新型冷却机制!中国科学家在激光武器技术上迎重要突破

2023-08-15 16:22:19     来源:OFweek激光网

根据中国学术期刊《光学学报》(Acta Optica Sinica)的一篇论文,中国军事专家声称开发出了一种新的冷却机制,可以让高能激光器“无限”地工作,而不会产生余热。

新的冷却技术完全抵消了高能激光操作产生的危险余热——这个问题已经成为激光武器发展的一个重大技术障碍。研究人员还表示,这种系统有望通过延长交战时间、增加射程和伤害、减少后勤和成本来显著改变战斗的面貌。

他们还表示,由于采用了新技术,这些武器现在可以随心所欲地产生激光束,而不会出现中断或损耗性能。这也意味着,只要持续给它供电,就能够无间隙地执行任务,且能持续保证高能量的输出。“到目前为止,中国在动态吹风热管理方面的许多先进设计和研究进展尚未报道。这是首次将一些设计和测试结果公布于众。”


(资料图片仅供参考)

据悉,由中国激光武器专家Yuan Shengfu领导的团队在8月4日发表在《光学学报》(Acta Optica Sinica)上的一篇论文中表示:“这是提高高能激光系统性能的一个巨大突破。高质量的光束不仅可以快速在第一秒内产生,而且可以无限期地保持下去。”

报告提到,新的冷却系统采用先进的结构和优化的气流,以消除激光武器内部的热量,同时最大限度地减少湍流和振动,并提高镜面清洁度。

上述团队称:“自从1960年发明第一台红宝石激光器以来,人们就热衷于从动能转变为激光能量,以便以光速快速投射能量,激光束成为可以瞬间杀死目标的‘死亡射线’。不幸的是,60年过去了,虽然各种类型的激光器已经开发出来,但高能激光系统的应用还未获得成功。”

而近年来,激光武器的发展不断加速,它的出现可能对导弹传感器构成新的挑战。例如在美国近年来已经拥有了一些知名项目,包括使用氟化氘作为激光源的海军先进化学激光器(NACL),以及中红外先进化学激光器(MIRACL),战术高能激光器(THEL),使用氟化氢作为激光源的天基激光器(SBL),以及使用化学氧碘激光器的机载激光器(ABL)。

这些项目都已经在试验战场获得了验证,其中中红外先进化学激光器(MIRACL)已经击落了超音速导弹,战术高能激光器(THEL)已经击落了48个飞行目标,而化学氧碘激光器的机载激光器(ABL)已经成功拦截了液体燃料导弹。不过,它们之所以被取消,背后真正的原因是破坏力没有达到预期——这些武器的最大有效射程只有几公里,为了提高光束的破坏力,需要更长的连续操作时间。

激光武器内部通过一种称为“受激发射”的过程产生高能光束,这包括激发增益介质中的原子或分子(如晶体或气体),从而激光武器能够达到更高的能量状态。当这些被激发的原子或分子回到它们的基态时,它们会发射光子,然后通过光反馈过程放大光子,从而产生高能激光束。

在这个过程中,光束控制系统负责引导和控制激光束,通常通过使用反射镜和透镜。这个系统必须是高度精确和稳定的,因为即使是很小的偏差或振动,也会导致光束偏离指定的路线。但当激光束穿过空气时,它会加热中途的气体,导致气体膨胀并产生湍流。这种湍流会导致光束散射和扭曲,从而降低其有效性和准确性。此外,加热的气体会导致系统中的镜子和镜片受到污染,导致性能下降和寿命缩短。

研究人员称,在某些情况下,较大的污染物颗粒在镜子上燃烧甚至会导致镜子破裂或损坏,从而大大降低了高能激光武器的实用性和可靠性。

上述团队开发了一种内部光束路径调节器,这是一种让气体吹过激光武器以消除废热并提高气体清洁度的系统。它的设计是紧凑和高效的,其重点是优化气体流量,最大限度地减少尺寸和重量。

它由几个关键部件组成,包括一个空气源、一个热交换器、一个气体流量控制系统和一个气体喷射/吸入系统:

- 空气源为系统提供干净、干燥的空气,然后通过热交换器将其冷却到所需的温度。

- 气体流量控制系统调节气体流量,确保在正确的温度和停留时间下输送,实现准静态小像差。

- 气体注入/吸入系统负责将气体注入激光系统的内部光束路径,并在气体通过后将其移除。

团队在建造和操作内部光束路径调节器时,必须仔细注意许多技术和实用要点:1)其中一个主要挑战是确保气体流动达到预期的冷却和清洁效果。这需要仔细设计和测试气体流动控制系统,以及将气体输送到内部光束路径的注射/吸入系统。2)另一个挑战是使其足够紧凑和高效,以便在实际应用程序中使用。需要创新的设计,如先进的气动结构、每个路径的流量优化、注入/吸入与梁段的集成以及简化的管道。

根据研究人员的说法,冷却系统可能会带来新的问题,如湍流和振动,如果建造不当,可能会影响光束质量。例如,气体吹过内部光束路径会产生湍流和振动,从而影响激光束的稳定性和质量。上述团队对该技术进行了广泛的测试,以确保其符合军方要求的性能规格。此外,据报道该装置已经在许多正在开发的激光武器中使用。

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