为何我认为摄友约克提到的可能是战术激光而非电磁炮

摄友约克在《吴司令的野望可不止电弹，还是别争了，没意思！》提到“当然，料还是有的，吴司令这次来没少看马院士的新玩具，忘了电弹吧，一个已经成熟——等待应用的产品，司令大人是不会太在意的！这次来，司令为马院士打伞，看到的是在当今世界上，能够独步天下的某电力直接作功的武器系统，该系统的完成度已经超越了其他对手……当然下一步怎么上舰，还要解决系统问题。”

http://lt.cjdby.net/forum.php?mo ... &fromuid=973555

我认为是战术激光而非电磁炮，原因如下：

【海军】看不见的军备竞赛：战术雷射
王孟源的部落格
http://newsblog.chinatimes.com/duduong/cn/archive/17495

共军自1990年代开始积极发展先进武器，到现在已经对美国的军事霸权构成了威胁。但是从技术层次来说，除了反舰弹道飞弹之外，共军近年的新装备还只相当于美军10到30年前就已部署的武器；也就是说，共军总体来看，还处在追赶的态势。其实飞机、坦克、导弹这些早已成熟的设计，美军有几十年的先发优势，在精益求精的细节上，自然有难以复制的独到心得。但是在还未实用化的科幻武器上，共军就享有同时自起跑线出发的好处，因此竞争就更为激烈。不过双方对这些新武器，保密都非常严密，而且美军还进一步散发各式各様的烟幕消息，企图困惑对手。其结果是外界对这些武器的印象被严重误导，媒体上的报导也就比传统武器更加离谱。我想在此澄清一些常见的误解。

目前最常听到的科幻武器有两种：电磁炮和雷射。前者作为新式的战舰主炮，被美国海军大肆宣扬，在2009年的电影《变形金刚2》里，甚至成了打败霸天虎（Decepticons）的利器。这是一个典型的美式忽悠：暂且不论目前的电磁炮本身在技术和性能上的缺陷，超高速弹丸在海平面附近的浓密大气层里，速度损失极快，再加上精度受气流影响很大，射程因而严重受限。这种物理上的先天缺陷，是无法用工程上的努力来弥补的；再花20年的大笔投资，或许20公里的有效射程（即可以精确而且即时命中的射程）有可能达成，100公里则是永远都做不到的（必须使用高抛物线弹道以减低空气阻力损耗，所以需时三分钟以上，与衝压飞弹相比没有优势；由于受气流影响和目标机动，必须进行复杂的全程制导，在费用上接近飞弹，却完全没有后者飞行轨迹的可编程能力；弹丸太小，即使有多发命中，动能加火药仍然不足以重创2000吨以上的舰只）。而现代海战的交战距离，已经达到了1000公里，正在向2000公里推进。所以美军宣传电磁炮的用意，只能是希望忽悠共军浪费财力物力在这个完全没有前途的项目上。

另一项科幻武器，雷射，则的确有实用的可能，而且还不只一方面。首先，战略雷射是打撃低飞的军事侦察卫星的理想手段：反应快、耗费低，而且很难被确认责任。中美双方都已大量投资在这个方向，甚至有谣传已有实战部署。不过这类的战略武器，太过敏感，消息很不可靠，我对它也没有特别深入的见解，所以在此我们先看看雷射在战术层次上的应用。最近常被报导的战术雷射，主要是美国海军和陆军准备用来替换近防炮的几个项目，亦即用雷射来撃毁敌方的飞机、导弹、无人机和快艇。由于雷射在民用领域的应用极为广泛，高功率或高能量的雷射早已研发完成，一般人把纸面上的数据做了比较后，常以为民转军的过程会是很直接简单的。其实军用战术雷射的附属部件，如电源和瞄准用的光学器材，反而是没有太大难度的部分；真正的难关恰是在雷射本身。

为什么现有的民用大功率、高能量雷射不适用于战术目的呢？民用和军用最基本的差别有两个：1）战术雷射必须在户外有各种天象的浓密大气层里，打撃几公里外的目标；2）战术雷射必须在交战几秒内，完成重启的周期，重新投入作战。前一个要求排除了高能量的工业用切割雷射，因为如果要保证能撃毁超音速反舰飞弹，必须在一秒锺之内传送十万焦耳的热能，也就是持续功率必须到达十万瓦并且维持一秒左右。满足这个要求的工业雷射是有的，但是它用的是连续波，在几公里的射程里会被水蒸汽吸收而使空气受热膨胀，產生透镜效应，使光束失焦，结果终端强度不足以摧毁反舰飞弹的。中美两国的战术雷射都因此而改用脉衝雷射；当脉衝长度在一微秒以内时，空气没有足够的时间来膨胀，透镜效应不明显。好玩的是，美国因为开始研究战术雷射比中共早些，因而在1970年代的预研时期，大家都还在用连续波雷射的时候，美国放弃了波长较长（10.6微米的中红外线）的二氧化碳雷射，而专注在波长较短（1.064微米的近红外线）的铷玻璃雷射（Nd:YAG Laser，后来演化成光纤雷射）上。近红外线穿透水蒸汽的能力强些，在当时似乎是最好的选择，但是后来大家都改用高功率脉衝雷射之后，透镜效应被解决，而吸收效应的直接损耗并不严重，结果是美国的新锐固态光纤雷射在对大气层的穿透力上的优势，不足以弥补共军的老式气相雷射在效率上的领先。

水的三相对红外线的吸收率。绿线是水蒸汽，10.6微米约相当于0.1的吸收率，1.064微米则为0.001级别的，差别为两个数量级；不过10.6微米和1.064微米都处在吸收率曲线的谷底，这并不是巧合，而是二氧化碳雷射和铷玻璃雷射被选为军用雷射源的主因。至于气体对红外线的吸收则恰是近年来很常上新闻的温室效应，水蒸汽是极强的温室气体，对红外线热辐射的吸收能力比二氧化碳还要强得多。

经过几十年的努力，中美两方都有了满足功率需求的雷射发生器和电源供应，能持续锁定高速目标一秒以上的光学部件也完成开发，目前最大的技术难关在于散热。反舰飞弹的标准战术应用模式是在短时间内投入多枚飞弹以图超越近防系统的反应容量，也就是所谓的饱和打撃。因此近防系统极重要的一个性能指标是必须能快速重启，对后续的入袭飞弹持续射撃摧毁。不幸的是雷射的能量转换效率天生就很低，大部分的能量都变成热量而必须被快速散发。光纤和美军也在尝试的薄片雷射，在散热上都比前一代的固态雷射强，但是十万焦耳的出力标准实在太高，10秒内完成散热的时段实在太短，以致工程设计一延再延，原本十万瓦原型机应该在2007年建成的时限早已过去，而2014年出现的几个试范原型仍只有一万瓦功率。共军选用的气相雷射反而在这方面有先天的优势，不但效率高、產热少，而且可以靠气体流动来大幅增加散热的有效面积，因此共军虽然在1980年代和1990年代早期经过了军费紧缩的停滞时期，仍然能快速追上美军在战术雷射上的新发展。我的猜测是在2020年之前，中美双方都将完成十万焦耳级的战术雷射原型机，到2030年可能成为新军舰的标准装备。

由于雷射的专业程度高，中美双方的媒体在相关的报导上，都常常会有甚为离谱的猜测。在美方，主要是轻信美军的乐观宣传，以致在过去十年里，每年都热情地报导了“新”的一万焦耳原型机，和“两三年后即将完成”的十万焦耳雷射。在中方，共军的传统是不置评论，结果是网民把一切官方公布的有关雷射技术的突破都解释为军用，其实刚好相反，它们无一例外都是民用的技术。例如“神光”系列的高能量雷射，基本上是中共版的NIF（National Ignition Facility，这是以高能雷射来启动核融合的科学实験，美国版已经证明为不折不扣的大灾难，被讥笑为National Almost Ignition Facility，简写为NAIF，而英文的naif是天真无知的意思），能量虽高，却完全没有散热上的考虑，而且是单脉衝，瞬间功率很惊人，持续功率却不够满足军事上的要求。上个月，中共的中科院上海光机所强场激光物理国家重点实验室宣布建成Petawatt雷射（1PW=一千万亿瓦），是10Petawatt雷射的先期工程，网络上也立即爆出与战术雷射的联想。其实这个Petawatt雷射是将神光系统的单脉衝长度进一步压缩到32fs（femto-second，一千万亿分之一秒）的成果，总能量输出只有45焦耳，还不够打穿我的外套。它的用途是把物质表面以极高速剥离，藉此来研究高能物理和核子物理，是一项基础科研的项目。美国最早建成Petawatt雷射，目前英国也有活跃的研究。10Petawatt的雷射是下一代的目标（再下一代是200PW），欧洲（即位于捷克的ELI计划，Extreme Light Infrastructure）和中国都在开发，鹿死谁手还很难说。

上海光机所的神光二型雷射，和美国的NIF类似。现在NIF已经悲惨地死亡，神光的前途也有了大大的问号。

【后注一】本文的旧版有些技术细节是错的，在此感谢雷射专家黄崇博博士不吝指正。

【后注二】中共负责PW雷射的李儒新博士（网页在这里：http://www.casad.cas.cn/document.action?docid=12917）在本月11日的演讲中，宣称上海光机所已经达到4PW的功率，暂时领先世界。不过他认为10PW雷射的主要应用仍是在核融合上，这可能是太过乐观了。因为NIF的“中心点火”设计遭遇了“非线性”损失（Non-linear Loss，物理专门名词，用浅显的话说就是“我们没有预期到的莫名其妙问题”），有人建议改用“快点火”设计。“快点火”设计需要的是高瞬间功率而不是极高的总能量，那么他的10PW雷射就刚好是最合适的。不过“快点火”目前还只是个概念，会不会有用还很难说。

【后注三】2015年三月5日，Lockheed Martin宣布成功试射30KW的Athena雷射。Athena仍然是基于铷光纤的设计。



【海军】【空军】忽悠大眾的虚拟武器
王孟源的部落格
http://newsblog.chinatimes.com/duduong/cn/archive/37502

我在前文《愚民主政下的指鹿为马》里指出中山科学院的海剑羚系统是忽悠大眾的虚拟武器，不过这并不代表海剑羚这类的反飞弹飞弹系统有物理或工程上不可能超越的困难，毕竟美军的RIM-116和共军的HHQ-10都已大批服役。中山院的问题在于管理和经费上的欠缺，使其研发能力远远落后于国际先进的水准。但是当前世界军工业的确有些因物理或工程上困难而不可能在合理时间内达到有意义的性能指标的武器发展计划，换句话说，即使是最先进的美、中、俄三国都不可能成功开发这些新武器技术，它们是真正忽悠全世界民眾的虚拟武器。

在这些虚拟武器中，最常被军迷提起的是电磁炮。前文《看不见的军备竞赛：战术雷射》已经批判过它的不实用性，不过我仍然在中美的军事论坛上看到很多兴高采烈的文章，预言它将取代下一代海军舰只的主炮。美国海军（雇用BAE Systems）以及厂商自费（General Atomic，通用原子）继续高调开发电磁炮技术，共军的“北方某单位”（参见http://www.dingsheng.com/portal.php?mod=view&aid=5591）也在默默地研发之中。那么是否中美的科研机构有我未曾预料到的突破呢？

我不认为如此。首先美军向来爱好花俏的新科技，不切实际的失败计划不可胜数；共军则是在近年经费充裕之后，只要美军有的他也要有。其实美中两方对这个技术的投资都十分有限，完全不把它当成重点项目；我们只要仔细审察技术细节，就可以理解为什么如此。当前最先进的原型电磁炮，炮口速度是Mach7，动能是32MJ，最大射程200公里；而36年前出厂的Reinmetall 120mm坦克炮就可以轻易达到Mach5的初速，即将服役的DDG-1000上的155mm火炮发射LRLAP（Long Range Land Attack Projectile，长程陆攻弹）时，炮口动能是34.7MJ，射程也是200公里。美军在可见未来希望达到的技术指标是炮口初速Mach7.5，动能64MJ，最大射程450公里。这样的性能，除了初速之外，人类早在70年多前就已有了，我说的是纳粹德国的V2飞弹。现代的弹道导弹在射程和能量上都可以轻易超越电磁炮几个数量级；新式的火箭弹有和电磁炮同样的射程和十倍的载荷，价钱更是白菜化了。电磁炮号称6分钟飞到最大射程，火箭弹晚了两三分钟，同样都只能打击固定目标，根本没有实用战术上的差别。电磁炮为了追求50%的速度优势而严重牺牲载荷和廉价性，与前文《未来十年的中美武器对比（三）》里讨论的LCS有异曲同工之妙。

我常看到吹嘘电磁炮的文章说它最大的优势是弹丸小，不占地方，这是没有物理常识的歪论。同样的载荷要飞行到同样的射程所用的能量与速度平方成正比；电磁炮所用的电来自燃油，其能量密度稍高于火箭弹的推进药，但是正因为电磁炮弹丸速度较高，所以其所消耗的能源以体积和重量计都还是较多的。不过电磁炮最致命的缺陷，其实是在附加的装备上，不但必须有极大功率的发电机，电磁炮本身的结构也远比火炮庞大复杂，尤其是它的身管必须以较细的截面积来承受更高的摩擦生热，又得要传导极强大的电流，电阻生热比摩擦还要严重，所以在散热上先天就比火炮困难一到两个数量级。当前最先进的大型火炮可以每分钟发射十发，火箭炮的发射速率更高；电磁炮则即使再研发20年，顶多也只能做到几分钟一发，根本没有实用性。我还没有提到它身管的寿命，那基本是打十几发就得换的。

美国海军研究办公室（Office of Naval Research，ONR）所属的电磁发射设备（Electromagnetic Launch Facility）试射BAE Systems的电磁炮原型机。很奇怪的是全世界的读者似乎都对弹丸后面的巨大火焰视而不见。这其实是因为在Mach7的速度下，弹丸承受极大的空气阻力，所以必须加上一个火箭引擎来维持速度，勉强挤出200公里的射程。这是一个货真价实的助推火箭，不只是Bull博士的ERFB火炮的弹底排气技术，所以有用的载荷就更加可怜了。PLZ-05发射ERFB-BB（Base Bleed，底排）弹，照片里的火焰主要来自火炮本身，弹底的火焰很小。第二代的52倍径ERFB-BB一般射程在42-44公里左右。PLZ-05使用滑翔弹的最大射程超过100公里，但是滑翔弹必须有末端制导，远比无制导弹药昂贵。电磁炮的弹药也同样必须有制导装置（尚未开发），再加上前面提到的助推火箭，载荷能力很可能低于零。

电磁炮的问题还可以说是工程上的细节，一般非专业人员很难理解；另一个常见的虚拟武器却只需要物理知识就可以看穿它的把戏。可是前几天有读者询问我对一个自称是物理博士的博文的意见，那篇文章提到弹道导弹在重入大气层时因速度在Mach7以上，因摩擦生热会使其前方的空气电离化，成为Plasma（电浆，或译为等离子体），所以会对地面雷达有隐身作用。这是很明显地被俄国的所谓Plasma Stealth（等离子体隐身）技术忽悠后的结果，以致一看等离子体就和隐身划上等号。

其实Plasma只是原子外层的电子被剥离后，所余的正离子和自由电子的混合物。因为正离子比电子一般重了几万倍，所以在与电磁波互相作用时，主要是自由电子的运动来决定它的性质。可是学过大一物理的人应该知道，还有另外一种物质也含有大量的自由电子，因此而决定了它的导热、导电和光学性质，那就是金属，所以Plasma与金属在一般情况下对雷达波的反应是一样的：都是近乎完全反射。重返大气层的弹头或飞船虽然不能直接和地面做无线电通讯（但是可以通过头顶的通讯卫星转接），地面雷达却可以清清楚楚地看到一个很大的反射截面。那么所谓的Plasma Stealth到底是怎么回事呢？

Plasma和金属里自由电子的最大不同，在于其密度和温度可以有很大的变化，在特定的密度和温度下，其共振频率有可能落到微波的范围，那么在一个雷达波的频率刚好与之相同的时候，就会被这个Plasma所吸收。但是这是纯理论的妄想，在非密闭的环境下根本不可能细调密度和温度使其共振频率与入射的雷达波完全吻合，所以俄国人连一个原型机也做不出来，Plasma Stealth也就永远只能是卡通装备。其实就算有能控制共振频率到所需要精度的魔术，敌方只要使用两个频道（新式的AESA本身就能快速变频或多频同时发射）就能击破这个隐身，而且还会看到比机体本身更大的截面积，那么这个极重又极耗电的设备就真是搬石头砸脚了。

熟悉这个部落格的读者应该知道我向来以破除迷思为己任，以上是两个当前军事论坛里最常见的迷思：电磁炮在大气层外，或许会是歼星舰的好配备；Plasma Stealth则绝对是不切实际的。未来20年的海军舰艇将会是像055级这样的改装了先进电子设备的传统军舰，而不是DDG-1000那样的科幻船只。空军的战机和轰炸机也将继续主要依靠外形来获得隐身能力，没有其他的捷径。
摄友约克在《吴司令的野望可不止电弹，还是别争了，没意思！》提到“当然，料还是有的，吴司令这次来没少看马院士的新玩具，忘了电弹吧，一个已经成熟——等待应用的产品，司令大人是不会太在意的！这次来，司令为马院士打伞，看到的是在当今世界上，能够独步天下的某电力直接作功的武器系统，该系统的完成度已经超越了其他对手……当然下一步怎么上舰，还要解决系统问题。”

http://lt.cjdby.net/forum.php?mo ... &fromuid=973555

我认为是战术激光而非电磁炮，原因如下：

【海军】看不见的军备竞赛：战术雷射
王孟源的部落格
http://newsblog.chinatimes.com/duduong/cn/archive/17495

共军自1990年代开始积极发展先进武器，到现在已经对美国的军事霸权构成了威胁。但是从技术层次来说，除了反舰弹道飞弹之外，共军近年的新装备还只相当于美军10到30年前就已部署的武器；也就是说，共军总体来看，还处在追赶的态势。其实飞机、坦克、导弹这些早已成熟的设计，美军有几十年的先发优势，在精益求精的细节上，自然有难以复制的独到心得。但是在还未实用化的科幻武器上，共军就享有同时自起跑线出发的好处，因此竞争就更为激烈。不过双方对这些新武器，保密都非常严密，而且美军还进一步散发各式各様的烟幕消息，企图困惑对手。其结果是外界对这些武器的印象被严重误导，媒体上的报导也就比传统武器更加离谱。我想在此澄清一些常见的误解。

目前最常听到的科幻武器有两种：电磁炮和雷射。前者作为新式的战舰主炮，被美国海军大肆宣扬，在2009年的电影《变形金刚2》里，甚至成了打败霸天虎（Decepticons）的利器。这是一个典型的美式忽悠：暂且不论目前的电磁炮本身在技术和性能上的缺陷，超高速弹丸在海平面附近的浓密大气层里，速度损失极快，再加上精度受气流影响很大，射程因而严重受限。这种物理上的先天缺陷，是无法用工程上的努力来弥补的；再花20年的大笔投资，或许20公里的有效射程（即可以精确而且即时命中的射程）有可能达成，100公里则是永远都做不到的（必须使用高抛物线弹道以减低空气阻力损耗，所以需时三分钟以上，与衝压飞弹相比没有优势；由于受气流影响和目标机动，必须进行复杂的全程制导，在费用上接近飞弹，却完全没有后者飞行轨迹的可编程能力；弹丸太小，即使有多发命中，动能加火药仍然不足以重创2000吨以上的舰只）。而现代海战的交战距离，已经达到了1000公里，正在向2000公里推进。所以美军宣传电磁炮的用意，只能是希望忽悠共军浪费财力物力在这个完全没有前途的项目上。

另一项科幻武器，雷射，则的确有实用的可能，而且还不只一方面。首先，战略雷射是打撃低飞的军事侦察卫星的理想手段：反应快、耗费低，而且很难被确认责任。中美双方都已大量投资在这个方向，甚至有谣传已有实战部署。不过这类的战略武器，太过敏感，消息很不可靠，我对它也没有特别深入的见解，所以在此我们先看看雷射在战术层次上的应用。最近常被报导的战术雷射，主要是美国海军和陆军准备用来替换近防炮的几个项目，亦即用雷射来撃毁敌方的飞机、导弹、无人机和快艇。由于雷射在民用领域的应用极为广泛，高功率或高能量的雷射早已研发完成，一般人把纸面上的数据做了比较后，常以为民转军的过程会是很直接简单的。其实军用战术雷射的附属部件，如电源和瞄准用的光学器材，反而是没有太大难度的部分；真正的难关恰是在雷射本身。

为什么现有的民用大功率、高能量雷射不适用于战术目的呢？民用和军用最基本的差别有两个：1）战术雷射必须在户外有各种天象的浓密大气层里，打撃几公里外的目标；2）战术雷射必须在交战几秒内，完成重启的周期，重新投入作战。前一个要求排除了高能量的工业用切割雷射，因为如果要保证能撃毁超音速反舰飞弹，必须在一秒锺之内传送十万焦耳的热能，也就是持续功率必须到达十万瓦并且维持一秒左右。满足这个要求的工业雷射是有的，但是它用的是连续波，在几公里的射程里会被水蒸汽吸收而使空气受热膨胀，產生透镜效应，使光束失焦，结果终端强度不足以摧毁反舰飞弹的。中美两国的战术雷射都因此而改用脉衝雷射；当脉衝长度在一微秒以内时，空气没有足够的时间来膨胀，透镜效应不明显。好玩的是，美国因为开始研究战术雷射比中共早些，因而在1970年代的预研时期，大家都还在用连续波雷射的时候，美国放弃了波长较长（10.6微米的中红外线）的二氧化碳雷射，而专注在波长较短（1.064微米的近红外线）的铷玻璃雷射（Nd:YAG Laser，后来演化成光纤雷射）上。近红外线穿透水蒸汽的能力强些，在当时似乎是最好的选择，但是后来大家都改用高功率脉衝雷射之后，透镜效应被解决，而吸收效应的直接损耗并不严重，结果是美国的新锐固态光纤雷射在对大气层的穿透力上的优势，不足以弥补共军的老式气相雷射在效率上的领先。

水的三相对红外线的吸收率。绿线是水蒸汽，10.6微米约相当于0.1的吸收率，1.064微米则为0.001级别的，差别为两个数量级；不过10.6微米和1.064微米都处在吸收率曲线的谷底，这并不是巧合，而是二氧化碳雷射和铷玻璃雷射被选为军用雷射源的主因。至于气体对红外线的吸收则恰是近年来很常上新闻的温室效应，水蒸汽是极强的温室气体，对红外线热辐射的吸收能力比二氧化碳还要强得多。

经过几十年的努力，中美两方都有了满足功率需求的雷射发生器和电源供应，能持续锁定高速目标一秒以上的光学部件也完成开发，目前最大的技术难关在于散热。反舰飞弹的标准战术应用模式是在短时间内投入多枚飞弹以图超越近防系统的反应容量，也就是所谓的饱和打撃。因此近防系统极重要的一个性能指标是必须能快速重启，对后续的入袭飞弹持续射撃摧毁。不幸的是雷射的能量转换效率天生就很低，大部分的能量都变成热量而必须被快速散发。光纤和美军也在尝试的薄片雷射，在散热上都比前一代的固态雷射强，但是十万焦耳的出力标准实在太高，10秒内完成散热的时段实在太短，以致工程设计一延再延，原本十万瓦原型机应该在2007年建成的时限早已过去，而2014年出现的几个试范原型仍只有一万瓦功率。共军选用的气相雷射反而在这方面有先天的优势，不但效率高、產热少，而且可以靠气体流动来大幅增加散热的有效面积，因此共军虽然在1980年代和1990年代早期经过了军费紧缩的停滞时期，仍然能快速追上美军在战术雷射上的新发展。我的猜测是在2020年之前，中美双方都将完成十万焦耳级的战术雷射原型机，到2030年可能成为新军舰的标准装备。

由于雷射的专业程度高，中美双方的媒体在相关的报导上，都常常会有甚为离谱的猜测。在美方，主要是轻信美军的乐观宣传，以致在过去十年里，每年都热情地报导了“新”的一万焦耳原型机，和“两三年后即将完成”的十万焦耳雷射。在中方，共军的传统是不置评论，结果是网民把一切官方公布的有关雷射技术的突破都解释为军用，其实刚好相反，它们无一例外都是民用的技术。例如“神光”系列的高能量雷射，基本上是中共版的NIF（National Ignition Facility，这是以高能雷射来启动核融合的科学实験，美国版已经证明为不折不扣的大灾难，被讥笑为National Almost Ignition Facility，简写为NAIF，而英文的naif是天真无知的意思），能量虽高，却完全没有散热上的考虑，而且是单脉衝，瞬间功率很惊人，持续功率却不够满足军事上的要求。上个月，中共的中科院上海光机所强场激光物理国家重点实验室宣布建成Petawatt雷射（1PW=一千万亿瓦），是10Petawatt雷射的先期工程，网络上也立即爆出与战术雷射的联想。其实这个Petawatt雷射是将神光系统的单脉衝长度进一步压缩到32fs（femto-second，一千万亿分之一秒）的成果，总能量输出只有45焦耳，还不够打穿我的外套。它的用途是把物质表面以极高速剥离，藉此来研究高能物理和核子物理，是一项基础科研的项目。美国最早建成Petawatt雷射，目前英国也有活跃的研究。10Petawatt的雷射是下一代的目标（再下一代是200PW），欧洲（即位于捷克的ELI计划，Extreme Light Infrastructure）和中国都在开发，鹿死谁手还很难说。

上海光机所的神光二型雷射，和美国的NIF类似。现在NIF已经悲惨地死亡，神光的前途也有了大大的问号。

【后注一】本文的旧版有些技术细节是错的，在此感谢雷射专家黄崇博博士不吝指正。

【后注二】中共负责PW雷射的李儒新博士（网页在这里：http://www.casad.cas.cn/document.action?docid=12917）在本月11日的演讲中，宣称上海光机所已经达到4PW的功率，暂时领先世界。不过他认为10PW雷射的主要应用仍是在核融合上，这可能是太过乐观了。因为NIF的“中心点火”设计遭遇了“非线性”损失（Non-linear Loss，物理专门名词，用浅显的话说就是“我们没有预期到的莫名其妙问题”），有人建议改用“快点火”设计。“快点火”设计需要的是高瞬间功率而不是极高的总能量，那么他的10PW雷射就刚好是最合适的。不过“快点火”目前还只是个概念，会不会有用还很难说。

【后注三】2015年三月5日，Lockheed Martin宣布成功试射30KW的Athena雷射。Athena仍然是基于铷光纤的设计。



【海军】【空军】忽悠大眾的虚拟武器
王孟源的部落格
http://newsblog.chinatimes.com/duduong/cn/archive/37502

我在前文《愚民主政下的指鹿为马》里指出中山科学院的海剑羚系统是忽悠大眾的虚拟武器，不过这并不代表海剑羚这类的反飞弹飞弹系统有物理或工程上不可能超越的困难，毕竟美军的RIM-116和共军的HHQ-10都已大批服役。中山院的问题在于管理和经费上的欠缺，使其研发能力远远落后于国际先进的水准。但是当前世界军工业的确有些因物理或工程上困难而不可能在合理时间内达到有意义的性能指标的武器发展计划，换句话说，即使是最先进的美、中、俄三国都不可能成功开发这些新武器技术，它们是真正忽悠全世界民眾的虚拟武器。

在这些虚拟武器中，最常被军迷提起的是电磁炮。前文《看不见的军备竞赛：战术雷射》已经批判过它的不实用性，不过我仍然在中美的军事论坛上看到很多兴高采烈的文章，预言它将取代下一代海军舰只的主炮。美国海军（雇用BAE Systems）以及厂商自费（General Atomic，通用原子）继续高调开发电磁炮技术，共军的“北方某单位”（参见http://www.dingsheng.com/portal.php?mod=view&aid=5591）也在默默地研发之中。那么是否中美的科研机构有我未曾预料到的突破呢？

我不认为如此。首先美军向来爱好花俏的新科技，不切实际的失败计划不可胜数；共军则是在近年经费充裕之后，只要美军有的他也要有。其实美中两方对这个技术的投资都十分有限，完全不把它当成重点项目；我们只要仔细审察技术细节，就可以理解为什么如此。当前最先进的原型电磁炮，炮口速度是Mach7，动能是32MJ，最大射程200公里；而36年前出厂的Reinmetall 120mm坦克炮就可以轻易达到Mach5的初速，即将服役的DDG-1000上的155mm火炮发射LRLAP（Long Range Land Attack Projectile，长程陆攻弹）时，炮口动能是34.7MJ，射程也是200公里。美军在可见未来希望达到的技术指标是炮口初速Mach7.5，动能64MJ，最大射程450公里。这样的性能，除了初速之外，人类早在70年多前就已有了，我说的是纳粹德国的V2飞弹。现代的弹道导弹在射程和能量上都可以轻易超越电磁炮几个数量级；新式的火箭弹有和电磁炮同样的射程和十倍的载荷，价钱更是白菜化了。电磁炮号称6分钟飞到最大射程，火箭弹晚了两三分钟，同样都只能打击固定目标，根本没有实用战术上的差别。电磁炮为了追求50%的速度优势而严重牺牲载荷和廉价性，与前文《未来十年的中美武器对比（三）》里讨论的LCS有异曲同工之妙。

我常看到吹嘘电磁炮的文章说它最大的优势是弹丸小，不占地方，这是没有物理常识的歪论。同样的载荷要飞行到同样的射程所用的能量与速度平方成正比；电磁炮所用的电来自燃油，其能量密度稍高于火箭弹的推进药，但是正因为电磁炮弹丸速度较高，所以其所消耗的能源以体积和重量计都还是较多的。不过电磁炮最致命的缺陷，其实是在附加的装备上，不但必须有极大功率的发电机，电磁炮本身的结构也远比火炮庞大复杂，尤其是它的身管必须以较细的截面积来承受更高的摩擦生热，又得要传导极强大的电流，电阻生热比摩擦还要严重，所以在散热上先天就比火炮困难一到两个数量级。当前最先进的大型火炮可以每分钟发射十发，火箭炮的发射速率更高；电磁炮则即使再研发20年，顶多也只能做到几分钟一发，根本没有实用性。我还没有提到它身管的寿命，那基本是打十几发就得换的。

美国海军研究办公室（Office of Naval Research，ONR）所属的电磁发射设备（Electromagnetic Launch Facility）试射BAE Systems的电磁炮原型机。很奇怪的是全世界的读者似乎都对弹丸后面的巨大火焰视而不见。这其实是因为在Mach7的速度下，弹丸承受极大的空气阻力，所以必须加上一个火箭引擎来维持速度，勉强挤出200公里的射程。这是一个货真价实的助推火箭，不只是Bull博士的ERFB火炮的弹底排气技术，所以有用的载荷就更加可怜了。PLZ-05发射ERFB-BB（Base Bleed，底排）弹，照片里的火焰主要来自火炮本身，弹底的火焰很小。第二代的52倍径ERFB-BB一般射程在42-44公里左右。PLZ-05使用滑翔弹的最大射程超过100公里，但是滑翔弹必须有末端制导，远比无制导弹药昂贵。电磁炮的弹药也同样必须有制导装置（尚未开发），再加上前面提到的助推火箭，载荷能力很可能低于零。

电磁炮的问题还可以说是工程上的细节，一般非专业人员很难理解；另一个常见的虚拟武器却只需要物理知识就可以看穿它的把戏。可是前几天有读者询问我对一个自称是物理博士的博文的意见，那篇文章提到弹道导弹在重入大气层时因速度在Mach7以上，因摩擦生热会使其前方的空气电离化，成为Plasma（电浆，或译为等离子体），所以会对地面雷达有隐身作用。这是很明显地被俄国的所谓Plasma Stealth（等离子体隐身）技术忽悠后的结果，以致一看等离子体就和隐身划上等号。

其实Plasma只是原子外层的电子被剥离后，所余的正离子和自由电子的混合物。因为正离子比电子一般重了几万倍，所以在与电磁波互相作用时，主要是自由电子的运动来决定它的性质。可是学过大一物理的人应该知道，还有另外一种物质也含有大量的自由电子，因此而决定了它的导热、导电和光学性质，那就是金属，所以Plasma与金属在一般情况下对雷达波的反应是一样的：都是近乎完全反射。重返大气层的弹头或飞船虽然不能直接和地面做无线电通讯（但是可以通过头顶的通讯卫星转接），地面雷达却可以清清楚楚地看到一个很大的反射截面。那么所谓的Plasma Stealth到底是怎么回事呢？

Plasma和金属里自由电子的最大不同，在于其密度和温度可以有很大的变化，在特定的密度和温度下，其共振频率有可能落到微波的范围，那么在一个雷达波的频率刚好与之相同的时候，就会被这个Plasma所吸收。但是这是纯理论的妄想，在非密闭的环境下根本不可能细调密度和温度使其共振频率与入射的雷达波完全吻合，所以俄国人连一个原型机也做不出来，Plasma Stealth也就永远只能是卡通装备。其实就算有能控制共振频率到所需要精度的魔术，敌方只要使用两个频道（新式的AESA本身就能快速变频或多频同时发射）就能击破这个隐身，而且还会看到比机体本身更大的截面积，那么这个极重又极耗电的设备就真是搬石头砸脚了。

熟悉这个部落格的读者应该知道我向来以破除迷思为己任，以上是两个当前军事论坛里最常见的迷思：电磁炮在大气层外，或许会是歼星舰的好配备；Plasma Stealth则绝对是不切实际的。未来20年的海军舰艇将会是像055级这样的改装了先进电子设备的传统军舰，而不是DDG-1000那样的科幻船只。空军的战机和轰炸机也将继续主要依靠外形来获得隐身能力，没有其他的捷径。