关于激光武器

首先声明我不是这个领域的专家，只是在出国之前有幸参与过一些和这个领域关系比较
密切的工程项目，有机会掌握一些原始数据而已。我对ABL项目没有什么第一手资料，
只能凭自己的经验作一些简单的分析。

如果非常粗略地加以概括，ABL项目可以分成三个子系统 ，机载平台系统，高能激光系
统，目标捕获和跟踪瞄准系统。 这三个系统每一个都是十分复杂的专门领域，都涉及
到成千上万人的辛苦工作。机载平台是波音公司主力负责，除了激光武器的作战管理系
统，还需要解决飞机的内部结构和环境控制，以适应激光器系统和目标根瞄系统对空间
、温度、振动等环境参数极其严苛的要求。激光系统是诺斯洛普•格鲁门负责的
，估计少不了美国的几个国家实验室加上一些知名大学的参与。光学界是一个很小的圈
子，美国这么强的国家也只有屈指可数的几个地方有能力搞这个项目。目标跟踪瞄准系
统是一个相对成熟的东西，洛克希德•马丁公司负责，其原理和坦克上用的目标
跟踪系统差不多，我对美国的这个领域不熟，就不多说了。

先说控制系统吧，这个和我的项目经验直接相关，所以我的把握稍大一点。首先分析一
下ABL控制系统的性能指标，下面是从网上获得的公开数据。
　　
　　ABL的主要战术技术指标包括：
　　•作战平台：波音747-400F飞机。飞行高度12-15km
　　•发射镜直径：1.5m
　　•发射功率：作战型COIL为2-3MW
　　•发射波长：1-2μm(标准波长1.315μm)
　　•射程距离：固体导弹300km：液体导弹600km
　　•发射频度：一次加足燃料可射击20-40次，每次持续3-5s
　　•一次作战需要时间：12s(从捕获到摧毁和评估)
　　•每次攻击间隔时间：1-2s

我们不妨假设目标距离激光系统300千米，飞行速度是每秒100米。这两个数据就基本决
定了跟瞄系统的精度要求。原因如下。
已知发射镜尺寸是1.5m，那么最理想的情况是激光发散角接近衍射极限，此时激光照射
到目标上的直径大约是接近 4米，那么为了持续照射目标的同一个位置，最基本的要求
是目标每移动2米，激光光斑就要跟着移动2米，这样的话始终有2米区域受到持续照射
，否则照射效果就无法保证了。
目标飞行2米需要多少需要20毫秒，相对激光器转过的角度是2m/300km=6.6 urad，那么
激光器的反射镜需要转过3.3urad 才能刚好跟踪。为了转过3.3urad， 最容易的方法是
在反射镜的边缘推动一个小距离。由于反射镜直径是1.5m，那么需要一次推动 3.3E-6*
1.5 = 5um。如果把目标距离换成600km，那么一次步进就变成2.5um。

这个2.5um是一个很有意思的数值，比我预计的数值实现起来要容易很多。我们当时做
的类似系统步进是90nm，和2.5um相比难度差了一个数量级。但是想想其它因素，似乎
这个数值就很容易理解了。首要因素就是振动。我参与的系统为了实现90nm的步进精度
，花了一亿多人民币为激光器盖了隔热隔振的大楼。如果不花这么大本钱，正常的环境
振动对反射镜的影响就轻松超过1um了。再看老美，波音公司再牛B，也决不可能把飞机
上的振动抑制到1um以下的，所以控制系统的精度超过1um完全没有任何意义。而步进
2um左右的精度实现起来还是相对容易的，对洛克希德•马丁来说简直是小菜一碟
，坦克上的火控系统基本上改改就能用了。

ABL系统还有一个地方很值得注意，就是反射镜的尺寸是1.5m，这是个很吓人的尺寸。
了解摄影的人都知道一个好的镜头动辄就几千美金，那才多大口径，70~200毫米而已。
老美一下子用上1.5m口径的高精度反射镜，说明高能激光系统的主要光学元件都是1m口
径左右的，这是真正的暴力美学，是国家实力的直接体现。世界上估计除了德国没有其
它国家有这个实力了。当然，我国的长春光机所也有相当的实力，据说他们给卫星作的
透镜口径也是1米左右的。

前面有人讨论说高精度的控制可以用压电陶瓷等等技术可以实现。不假。但是压电陶瓷
虽然精度高，但是有效范围很小，不能实现大范围的高精度移动。做到小范围的高精度
其实不难，有很多手段可以利用，难的就是把高精度推广到更大的范围上。高精度机床
存在这个问题，高精度大尺寸光学元件更是存在这个问题。最终比较可靠的还是最简单
最直接的步进电机系统，充分挖掘材料和控制上的潜力，一点点把精度提高到需要的水
平上来。