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激光高能粒子作为武器的杀伤原理

发布时间:2019-08-02 18:29 来源:未知 编辑:admin

  是依靠激光聚集的热能?还是依靠射线的电磁辐射?如果是依靠电磁辐射,那电磁辐射的杀伤原理又是什么?是将人体内染色体电离?还是什么?

  粒子炮(包括带电粒子和中性粒子)的杀伤原理是什么?是依靠高速动能?还是将目标电离的电离能?还是击中目标后产生的热能?

  希望回答的人能看清我的问题,我问的是:杀伤原理,而且希望能给出微观物理过程 我不是问:武器分类和发射原理

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  随着激光、新材料、微电子、声光、电光等高技术的发展,衍生出一门利用各种束能产生的强大杀伤威力的“束能武器”,即人们通常所说的定向能武器。它是利用激光束、粒子束、微波束、等离子束、声波束的能量,产生高温、电离、辐射、声波等综合效应,采取束的形式,而不是面的形式向一定方向发射,用以摧毁或损伤目标的武器系统。

  定向能武器,依其被发射能量的载体不同,可以分为激光武器、粒子束武器、微波武器。无论能量载体性质有什么不同,作为武器系统其共同的特点是:首先,束能传播速度可接近光束,这种武器系统,一旦发射即可命中,无需等待时间;其次,能量集中而且高,如高能激光束的输出功率可达到几百至几千千瓦,击中目标后使其破坏、烧毁或熔化;另外,由于发射的是激光束或粒子束,它们被聚集得非常细,来得又很突然,所以对方难以发现射束来自何处,对方来不及进行机动、回避或对抗。

  战术激光武器主要由高能激光器,精密瞄准跟踪系统和光速控制发射系统等组成。

  (1)高能激光器是激光武器的核心,是产生杀伤破坏作用的关键部分。在选择和研制激光武器时,应考虑的主要因素有:①尽可能高的发射功率;②有高的能量转换效率;③激光波长应位于大气窗口(指大气对该波长的能量吸收极少);④光束发散小;⑤质量轻、体积小。迄今研制的高能激光器主要有固体激光器、CO2激光器、化学激光器。

  (2)瞄准跟踪系统。对于任何武器系统来说,目标探测、捕获和跟踪都是首要任务。激光武器对瞄准跟踪系统的要求则更高。由于激光武器是用激光束直接击中目标造成破坏的,所以激光束不仅应直接命中目标,而且还要在目标上停留一段时间,以便积累足够的能量,使目标破坏。为了使激光束精确命中目标和稳定地跟踪目标,瞄准精度要求达到2×10u7(°),跟踪精度要求高于1mrad。激光武器所要求的这种跟瞄精度是当前微波雷达无法达到的。必须发展红外跟踪、电视跟踪和激光雷达等光学精密跟踪。目前,激光雷达是国外重点发展的跟踪系统。

  (3)光束控制发射系统。光束控制发射系统,亦称发射望远镜。由激光器发出的光束经光束控制发射系统而射向目标。发射望远镜的主要部件是一块大型反射镜,它起着将光束聚集到目标上的作用。反射镜的直径越大,射出的光束发散角越小,即聚焦得越好。但反射镜的直径愈大,不仅加工工艺复杂,而且造价高昂。

  激光武器可分为反卫星、反天基激光武器及反战略导弹等的战略激光武器和用于毁伤光电传感器(包括人眼)、飞机及战术导弹等的战术激光武器。供陆军野战部队使用的主要是战术激光武器。战术激光武器的工作原理,以反导弹的防空激光武器系统为例,说明其工作原理,首先由远程预警雷达捕获目标,并将目标信息传送给指挥控制系统,指挥控制系统通过目标分配与坐标变换,引导精密瞄准跟踪系统捕获并锁定目标,精密瞄准跟踪系统再引导光束发射系统使发射望远镜对准目标。当目标处于适当位置时,指挥控制系统发出攻击命令,启动激光器,由激光器发出的光束,经控制发射系统射向目标,并对其进行破坏。

  目前,激光致盲武器已经在90年代战场上投入使用,如美国陆军研制的“缸鱼”式激光致盲器,在海湾战争中投入使用。大功率的战术激光武器目前仍处于实验研究阶段。如美国在海湾战争之后开展了一项称之为“沙漠闪光”的研究计划,对用激光武器对付“飞毛腿”导弹进行评估和研究。待选的激光器有3种:氟化氚/氟化氢激光器、化学氧碘激光器和自由电子激光器。至于机载武器的研究,美国战略防御计划局目前正在开展一项有关激光束水平射向“飞毛腿”导弹类目标时大气湍流对传输的影响的研究。另一项研究由劳伦兹·利弗莫尔负责进行,将从高空无人驾驶飞机上直接发射激光光束,以避免大气湍流对激光传输的影响。据悉,这两项研究有可能导致90年代末进行全面的机载激光器方案的论证。由于大气对激光会产生吸收、散射和湍流效应。大气中的分子和气溶胶(尘埃、烟雾、水滴等质点)使激光束的能量发生衰减,大气湍流会使激光束发生扩展、漂移、抖动和闭烁效应,使激光能量损耗,偏离目标,对于强激光,由于大气吸收了激光束的能量,导致光路加热,从而改变了大气的折射率分布。这种大气体的激光的“热晕”效应,会使激光束发生漂移、扩展、畸变或弯曲。大气传输的另一种效应是大气击穿,也就是使大气发生电离。当大气被击穿而产生等离子体时,会严重吸收或阻碍激光束的传输,影响其杀伤破坏威力。预计,战术激光武器用于对付地面装甲目标,用于防空击毁低空飞机、拦截或击毁战术导弹在近期内尚不可能,真正进入实战应用,估计要到21世纪30年代。

  粒子束武器是用高能强流加速器将粒子源产生的电子、质子和离子加速到接近光束,并用磁场把它聚集成密集的束流,直接或去掉电荷后射向目标,靠束流的动能或其它效应使目标失效。除了粒子加速器外,粒子束武器还包括能源、目标识别与跟踪、粒子束瞄准定位和指挥与控制等系统。其中粒子加速器是粒子束武器系统的核心,用于产生高能粒子束。

  为了对付加固目标,要把被加速粒子的能量提高到100MeV,甚至要提高到200MeV,并要求能源在600S内连续提供100MW的功率,最大流强10KA,脉冲宽高70ns。平均每秒产生5个脉冲。粒子束武器对目标的破坏能力比激光武器更强。其主要特点是:穿透力强、能量集中,脉冲发射率高,能快速改变发射方向。根据其使用特点,粒子束武器分为两大类:一类是在大气中使用的带电粒子束武器,它可以实施直接击穿目标的“硬”杀伤,也可以实施局部失效的装备发展“软”杀伤;另一类是在外层空间使用的中性粒子束武器,主要用于拦截助推段导弹,也可以拦截中段或再入段目标。目前对前一类粒子束武器的研究只局限于作为点防御的近程武器系统范围内,进入实战应用,预计要到21世纪二、三十年代。

  粒子束武器的主要缺点是:其一是带电粒子在大气层内传输能量损失较大;其二是由于束流扩散,使得在空气中使用的粒子束,只能打击近距离目标;其三是地磁场影响而使束流弯曲。因此,这种武器距离实战应用还需相当长时间。目前发达国家主要进行基础研究,并且立足于空间防御系统,可否作为战术武器应用,目前还难以预测。

  3.微波武器微波武器是一种采用强微波发射机、高增益天线以及其它配套设备,使发射出来的强大的微波束会聚在窄波束内,以强大的能量杀伤、破坏目标的定向能武器,其辐射的微波波束能量,要比雷达大几个数量级。

  微波武器可用于杀伤人员,就其杀伤机理而言,有“非热效应”与“热效应”两种”。“非热效应”是利用3~13毫瓦/厘米2的弱波能量照射人体,以引起人员烦躁、头痛、神经紊乱、记忆力衰退等。这种效应如果用到战场上时,可使各种武器系统的操作人员产生上述心理变态,导致武器系统的操作失灵。而“热效应”则是利用强微波幅射照射人体,能量密度为20瓦/厘米2,照射时间为1~2秒,通过瞬时产生的高温高热,造成人员的死亡。微波束另一个特点是,它可以穿过缝隙、玻璃或纤维进入坦克装甲车辆内部,烧伤车辆内的乘员。

  微波武器还可以使现代化武器系统中的电子设备及元器件失效或损坏。例如,用0?01~1微瓦/厘米2的弱微波能量,就可以干扰相应频段的雷达和通信设备的正常工作。10~100瓦/厘米2的强微波辐射形成的瞬变电磁场,可使金属目标表面产生的感应电流与电荷,通过天线、导线和各种开口或缝隙,进入坦克装甲车辆、导弹、飞机、卫星等武器内部,破坏各种敏感元件如传感器、电子元器件等,使武器系统失去其效能。微波武器的能量达到1000~10000瓦/厘米2的超强微波能量,可在很短时间内使目标因受高热而导致破坏,甚至能够引爆武器中的炸药等,使武器被毁坏。微波武器与激光束、粒子束武器相比作用距离更远,受天气影响更小,从而使对方相应对抗措施更加复杂化。

  目前战术微波武器,例如车载战术性的微波武器的研究进展较快,可望在下世纪初装备部队。此外,目前美国已研制能在微波波段产生千兆瓦脉冲功率的实验型微波发射管,并希望最终脉冲功率达到100千兆瓦。

  微波武器目前存在的问题:一是对有核防护设施的目标无效。许多国家的军用电子系统装有防原子破坏设备,并开始制定了有关军用电子设计标准。这些设备对微波武器也有同样的防范作用,其原因是金属板可保护电子设备不受微波热效应的影响;二是使用中对友邻部队可能构成威胁。为了发挥微波武器的作用,其功率必须很大,这样就可能对在一定范围内的友邻部队的电子系统构成巨大威胁。为防止这一点,就必须采用高度定向的天线或利用地面屏蔽物;三是微波武器可能遭受反辐射导弹(ARM)的攻击。ARM是一种寻的无线电和雷达信号的导弹。不言而喻,由于微波武器能发射出功率很大的电磁波,因此,ARM被看作是微波武器的天敌,但目前对这一问题,国际上有学者持不同看法。其理由是,一是认为微波武器功率很高,因此可能事先引爆来犯导弹;二是微波武器可能会影响ARM制导系统中的微电子线路,从而破坏ARM对其的跟踪而偏离航向。

  包括激光武器、粒子束武器、微波武器在内的定向能武器。目前分别处于预研、研制以及基本技术和原理方案的探讨阶段,估计将在下个世纪初叶陆续投入战场,并对未来战场的局势产生深远的影响。定向能武器未来的发展趋势是:

  (1)发展新型的精密瞄准跟踪系统。激光武器对目标的瞄准、跟踪精度非常高,否则不能够精确击中目标,目前研制的微波雷达是无法满足要求的。国际上目前正在开展红外跟踪、电视跟踪和激光雷达等装备发展光学跟踪技术的研究,重点放在激光雷达跟踪系统的研究。 (2)开展制造大型反射镜的新型材料和新型加工工艺的研究。激光武器反射镜越大,发出的光束的发散角越小,聚焦性能好。而反射镜的直径超过1m,不仅加工复杂,造价极高,而且体积、重量增大后,主镜的定向器的转动惯量加大,不能满足对目标的跟踪速度和对付多目标的能力。为此,美国等西方国家下一步开展制造反射镜材料及新型加工工艺的研究。如美国拟采用石墨纤维复合材料作基底的反射镜,镜面镀硅并抛光,其热膨胀系数接近于零。反射镜拟采用多块镜面拼装而成,放宽了加工要求。这一工艺的突破,将有可能使反射镜的造价降低,轻便性和热稳定性能都会有所改进。

  (3)积极开展强激光在大气中传输所出现的大气湍流和“热晕”的研究。目前对于激光在大气中传输,对于湍流和“热晕”的效应所造成的有害影响,正在探索和研究之中,对于大气击穿的“热晕”效应,有人提出先用低强度高重复频率的先行光束来驱除光路上的气溶胶粒子,然后发射强激光,还有人拟采用自适应光学来抵消湍流和“热晕”效应。这些方法都是正在和将要研究的课题。

  (1)加强基础研究。对于粒子束武器的基础研究,首先在研究产生粒子的加速器。目前,产生粒子束的主要方法是利用线性感应加速器(LIA)。但是,由于这种加速器太笨重,因此无法投入战场使用。目前正在加紧研制体积小的LIA,其方法是以一个线性LIA为中心,然后象卷饼一样向上盘绕,以便让粒子束可以在现有的小型LIA中环流。美国陆军弹道研究试验室称,目前尚需进一步证实小型环流LIA的原理。其工作原理是:通过同一加速器,连续再循环脉动的粒子束,以便把能量逐渐加到每次通过的粒子束上。这种小型加速器能否投入陆军战场使用,尺寸和重量是关键因素。

  (2)重视高能转换技术的研究。重视能量转换技术的研究,以便形成高速粒子脉冲。目前,美国空军研究机构称,传统的可控硅开关和火花放电开关的研究已经完成,下一步将开展磁性开关研究。这种开关是基于饱和的电磁感应原理,具有很高的重复率。

  3.微波武器未来的研究和发展趋势微波武器未来的基本理论和基本技术方面的研究与发展范围很宽。其未来的研究与发展的重点是:

  (1)重视中功率微波武器的研究。所谓中功率微波武器是其功率低于大功率微波武器,而高于现行干扰机。专家预测,对中功率微波,只要有合适的高脉冲重复率、频带宽度和脉冲形状,就会得到比现有干扰机高得多的损伤效应。电子干扰机只起到迷惑、欺骗无线电和雷达的操作手使其无法正常工作的作用,而中功率微波武器的作用是影响电子设备本身,从而使操作人员无法工作。在21世纪初叶,这种中功率微波武器将可能研制成功,以取代现使用的电子干扰机。

  (2)重视解决微波武器的使用对友邻系统的影响的研究。美国空军目前正在研究一种性能优良的防护微波武器的装置,以克服在未来战场上使用微波武器时,不致影响对友邻部队设备的使用。

  (3)海军用舰载微波武器有可能首先投入使用。由于各军种对微波武器都有特殊的要求。美国陆军提出的战术微波武器应能够安装到大型履带上,不仅其体积要小,而且要把定向性极高的天线装在直立的桅杆上,以利于最佳瞄准。空军则要求这种武器体积要小,功率低并采用专用天线。海军用舰载微波武器则具有功率高、天线大和作用距离远等特点。据分析,在三军中,由于海军对微波武器在重量、空间和功率方面提出的限制条件较少。因此,海军型微波武器有可能在未来10~20年内首先投入使用。

  展开全部束能武器“三兄弟”即激光武器、粒子束武器和微波武器。它们的共同点是将激光、粒子、微波等高能粒子集束而定向发射出去,所以它们又称定向能武器,是目前最主要的新概念武器。

  激光干扰武器用激光直接照射目标或者间接地将激光反射到目标上,造成假象,引起敌人慌乱或者将敌人诱骗到其他地方,偏离轨道;用激光照射敌人导弹、炸弹引信或敌方光电侦察、通信、指挥、控制装置等,使之过早引爆或使其功能失调,造成混乱。

  美国空军研制的“闪光”激光干扰装置就是一种典型的激光干扰武器。该装置采用小功率化学激光器作为红外干扰光源,安装在飞机上。当飞机受到敌人红外制导导弹攻击时,驾驶员立即采取措施,跟踪来袭导弹,并在适当距离开启红外激光干扰器,干扰敌导弹的寻的功能,使其偏离攻击方向、失去攻击目标。

  激光致盲武器用激光使敌人变成瞎子,包括使敌方人员眼睛受损和使敌方光学系统、光电传感器遭到破坏3个方面。

  激光对人眼造成伤害主要是波长400纳米~1.4微米的可见光和近红外光,其中尤以波长530纳米的蓝绿光对人眼伤害最大。对于正在使用光学仪器进行观察的人来说,由于仪器的倍增作用,所受到的伤害比裸眼更为严重。

  激光防空武器被认为是代表激光武器水平的典型武器,因为它要求激光器功率大,其光学系统、电子系统、控制系统精密准确,反应灵敏,加之投资巨大,令世人瞩目。特别是激光雷达和激光制导已经经受了实战检验,取得赫赫战功,成为军事大国军事实力的“倍增器”和威慑力量。

  激光武器的发展将推动战争的演变。以部署在卫星、宇宙飞船、空间站等航天器上的天基激光武器为代表的各类激光武器将在陆地、海洋、空中、太空大显神通,发出一道道夺目的光芒,使敌人飞机坠毁、导弹失控、舰船沉没、卫星报废、车辆爆炸、人员伤亡……曾经硝烟弥漫的战场将变成“光芒四射”的战场,现代战争将进入一个崭新的阶段。

  粒子加速器是根据物理学原理制造的专门用于加速电子、质子、离子等带电粒子的特殊装置。带电粒子进入加速器后就会在强大的电场力的作用下,加速到所需要的速度。正如人造卫星所需要的速度必须靠多级运载火箭经过多次加速才能获得一样,电场极性对粒子的加速也不是经过一两次巨大的冲击就能完成的,而是通过多次重复而又方向一致的作用使粒子的速度越来越大。科学家们利用它产生高速高能粒子轰击各种原子,将原子击碎,以得到新的微粒子,从而探索微观世界的奥秘。而军事科技工作者则利用粒子加速器制造出一种新概念武器—— —粒子束武粒子束武器具有快速、高能、灵活的特点。粒子束武器发射出的高能粒子以接近光速的速度前进,比一般炮弹要快几万倍,用以拦截各种空间飞行器,可在极短的时间内命中目标,而不需考虑射击提前量。粒子束武器将巨大的能量以狭窄的束流形式高度集中到一小块面积上,是一种杀伤点状目标的武器,其高能粒子和目标材料的分子发生猛烈碰撞,产生高温和热应力,使目标材料熔化、损坏。同时高能粒子击穿飞行器的蒙皮后,还能继续破坏其内部机件和电子设备,使飞行器完全失控。粒子束武器只要改变一下粒子加速器出口处导向电磁透镜中电流的方向或强度,就能在极短时间内改变射击方向,迅速转移火力,从容对付多批目标的饱和性攻击。

  微波武器在现代战争中具有多种用途,既是摧毁电子系统的“杀手”,又是攻击隐形武器的“利器”。微波武器能够攻击所有带电子部件的武器系统,使之失灵或毁坏。军用雷达、精确制导武器、各种武器平台、自动化指挥台站等,特别是其中的计算机系统,是微波武器的重点攻击对象。尤其值得一提的是,靠吸波材料和外表面的吸波涂层来吸收雷达波以实现隐形是目前隐形武器隐形的主要手段。对于普通探测雷达发射的低能量电磁波信号,隐形武器的吸波材料完全可以将其吸收掉。而对于微波武器发射的高能量电磁波,隐形武器的吸波材料无疑于“引火烧身”。

  此外,微波武器还是非致命性作战的“法宝”。不同强度的微波辐射会使人的肌体出现不同程度的急性或慢性损伤,使敌方人员失去抵抗和战斗能力。微波致伤和激光致盲、次声波致聋有异曲同工之妙。

  一类是微波波束武器,由能源系统、高功率微波系统和发射天线组成,主要是利用定向辐射的高功率微波波束杀伤破坏目标。微波波束武器全天候作战能力较强,有效作用距离较远,可同时杀伤几个目标。特别是微波波束武器完全有可能与雷达兼容形成一体化系统,先探测、跟踪目标,再提高功率杀伤目标,达到最佳作战效能。

  另一类是微波弹,一般是在炸弹或导弹战斗部上加装电磁脉冲发生器和辐射天线构成,主要是利用炸药爆炸压缩磁通量的方法产生高功率电磁脉冲,覆盖面状目标,在目标的电子线路中产生感应电压与电流,以击穿或烧毁其中的敏感元件。

  激光会激发人体中蛋白质,DNA内派电子,使得出在激发态的电子能形成定向移动的电流,同时也能是化学键不稳定而断裂,物质变性

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