照光學(xué)能量的理論來(lái)說越聚光，光線所能傳遞的能量就越大，殺傷力就越高，因此也就沒有必要弄出一米直徑的光路。

之所以把鏡頭（其實(shí)是窗口）開得那么大，主要的原因就是在于“能量密度管理”。讓激光炮本身不會(huì)被自己所發(fā)出的激光摧毀。激光炮不是發(fā)激光的嗎？怎么會(huì)被自己的激光摧毀呢？來(lái)看一張W君珍藏的資料圖片：

這輛坦克的炮管被另一輛坦克射出的炮彈所打穿。按理論上講坦克炮彈不就是坦克炮所發(fā)射出去的嗎？坦克炮承受不住一枚坦克炮彈的打擊？這里面的一個(gè)誤區(qū)就在于坦克炮本身的能量管理了。坦克炮的炮彈發(fā)射藥在點(diǎn)燃后產(chǎn)生高壓推動(dòng)炮彈在炮管內(nèi)前進(jìn)，當(dāng)壓力達(dá)到峰值的時(shí)候，炮彈已經(jīng)在炮管內(nèi)前進(jìn)了一大段距離。

這時(shí)候，坦克內(nèi)的那一節(jié)炮管內(nèi)壁共同分擔(dān)發(fā)射藥所造成的最大膛壓，隨著炮彈繼續(xù)在炮管中前進(jìn)，更多的炮管內(nèi)面積分擔(dān)膛壓的壓力，而炮彈則積累了能量轉(zhuǎn)化成動(dòng)能最終飛出炮口。而坦克炮彈再打到坦克炮炮管上的時(shí)候情況就不一樣了。是在一個(gè)極小的接觸點(diǎn)集中釋放動(dòng)能。坦克炮的全部動(dòng)能，全部作用在極小的一塊打擊區(qū)域上。局部應(yīng)力瞬間超過鋼材的屈服極限和斷裂極限，于是即便是炮管就會(huì)像一層窗戶紙一樣被打穿，并不會(huì)比其他裝甲部分好多少。

其實(shí)，我們?nèi)绻烟箍伺诘膬?nèi)壁展開，再和坦克炮的口徑做對(duì)比，我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)，這也是一個(gè)壓力分擔(dān)的“能量密度管理”案例。

在高能激光武器的射擊中，首先會(huì)做一個(gè)擴(kuò)束的操作。將激光器所發(fā)出來(lái)能量十分集中的激光光束直徑擴(kuò)大。

這個(gè)操作確保了激光在器材內(nèi)部傳遞是相對(duì)低能量不會(huì)對(duì)傳輸路徑上的部件產(chǎn)生危害，

等到了窗口鏡片的時(shí)候，再匯聚一下就成為了在一定目標(biāo)距離上具有致命殺傷力的高能量區(qū)域。

這件事和我們小時(shí)候用放大鏡聚焦太陽(yáng)光一樣，放大鏡表面溫度很低，但是焦點(diǎn)燙手是一個(gè)道理。

不過，先別高興，如果只有這一點(diǎn)，你還沒有真正搞明白激光武器的原理。

在高功率激光器以及特大功率激光器上，雖然我們可以通過擴(kuò)束的方式降低激光在激光器內(nèi)部傳輸?shù)膯挝幻芏?，但是激光器自己呢?strong>激光器難道不會(huì)在擴(kuò)束前被自己所發(fā)出的激光燒毀嗎？

激光器內(nèi)部（尤其是增益介質(zhì)和諧振腔）必須先承受激光的初始強(qiáng)度。

聽到新名詞了是吧？咱們先說一下激光的原理：

這是一個(gè)早期的紅寶石激光器：

結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，在一根紅寶石棒兩端精確磨平，其中一端很厚的鍍銀，讓光線可以100%的反射，另一端鍍稍微薄一點(diǎn)的銀，讓光線有90%的反射率，也就是說這一面有10%的光線可以透過。在紅寶石棒的外側(cè)環(huán)繞了一根氙光管（沒錯(cuò)，就是汽車氙氣大燈相似的東西），這跟氙光管在點(diǎn)亮的時(shí)候可以發(fā)出強(qiáng)光。于是，在點(diǎn)亮氙光管的時(shí)候，一束激光就從透射端射出來(lái)了。

這個(gè)結(jié)構(gòu)就是最早期的激光器，它被歸納為原理圖的時(shí)候就是這樣的：

中間就是“增益介質(zhì)”，兩片鏡子之間就叫做“諧振腔”，環(huán)繞在紅寶石棒外面的氙光管就叫做“能量泵浦”。

看這個(gè)：

子彈在擊發(fā)的時(shí)候有可能會(huì)出現(xiàn)彈殼承受不了內(nèi)部發(fā)射藥燃?xì)饽芰康氖鹿?，這時(shí)候彈殼就破了。

同樣道理，增益介質(zhì)和諧振腔正是激光武器的核心部位。它們必須在高功率運(yùn)行時(shí)承受住自身放大的光子能量。

如果材料透明度不夠、散熱不足、損傷閾值太低，就像劣質(zhì)子彈的彈殼一樣，根本支撐不住能量的沖擊。結(jié)果不是激光打到敵人身上，而是激光先把自己的腔體、窗口片甚至增益棒燒穿。

怎么辦？

實(shí)際上在大功率激光武器的設(shè)計(jì)中根本不會(huì)考慮光核心元件是不是可以挨上一炮。原因也很簡(jiǎn)單，因?yàn)槿魏我粋€(gè)激光武器的諧振腔都承受不住那么大的能量沖擊。

在實(shí)驗(yàn)室挑戰(zhàn)極限，諧振腔、晶體、反射鏡承受不住內(nèi)部巨大的能量沖擊的事情很常見。但是在軍事上這件事就甭想了。太嬌貴的武器不符合作戰(zhàn)需求。因此大多數(shù)的軍用激光武器都不會(huì)強(qiáng)到把核心元件燒毀的等級(jí)，而是會(huì)用上“多核心”技術(shù)。

實(shí)際上會(huì)做成這樣：

用多個(gè)激光源匯聚在同一面主鏡上，其實(shí)這也不是什么秘密，很多大型高功率光纖激光切割機(jī)也是這樣搞的。

通常會(huì)把十幾個(gè)甚至幾十個(gè)激光光源利用光纖匯聚起來(lái)，這樣單一發(fā)光模塊的功率可以降低、風(fēng)險(xiǎn)和成本都可控，而最終則是1+1=2的效果。

所以，我們能看到的一個(gè)景象就是LY-1是一個(gè)巨大的車體上安裝了一臺(tái)小激光炮，其實(shí)車體內(nèi)部會(huì)有一個(gè)艙室內(nèi)有大量的激光器分擔(dān)輸出功率需求。甚至可以斷言真正的用于打擊目標(biāo)的激光器根本不在那個(gè)小小的白色炮塔中。

了解了LY-1的基本信息，那么我們回頭再來(lái)看一下于北辰“小放厥詞”的這件事。

首先，于北辰的話不是完全錯(cuò)誤，而是過于停留在教科書級(jí)別的幾何光學(xué)推理。從光學(xué)理論上來(lái)說，“光路可逆”確實(shí)成立，如果目標(biāo)表面能把激光高效反射回去，那發(fā)射端理論上有可能被反噬。

但問題在于“聚焦”這件事就很扯了。一個(gè)激光武器目前都會(huì)有目標(biāo)距離探測(cè)和校準(zhǔn)機(jī)制。通常在選定攻擊目標(biāo)后會(huì)裝訂目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)和距離信息，調(diào)節(jié)主鏡將焦點(diǎn)匯聚在目標(biāo)身上。但是經(jīng)過所謂的光路可逆反射回來(lái)的激光本身就被“散焦”了，即使有一部分可以原路返回，其單位面積的毀傷能量也不具備殺傷力。

不過這件事在激光武器發(fā)展的初期，英國(guó)人的確還是當(dāng)真的。在上世紀(jì)80年代英國(guó)開發(fā)出一系列的利用激光的激光致盲武器。

激光反射回來(lái)讓自己的士兵受傷這件事就在英國(guó)的設(shè)計(jì)中不得不提高到一個(gè)課題的程度。

于是他們搞了一個(gè)齒輪觀察鏡，和激光發(fā)射器同頻，高速旋轉(zhuǎn)，確保在發(fā)射激光的時(shí)候，激光束被護(hù)目鏡中的齒輪遮擋。

就這件事，在W君年輕的時(shí)候還當(dāng)真過，不過后來(lái)琢磨琢磨這不就是借鑒了當(dāng)年測(cè)光速的機(jī)械結(jié)構(gòu)嗎？

要說啊，菲索轉(zhuǎn)齒輪法測(cè)光速都已經(jīng)是1850年代的事情了，到現(xiàn)在已經(jīng)快200年了吧。所以說“于北辰大破LY-1激光炮，此事早在200年前就有解了”并不算過分。

其次，真到了工程實(shí)踐上是怎樣的呢？

實(shí)際上大多數(shù)激光武器都是高頻脈沖發(fā)射，并不是像很多人想的一樣一開激光炮一束激光持續(xù)照。

這么做的原因在于：在極短的脈沖時(shí)間里，激光可以把瞬時(shí)能量推到極高水平，換句話說，哪怕平均功率不變，脈沖峰值功率往往能高出幾個(gè)數(shù)量級(jí)。這使得激光在更短的時(shí)間窗口內(nèi)完成能量沉積，大幅提高了毀傷效率。而鏡面材料并不是100%的沒有吸收率，人類所制造的最光滑反射率最高的鏡面莫過于“詹姆斯·韋伯深空望遠(yuǎn)鏡”上那幾片了。

它的反射率可以超過 98% 甚至接近 99%。這已經(jīng)是人類光學(xué)制造的巔峰了。但即便如此，仍然有 1% 左右的能量會(huì)被吸收。對(duì)于天文觀測(cè)，這點(diǎn)吸收完全可以忽略不計(jì)；但對(duì)于兆瓦級(jí)激光武器，即便是1%的吸收率也會(huì)在高頻激光脈沖下迅速的被擴(kuò)大。

任何微小瑕疵都會(huì)成為能量匯聚點(diǎn)，在極短時(shí)間內(nèi)溫度飆升，材料汽化、形成等離子體，繼而發(fā)生一種典型現(xiàn)象——激光誘導(dǎo)爆炸（Laser-Induced Explosion）。例如上圖，激光照射在鋁靶表面；下方六張快照：分別記錄了在 20~150 納秒量級(jí)內(nèi)，材料表面產(chǎn)生的等離子體羽流（plasma plume）快速膨脹過程。

我們可以看到，哪怕只是極短的能量沉積，也足以在鏡面或金屬表面“炸開”一個(gè)等離子體泡。而且這個(gè)等離子泡是高溫高壓的，一旦產(chǎn)生材料表面就立刻形成微觀破碎和裂紋，迅速劣化反射度。

最終連燒帶爆一片糊爛。

在這個(gè)過程中并不在意是不是個(gè)鏡面物體。在強(qiáng)大的能量之下一切都是平等的。唯一的差別就只是韋伯深空望遠(yuǎn)鏡級(jí)別的表面能多堅(jiān)持幾毫秒的時(shí)間。

但對(duì)于軍事上以“干死你”為目的毀傷操作來(lái)說，這幾毫秒我們是不在乎的——想起了ETO那句“主不在乎”……哈哈哈