这幅图片展示的是诺斯洛普-格鲁曼公司未来作战系统——陆军地面作战装甲车，该车装备了一台固态激光器，这种激光器能够用于防御诸如迫击炮或火箭弹之类的进攻性威胁。


工业和军事领域的科学家正在不断努力，发展未来作战人员使用的武器级固态激光器。


即使是对军事技术的一点也不了解的民众也会注意到美国空军最昂贵的武器项目——机载激光器，此项目消耗了美国国防部发展激光武器技术的大部分投资，而且现在已经快要把所有投资都耗尽了。


尽管空军对于大型化学激光器项目姿态十分鲜明，但是军方高层正准备将其研究重点转到固态激光器技术，以使激光技术能够进一步小型化、武器化，从而可供未来地面作战人员使用。


位于加利福尼亚州瑞丹多滩的诺斯洛普-格鲁曼公司空间技术部的专家说，固态激光器（SSLs）使用掺加各种离子的晶体或者玻璃态材料，离子的种类取决于要产生激光的种类。固态激光器的工作原理是把离子暴露在具有共振频率的电磁辐射下，使用闪光灯或者二极管来使其提高到能够激发的能量级。出于商业用途，研究专家已将这些激光调整到高能量级别。


最常见的固态激光器是基于诸如钇铝石榴石（YAG）之类含有钕（Nd）元素的晶体，含钕的钇铝石榴石激光器可以发出波长为1.06纳米的放射线，这种放射线可以很好地穿透空气。


诺斯洛普-格鲁曼公司的研究人员称，固态激光器不如化学激光器那样威力强大，但是可用于空中防御、破坏地雷、船只保护、光电子战等作战中破坏或照亮目标之类的防御任务。

诺斯洛普-格鲁曼公司空间技术部下属的定向能技术部经理杰姬-基士说：“固态和光纤激光器在建造时能够更加小型化，因此能够应用在更加广泛武器平台上。我们在固态激光器方面所面临的最大挑战就是将其变得威力更大、体积更小，并且可以更为简洁地处理或者储存激光发射后所散发的多余的热量。”

比起那些化学激光器，固态激光器仅需电能就可以工作，因此后勤保障更为便捷。


专家相信未来一定会出现电力激光器。固态和光纤激光器在建造时能够更加小型化，因此能够应用在更加广泛武器平台上。体积较大的固态激光器在技术上要比光纤激光器更加成熟，但是光纤激光器有希望达到更大的发射功率。


相比于机载激光器技术，固态激光器技术一直得不到较多的投资，应用领域也没有那么广，但是该领域的研究人员一直为之做出努力。


这幅图片展示的是诺斯洛普-格鲁曼公司的工程师正在对联合高能固态激光器进行测试。


美国陆军一直为发展联合高能固态激光器（JHPSSL）项目投资，目的是研制出军用级固态激光器技术，此项技术有望为美国军方集成各个军种的安装在包括舰艇、有人和无人机以及地面车辆等各种武器平台上的高能激光器系统打下良好的基础。


联合高能固态激光器（JHPSSL）


2007年初，美国军方与诺斯洛普-格鲁曼公司空间技术部和位于马萨诸塞州威明顿的Textron系统公司签署了开发联合高能固态激光器项目的协议。


联合高能固态激光器项目是由位于阿拉巴马州汉特斯威尔的美国陆军太空与导弹防御司令部、位于新墨西哥州阿布奇科的国防部长办公室下属的联合技术办公室、位于新墨西哥州科特兰德空军基地的美国空军研究实验室以及位于弗吉尼亚州阿林顿的美国海军研究办公室联合资助的一个项目，主要用来加快固态激光器技术实现军事应用的进程。
现阶段该项目的目标是研制一个功率能够达到100千瓦的激光系统，设置这个阶段主要是为了实现一系列的武装保护和打击任务，例如在舰艇舷侧对来袭巡航导弹的防御，在广泛区域内对各种火箭弹、炮弹和迫击炮弹的陆基防御，对战斗机实施精确打击等任务。不过，这些激光武器仍然处于实验室阶段，真正形成战场上实用的武器还有很长一段路要走。


Textron系统公司高级解决方案中心的副经理吉姆-斯特姆伯尼说：“固态激光器系统能够为作战人员提供许多增强的能力，包括交战时间更短、瞄准精度更高和射距更长等许多方面，同时对平民造成伤害会更少。”固态激光器概念还需要为作战人员提供体积较小、价格更低廉、适应能力更强、能够经受住最严酷的战场环境和最恶劣外界环境的定向能武器系统。


诺斯洛普-格鲁曼公司空间技术部的总裁亚力克西斯-里万诺斯说：“在固态激光器项目的第三阶段，我们十分担心固态激光器是否能够按比例将功率增至100千瓦。如果军方能够为后续的激光武器系统技术和验证装置投入相同的资金，那么使用高能激光的固态激光器系统能够在四到五年内进行部署。”

诺斯洛普-格鲁曼公司的方法是使用由高能增益模块组成的增益链。2007年6月，诺斯罗普•格鲁曼公司在新激光武器工厂生产的第一个高能增益模块通过了联合高能固态激光器项目第三阶段的关键设计评审，满足并超出了演示需求。在该项测试中，高能增益模块产生的功率超过了3.9千瓦，以20.6%的效率持续运行了500秒。这种模块是100千瓦级固态激光器的核心部件。


公司用于论证的联合高能固态激光器使用了两个高能增益模块链来展示在该项目第二阶段27千瓦级的成果。为了避免需要结构上进行改动，在100千瓦级联合高能固态激光器的结构中使用了8个相同的增益链，共包含32个增益模块。


这种固态激光器技术和结构与诺斯洛普-格鲁曼公司计划为“魔爪”使用的是同一种，在“魔爪”上技术人员将安装一台100千瓦级固态激光器，用来击落火箭弹、迫击炮弹以及无人机。这种固态激光器还将会安装在有人操纵的混合电力推进的地面车辆上面。
功率超过25千瓦


联合高能固态激光器项目的第三阶段开始之前，在第二阶段中技术人员将大型固态激光器的功率调整至25千瓦，其最终目标是将其提升到100千瓦甚至更高。联合高能固态激光器的第一阶段的工作主要是降低技术风险，而这对于同时获得较高的能量和提升激光光束质量是十分必要的。


第二阶段的成果主要是由诺斯洛普-格鲁曼公司、位于加利福尼亚州利物茂的劳伦斯- 利物茂国家实验室和位于亚利桑那州图森的雷声公司导弹系统部共同研制的处于实验室验证阶段的25千瓦固态激光器。


去年下半年，由诺斯洛普-格鲁曼公司领导的开发团队达到了联合高能固态激光器项目上的一个关键性的里程碑。该公司的科学家演示了一个总能量超过27千瓦、运行时间超过350秒的激光系统。这已经超出了联合高能固态激光器项目第二阶段的预期目标。不过，基士说：“对于诺斯洛普-格鲁曼公司的科学家来说，在到达25千瓦的目标后仍然有几个重大的挑战需要面对。通过对几项不同的技术成果进行结合，我们的固态激光器达到了25千瓦的功率。对于这个项目来说，每一项技术成果都是非常重要的，第一是使用二极管充能板来调整能量，或者说是从能够发射激光的物质得到最多的能量。第二是发展一种具有适应能力的光学系统来产生我们需要的光束质量，第三是将多种光束相结合。” 演示的27千瓦激光器并不考虑光束质量，主要是用来研究科学家究竟能够提取多少处于自然状态的能量。

诺斯洛普-格鲁曼公司的研究人员说：“激光器的运行时间同样也很重要，激光器能够持续发射多长时间是固态激光器的一项基本指标。目标受到照射的时间越长，激光器对目标的毁坏性就越强。同时这可以使作战人员对更多的威胁目标发射激光，而目标的数量主要取决于弹仓的数量。激光器发射激光时产生的热量将不再是一个无法解决的问题，我们解决热量问题的方法是实时散热。这使得激光器在理论上可以发射无限次。通过这种方法，即使是高能激光器也能够将发射时二极管产生的废热实时散掉。我们冷却激光器的方法是在系统中注入冷却剂。相比于传统武器，固态激光器主要的进步就是不再需要弹药供应链，只需一定数量的冷却剂和柴油燃料就可以一直运行下去。”
在另外一个单独的测试中，激光器在19千瓦功率上表现出良好的光束质量，光束能够有效聚焦至目标。


在项目的第二阶段中，位于马萨诸塞州戴文的Xinetics公司为诺斯洛普-格鲁曼公司实验室的技术人员提供了一种可以变形的反射镜；位于马萨诸塞州剑桥的自适应光学公司发展了一种波形控制系统；诺斯洛普-格鲁曼公司的商业合作伙伴——位于北卡罗来纳州夏洛特的Synoptics公司则负责提供经过激发后能够产生激光的固态物质。


基士说：“我们论证用的这台激光器是作为试验装置的，在建造时主要使用无需定制的硬件，也不会成为体积和重量最小的激光器，但是我们已经开始设计缩减其体积和重量。”


这幅图片展示的是技术人员开展的一系列试验中包括美国空军机载激光器光束控制技术试验，该试验在今年早些时候使用一架经过改装的NKC-135飞机在空军研究实验室开始进行。

里万诺斯说：“我们论证用的这种固态激光器技术将作为下一步整个级别激光器设计的基础，其目标是建造能够应用于绝大多数美国军队的固态激光器。”诺斯洛普-格鲁曼空间技术公司的定向能系统部的副总裁阿特-斯蒂芬森说：“固态激光器将为美国军队增加新的武装保护和联合作战能力。在过去的五年中，与美国陆军一起进行的陆基战术高能激光器（THEL）项目中，已经显示出高能激光器系统在对付一系列火箭弹、炮弹和迫击炮炮弹等方面十分有效。” 美国陆军很早以前就开发了陆基战术高能激光器，现在诺斯罗普-格鲁曼公司为其研制改进型——空中哨兵（Sky guard），与陆基战术高能激光器相比，其功率更大、光束质量更高，该系统是第一种可以对付各种威胁的用于实战的、多任务的小型激光武器系统，可对部署的军队、大型军事设施、大型居民区或工业区提供防护，其防护区域的直径约为10千米。空中哨兵采用灵活的模块化设计，适合未来螺旋式发展模式。


斯蒂芬森继续说道：“激光具有很好的光束品质，固态激光器运行时间也较长，我们的固态激光器系统已经显示出其能够升级到能量更高的级别，这就是为什么我们相信已经到了将固态激光器拿出实验室，并开始与现有武器系统整合将其应用到战场上的时候了。”


斯蒂芬森还提到了诺斯洛普-格鲁曼公司生产的低能固态激光器已经装备了美国军队，主要用于目标指示和战场测距。另外，诺斯洛普-格鲁曼公司生产的一种名为“灯塔”的固态照明激光器现也已经进入战场试验阶段。“灯塔”固态照明激光器是在现阶段机载激光器系列中能量最高的一种。该公司还签署了一份生产能力更强的照明激光器合同，这种战略照明激光器几年之后就可以正式装备美国陆军。诺斯洛普-格鲁曼公司还为机载激光器发展了一种兆瓦级激光器——化学碘-氧激光器（COIL），于2005年在地面成功地进行了试验，确信其具有足够功率的可重复性和持久性，能够用来击落弹道导弹。

机载激光器试验
技术人员开展的一系列试验中包括美国空军机载激光器光束控制技术试验，该试验在今年早些时候使用一架经过改装的NKC-135飞机在空军研究实验室开始进行。


该试验使用安装在NKC-135舱门处的三台特殊的照相机来测定低能激光器的照射效果。当激光照射涂在飞机前半段上的白色靶标区域时，这些照相机能够记录激光的能量数据。从目前收集的数据来看，科学家将改变照相机的位置并通过这些照相机来收集激光的能量信息。对机载激光器飞机YAL-1A来说，当试验开始时，NKC-135将变成一个目标板。


当NKC-135在新墨西哥州的白沙导弹试验区域内进行试验时，这些照相机收集的能量信息将得到重新评估。在接下来的试验中，来自于空军研究实验室定向能理事会的科学家将在更贴近实战的条件下操纵这些低能激光器进行发射。

这些低能激光器在设计上都是模仿机载“灯塔”照明激光器和“轨道”照明激光器。低能激光器与高能激光器相比，主要是在功率方面存在差异，而在波长方面则没有什么不同。现在应用到实战中的照明激光器是功率都是千瓦级的，而高能激光器则均是兆瓦级的。


NKC-135是名为“大乌鸦”的经过改装的空军飞机，其原型机是波音707喷气式飞机，主要是进行了有关电子战方面的改装。在过去几年中，机载激光器项目一直使用名为“海神”的飞机来进行一些早期的目标测试试验。


导弹防御体系中的机载激光器飞机现正在位于堪萨斯州维克塔的波音公司的改装厂中进行结构上的最后的修改。一旦修改工作完成，技术人员将进行安装工作并在地面上测试照明激光器。技术人员将在一个称为“射程模拟器”的仓库中测试激光器发射情况，在此仓库中可以对光束加以限制并测试激光的效力。


在整个地面测试完成之后，技术人员将照明激光器安装在机载激光器飞机上在白沙导弹试验区域对其进行飞行测试。一种称为替代高能激光（SHEL）的低能激光器将替代武器级化学激光器安装在YAL-1A上。所有这三种激光器都将对NKC-135侧面的靶标区发射激光来进行测试，三台照相机将对这些激光器的表现进行评估。