圖1：激光武器藝術效果圖（圖片由豆包AI生成）

導讀

2025年九三閱兵中，激光武器驚艷亮相，展現(xiàn)了我國在這一軍事科技領域的最新前沿成果，備受矚目。通過發(fā)射一束威力無比的光，瞬間摧毀敵人，這樣一個炫酷的設想其實由來已久，不僅頻繁現(xiàn)身在自媒體短視頻中，還經(jīng)常成為科幻小說和電影中的精彩元素，也被設定為即時戰(zhàn)略電腦游戲中的虛擬武器，那么大眾想象中的激光武器和現(xiàn)實中的激光武器又有哪些相同和差異呢？

圖2：激光武器的3D打印模型（圖片來源：作者拍攝）

激光武器是21世紀全新的概念？

激光發(fā)明于20世紀60年代，但在這之前的很多年，用光作為武器的想法就不斷被提出。

想象一下： 早在公元前2世紀的古希臘，傳說數(shù)學家阿基米德曾利用大規(guī)模的鏡面陣列，將陽光聚焦于海上的敵軍戰(zhàn)船，通過引燃船體來抵御羅馬人的進攻[1]。

由于年代久遠，這一傳說的真?zhèn)我央y考證。雖然眾所周知，在烈日下利用放大鏡聚焦陽光點燃紙張完全可行，但若要通過增加鏡面數(shù)量和面積來點燃一艘戰(zhàn)艦，其可行性究竟如何？

美國著名科普節(jié)目《流言終結者》曾多次嘗試復現(xiàn)這一實驗，大多以失敗告終。2006年，節(jié)目組與麻省理工學院（MIT）團隊合作再次發(fā)起挑戰(zhàn)，雖勉強取得成功，但條件極其苛刻：需要烈日當空的完美天氣、數(shù)百面反射鏡協(xié)同工作、且目標木船必須在近距離內(nèi)保持靜止數(shù)分鐘。即便如此，最終也僅致船體局部冒煙起火，并未造成大面積燒毀。由此可見，傳說中阿基米德的戰(zhàn)術在實戰(zhàn)中的可行性并不高。

在二戰(zhàn)前，英國空軍曾懸賞100英鎊，希望有人可以制造并演示利用“射線武器”殺死百米之外的一只羊，但同樣難以實現(xiàn)[1]。真正讓光武器變成一個靠譜的想法，還是要依靠激光的這項偉大發(fā)明。如果把一束光中的每個光子看作一位士兵，普通的陽光和燈光是由松散的士兵雜亂無章聚集在一起，而激光則是整整齊齊排列，邁著統(tǒng)一步伐前進的士兵隊列，具有普通光所不具備的極高亮度，將能量緊密聚焦在單一的方向上，這源于激光的生成方式——受激輻射。

激光發(fā)射器中包含特定的增益介質（氣體、液體、固體等不同類型），吸收輸入的能量被激發(fā)后，使得其中大量原子處于高能級，當其中一個原子躍遷到低能級，可以釋放出一個特定波長的光子，光子在諧振腔中來回振蕩（比如兩面反射鏡之間來回反射），激發(fā)其他原子也從高能級躍遷到低能級，釋放出更多完全相同的光子，隨著光子數(shù)量的指數(shù)級增長，它們共同組成一束能量越來越強，方向性越來越好的激光束，最終發(fā)射出去。1960年世界上首臺激光器在美國誕生后，激光武器在最近幾十年也得到了飛速發(fā)展，被認為有望改變未來戰(zhàn)爭游戲規(guī)則。美國科普作家杰夫·赫克特（Jeff Hecht）所創(chuàng)作的《激光武器：從科幻走進現(xiàn)實》一書[1]，就生動翔實地介紹了激光武器在最近幾十年的發(fā)展歷史。

圖3 ：《激光武器：從科幻走進現(xiàn)實》一書（圖片來源：作者拍攝）

現(xiàn)代激光武器的發(fā)展

近年來，世界各國加快了對激光武器研發(fā)的步伐。美國陸軍部署的“定向能機動近程防空系統(tǒng)”采用50千瓦級光纖激光器，集成在裝甲車上，可用于擊落無人機。德國萊茵金屬公司研發(fā)的50千瓦級激光防空系統(tǒng)，曾在15秒內(nèi)連續(xù)擊落5架無人機。沙特部署的“寂靜狩獵”激光武器系統(tǒng)則創(chuàng)下單日攔截13架無人機的紀錄。以色列“鐵束”系統(tǒng)采用100千瓦級光纖激光器，有效射程達10千米。英國“龍火”激光武器系統(tǒng)在2024年初的測試中，成功摧毀了3.2千米外的無人機目標。此外，韓國、俄羅斯、日本、法國、印度等國也都在將激光武器納入防御體系中[2]。

激光武器可以讓一個龐然大物化為灰燼？

最近幾十年世界各國軍方開發(fā)的激光武器，真的可以實現(xiàn)這樣的效果嗎？

首先，激光武器殺傷力在于將很高的能量集中在很小的面積上，單位面積的能量密度極其高。作為分母，照射到目標表面的激光光斑直徑大小通常只有幾厘米至一二十厘米；作為分子，照射激光的功率自然要足夠大，外加激光長距離傳輸?shù)木薮竽芰繐p耗，激光武器所需的發(fā)射功率需要達到幾十到幾百千瓦的量級。作為對比，平常使用的幻燈片翻頁筆的激光器功率只有幾毫瓦。

不同功率的激光器制造難度也大不相同，高功率激光器所需的體積和重量往往非常大。在二十世紀六七十年代，美國軍方曾選擇使用二氧化碳氣體激光器和化學氧碘激光器，利用流動的氣體作為增益介質，在巨大的諧振腔中產(chǎn)生激光。為了達到武器級別的功率，能量守恒定律決定了需要輸送給激光器足夠的能量，不可避免地會消耗大量燃料，還要考慮到很大一部分輸入能量沒有轉化為光能而是以熱量散發(fā)，散熱管道系統(tǒng)必不可少，整套激光器系統(tǒng)極其龐大笨重，甚至需要一整架波音747客機來裝載，“激光器占據(jù)了駕駛員后面1/3的機艙空間，電源和燃料又占據(jù)了1/3的艙內(nèi)空間，剩下1/3是老式計算機和控制系統(tǒng)”[1]。

后來新型光纖激光器的出現(xiàn)[3,4]，有助于顯著降低激光武器的體積和重量。光纖激光器利用摻稀土元素的玻璃光纖作為增益介質，由通電的激光二極管提供泵浦光，可以通過電力替代化學燃料驅動。由于每根光纖柔軟可卷曲，激光可以在較小空間內(nèi)來回傳輸很長距離，而且因為表面積和體積的比例較大，冷卻散熱也更方便，并且還可以將多個光纖激光器模塊集成為輸出功率大、光束質量高的單個激光器。

盡管研究者不斷嘗試將激光武器變得越來越小型化，例如2009年IPG 公司推出的10 千瓦光纖激光器，外形尺寸1.5m×1.5m×0.8m，大小如兩臺電冰箱[1]。但現(xiàn)實中的激光武器大多數(shù)時候還是裝載在重型卡車，裝甲車，運輸機和軍艦上，而不是以放在背包或手提箱中那樣簡易攜帶的形式。

圖4：裝載于一輛卡車上的反無人機激光武器[3]

因此現(xiàn)實中的激光武器往往自身是個龐然大物，然而攻擊的目標卻是像無人機這樣的小型物體，難以一下子摧毀大型目標，能做的只是在上面燒出一個洞，難以達到瞬間徹底毀滅的效果。

如果利用激光武器防御大型目標，由于只能毀壞上面的一小塊區(qū)域，就需要“打蛇打七寸”擊中要害，才能完成攔截任務。比如激光武器若用于防御彈道導彈，激光束需要專門針對導彈燃料箱或光電導航系統(tǒng)這樣的薄弱部位來攻擊。2015年，美國洛克希德·馬丁公司研制的“雅典娜（ATHENA）”激光武器系統(tǒng)被用于測試攻擊一輛1.6公里以外的小型卡車，雖然無法讓整輛車化為灰燼，但可以射穿汽車引擎蓋并摧毀汽車發(fā)動機系統(tǒng)，使這輛車癱瘓，外表看起來車身上被燒出了一個大洞[1]。

激光武器要發(fā)揮最佳的作用，需要尋找到合適的“剛需”應用場景，近年來小型無人機在戰(zhàn)爭中的廣泛使用，使得激光武器有了用武之地，得到了迅速發(fā)展。當然廣義的激光武器包含更多類型，不一定以擊毀敵方為目標，比如為常規(guī)武器提供激光瞄準的輔助功能，或者僅僅是將敵方士兵眼睛或光電傳感器致盲，此時所需的功率就沒有以上提到那么高的量級了。

激光武器可以光速發(fā)動襲擊？

光在空氣中的傳播速度接近30萬公里每秒，可以在幾乎瞬間精準地照射到目標位置，這一點讓導彈和炮彈等常規(guī)武器望塵莫及，它們無論飛得多快，也遠遠達不到這樣的速度，這也是激光武器的優(yōu)勢之一。

然而，并不能說激光武器在任何方面都更快。一枚導彈經(jīng)過千辛萬苦的漫漫征途，到達目標附近之后，攜帶的彈藥發(fā)生爆炸，可以在極短時間內(nèi)產(chǎn)生殺傷。但激光束照射到目標（比如無人機）表面后，會發(fā)生復雜的物理化學反應，包括加熱、升溫、膨脹、熔融、汽化、擊穿、飛散、噴濺、破裂、剝落、熱爆炸等，使得目標的材料特性和結構狀態(tài)發(fā)生變化，通過被照射區(qū)域吸收能量的積累，逐漸升高溫度而產(chǎn)生熱毀傷，這常常需要幾秒甚至更長的時間，殺傷并不是在瞬間立刻完成的[5]。激光武器發(fā)出的光束需要聚焦在目標物體上的某個位置，并持續(xù)一小段時間，如果目標是快速移動的，比如像飛行的無人機，那么激光束也需要跟著目標移動。

在現(xiàn)實中，當激光武器和目標相互快速移動時，通過目標智能識別與追蹤定位和光束調控等方式，激光武器依然還是可以工作的。

此外，導彈等武器可以通過特定曲線運動軌跡，發(fā)動出其不意的攻擊，激光光束則通?！爸眮碇比ァ?，沒有那么靈活，也可以看作激光武器的一個劣勢。

而激光武器的一個優(yōu)勢是成本低廉，在戰(zhàn)爭中，面對火箭彈和小型無人機這樣低成本的目標，如果動輒使用昂貴的導彈攻擊攔截，會在經(jīng)濟上嚴重虧本。據(jù)估算，一枚導彈的成本可以超過10萬美元，而激光武器發(fā)射一次的成本可以在10美元以下[3]。而且激光武器不是一次性的，只要供給激光器的電量沒有耗盡，激光武器可以一次又一次地開火，反復發(fā)射。

激光武器要選個好天氣使用？

激光武器對于傳輸介質有很大的依賴，當天氣惡劣，比如遇到雨雪，云霧，塵埃的時候，激光武器的威力確實會大打折扣[6]。例如在一項模擬仿真研究[7]中，在天氣良好，能見度達到10～20 km情況下，激光武器對無人機蜂群的有效毀傷距離為1547米；在天氣中等，能見度為4～10 km情況下，激光武器對無人機蜂群的有效毀傷距離就斷崖式下降為1160米；如果天氣更惡劣，有效毀傷距離還會進一步變短。當然以上數(shù)值僅僅是這一特定仿真模型在特定參數(shù)設置下的結果，未必與實際完全相符，不過天氣情況對于激光武器攻擊距離的顯著影響還是可見一斑。為了讓激光武器更好地發(fā)揮威力，有必要選個晴空萬里的好天氣。

但即使在這樣的好天氣里，激光光束在空氣中傳輸時，也不可避免地有相當比例能量“出師未捷身先死”，消耗在半路，最終到達目標的激光能量只是發(fā)射能量的一部分。首先空氣中的氣體分子（如水蒸氣和二氧化碳）和氣溶膠顆粒會吸收一部分激光的能量，還會使得激光朝四面八方散射而損耗。其次，大氣湍流使得折射率起起伏伏，分布不均，也會阻礙激光束奔向目標，使其來回搖擺。此外，激光束向前傳播時，會將穿過的空氣加熱升溫，膨脹的熱空氣密度低，折射率變低，而周圍冷空氣折射率較高。如果參照光纖的工作原理，光纖內(nèi)部纖芯為高折射率介質（光傳播速度更慢），外部包層為低折射率介質（光傳播速度更快），光會趨向于從低折射率介質偏折回高折射率介質，這樣的三明治或者夾心巧克力餅干結構，可以把光信號困在纖芯不外逸，應用于光通信領域。而激光束卻面臨著與光纖相反的作用，內(nèi)部的光束趨向于往四周偏折，加劇了光束的發(fā)散，使得光束難以集中會聚能量，稱為“熱暈效應”[6]。

圖5：光在光纖中的傳播（上）與激光武器的激光束在空氣中傳播產(chǎn)生的“熱暈效應”（下）：前者使光的能量保持在纖芯內(nèi)，后者相反作用促使光束更加向四周發(fā)散（圖片來源：作者繪制）

為了提升能耗效率和攻擊距離，激光武器發(fā)射端通過自適應光學器件和相控陣等技術，優(yōu)化發(fā)射的激光束波形，以預先補償?shù)窒@些干擾。

太空與水下環(huán)境

想象一下：經(jīng)典科幻電影《星球大戰(zhàn)》里，太空中雙方宇宙飛船之間使用激光武器對戰(zhàn)時，空中一束束亮光來回飛舞。這個片段一直以來被“死理性派”所吐槽，因為即使所使用的激光波長屬于可見光波段，由于太空真空環(huán)境中，幾乎沒有粒子的散射，“明亮的光束”也不可能被看到。在地表空氣中，煙霧塵埃等各種微粒聚集，它們的散射作用才會讓一束激光從側面真的被明顯看到。這個例子同時也說明，太空是激光傳輸?shù)囊粋€比較理想的介質，作為接近真空的環(huán)境，幾乎不會受到散射等效應干擾，激光武器可以“盡情發(fā)揮”。在二十世紀八十年代冷戰(zhàn)期間，美國政府實施了與這部電影同名的“星球大戰(zhàn)”計劃，也曾經(jīng)認真考慮過怎樣將激光武器搬上太空，用于未來的軍事戰(zhàn)爭。

圖6：想象中在太空中使用激光武器對戰(zhàn)的場景（不過從側面可以看到一道明亮的激光束，在科學上是不合理的）（圖片來源：Light科普坊/veer）

而相比于空氣，一個更加惡劣的傳輸介質就是水下了，激光武器幾乎毫無發(fā)揮的空間。在《三體》《流浪地球》《獨行月球》等影視作品出現(xiàn)的四十多年前，曾有一部早期國產(chǎn)科幻電影《珊瑚島上的死光》，片中一位博士利用發(fā)明的激光武器，發(fā)射出激光束在水下?lián)魵Я藬橙说臐撏А目茖W角度來說，這并不是一個好想法，激光束在水下會遭遇比空氣中嚴重得多的吸收和散射，能量會很快衰減，難以用于攻擊對方。

長距離發(fā)射激光束還可以用于做什么？

既然激光束可以遠距離攜帶大量能量，除了用于擊毀無人機，如果把功率調節(jié)到適當大小，給無人機提供能源也是個不錯的想法[8]。目前無人機攜帶的電池往往電量有限，導致續(xù)航時間短，用激光束進行無線充電有望幫助解決這個難題，當?shù)孛姘l(fā)射的激光束照射到無人機表面時，無人機所攜帶的光伏電池板可以將光能轉換為電能。

激光束除了可以用于傳遞能量，還可以用于傳遞信息。不同的是，進行通信時，不需要像激光武器那樣高的功率，接收端只需要接收到微弱的光信號，也有可能解碼還原出發(fā)送的信息。不僅無人機和地面之間可以使用激光通信[9]，距離更遙遠的衛(wèi)星與衛(wèi)星之間，衛(wèi)星與地面之間，也可以使用激光通信，有望應用于下一代6G通信的空天地海一體化網(wǎng)絡。即使在很不利于激光傳播的水下環(huán)境中，已可以實現(xiàn)超過100米的激光通信。

結語

現(xiàn)實中的激光武器或許沒有想象中的那樣所向披靡，相比于傳統(tǒng)武器也并不是降維打擊和碾壓式的存在，但激光武器具有光速到達目標，精度高，成本低等獨特優(yōu)勢，在對付無人機這樣的特定用途中可以大顯身手，但也面臨著激光強度在傳播中不斷衰減，能量聚焦面積小，擊毀目標需持續(xù)時間，受天氣條件制約，能量轉化效率低，重量和體積大等挑戰(zhàn)。

相關文獻

[1]激光武器：從科幻走進現(xiàn)實，[美]杰夫·赫克特（Jeff Hecht）著，國防工業(yè)出版社 (2023)

[2]激光武器——“光之利刃”走向戰(zhàn)場，中國軍網(wǎng)-解放軍報，http://www.81.cn/yw_208727/16396373.html

[3]A. Extance, Laser weapons get real: long a staple of science fiction, laser weapons are edging closer to the battlefield--thanks to optical fibres, Nature, 521(7553): 408-411 (2015).

[4]任國光，伊煒偉，屈長虹，高功率光纖激光器及其在戰(zhàn)術激光武器中的應用，激光與紅外，45(10): 1145-1151 (2015)

[5]周德元，李杰，李立功，反無人激光武器毀傷效能研究，激光與紅外，55(4): 546-553 (2025)

[6]何奇毅，宗思光，大氣對艦載激光武器效能影響的研究，指揮控制與仿真，41 (2): 57-60

來源：中國光學

編輯：冰糕

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