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激光与闪电结合:储能、控雨以及天然武器

作者:中国储能网新闻中心 来源:OFweek激光网 发布时间:2014-04-18 浏览:

中国储能网讯:目前保护建筑免受闪电破坏的最好方法就是:插一根棒棒在建筑物屋顶上,并用导线接到地面。避雷针是大多数高楼会使用的壁垒方法,但目前亚利桑那大学的学者发现,高能激光可以引导闪电。激光可以将闪电引导到地上,或许,也可以引导到储电设备上。

一次普通的闪电大概带有50亿焦耳的能量,这些能量大概等于145升汽油所包含的能量,也等于250公斤TNT炸药包含的能量:这是非常多的能源,并且只在很短的瞬间产生。也就是说上图的帝国大厦,在一瞬间内承载了几乎一吨TNT爆炸的能量。在美国,即使有避雷针,雷击每年同样会造成大约10亿美金的损失,所以很明显避雷针不能解决所有问题。

 

亚利桑那大学的学者发现高能的激光可以重新导向电流。闪电一般会沿着最小阻力的地方前进:这也是为什么带有金属结构的高楼会容易引起雷击。同样的,高能激光也不喜欢空气中的阻碍,但是激光特性决定了他们必须“硬闯”空气,当激光穿过空气时会留下一串高导电性的、极化的等离子体:闪电最喜欢等离子体了!

 

学者发现可用激光引导闪电从而储存电能

 

a图中,并没有打开激光,放电器放出的电火花智能传播l1这个长度;b图中打开了激光,放电器的电火花传播距离增加了l2。

 

但这个发现也存在问题:高能激光传输越远,散射越严重。也就是说,到了激光的末端等离子体的浓度可能不够引导闪电,等离子轨道不够长,闪电就可能开始乱跑,反而会造成危险。为了解决这个问题,学者发明了一个新方法延长高能激光的距离。简单来说,他们将高能的激光包覆在低能量的“保护激光”当中。亚利桑那大学的学者Maik Scheller说:“想象一下两架飞机飞在一起,就好像拿战斗机保护输油机一样,这样散射的程度就会降低。”

 

这个技术没有成熟,目前智能保证很短距离的等离子轨道。但是已经有人开始动歪脑筋了:如果用高能激光锁定敌人,并将高能电流导向敌人,那是不是一种远程电击棒呢?确实,可控方向的放电的应用前景很多,包括武器,但笔者还是希望能够现将闪电的电能保存起来,我相信能够节省很多能源。

 

用激光控制雷电击向其它方向

 

闪电裹挟巨大的电力,超过太阳表面的温度,几乎没有任何警告就击向地面,所到之处寸草不生,不论是树、人还是其它任何东西。闪电击到树还好,击打到建筑或者人就是大事。亚利桑那州大学的科学家正在用激光尝试控制雷电击向其它方向。

 

以前曾经有试验用激光射向空中改变天气,在实验室中曾经成功用激光在一定程度上控制闪电。但是这种方法一直以来就有一个很大的问题有待解决:目前激光的功率不足以射到闪电形成的高度。问题在于高密度激光失能速度非常快。实际上,在实验室成功的案例中,激光最多只能走个几英尺。

 

研究人员用一种最新科技解决了这个问题。研究人员没有发射单束激光,而是将一束激光与另一束激光捆绑发射向天空,速度非常非常快,只有1万亿分之1秒。第二道激光叫做“激光衣”,不如第一道密集:这道激光的作用是为第一道激光提供能量,在传输过程中强化第一道激光。结果就产生了不会因为长距离传输而衰减的超强激光束。在实验室中,包裹激光外衣的激光束前进了7英尺(2.1米),比没有包裹激光外衣的激光束的传输距离大大增加。

 

上图中所示为单束高密度激光在扩散完之前的有限射程。下图显示的是包裹激光衣的高密集激光,传输距离明显增加。

 

这种激光衣技术可以用来控制闪电——将激光束射向天空,空气分子被激光等离子化,为闪电制造出一条通往地面的通路。闪电会被引到遥远的无人无建筑区域。

 

美打造“激光闪电”武器

 

据悉,“激光闪电”武器是美国新泽西州的匹克汀尼兵工厂武器研发工程中心的项目,项目负责人费舍尔称:“在试验中,我们一直密切观察闪电摧毁目标的情况,以便获得相关数据,为今后投入实战做准备。”他透露,这种武器的技术本质是向目标发射由激光精确制导的“人工闪电”,“多年来,我们一直试图弄出‘可控闪电武器’,起初‘人工闪电’存在一个重大缺陷——人工闪电产生后只会在空中乱飞,无法准确击中目标。后来我们测试发现:发射一束中等能量的超短脉冲激光后,就能瞬间开辟出一条电阻超小,专供闪电‘行走’的通道。”

 

费舍尔进一步解释道:“在发射超短脉冲激光后,它所开辟的‘闪电走廊’存在的时间很短,但这足够以光速行进的闪电通行了。掌握这一原理后,我们就开始制造并测试真正具备实战价值的激光闪电武器。这一武器运作的原理如下:先向目标发射一束超短脉冲激光,这束激光起到两个作用:精确锁定目标;为人工闪电开辟行进路线;然后这款武器再发射人工闪电,它会沿着先前激光束开辟的路径直接命中目标。未来这一武器可被灵活安装在车辆或战机上,而由大量金属材料制成,导电性较强的敌方武器,如坦克等将会成为该武器的主要目标。”

 

另据项目负责人沙迪斯透露:“测试用激光闪电武器已经制造出来,并曾进行攻击测试,结果很理想。我们目前正和一些武器科研风险投资商进行谈判,希望其尽早进入量产阶段。”分析人士指出,虽然激光闪电武器短时间内不太可能大规模生产,但是一旦这种武器被运用到战争中,将意味着战争模式发生巨大革命。

 

不仅杀人 还能抢雨

 

别看“激光闪电”武器似乎太过科幻,但“以光杀人”早有先例。在古罗马时代,罗马舰队进攻城邦国家叙拉古,科学家阿基米德组织众多妇女,手持镜片,通过聚集太阳光,就将罗马战船烧毁。这可能是用光作为武器的原型。而随着激光在军事上的不断运用,它正从“目标指示”等辅助作用逐渐向“攻击性武器”发展。

 

美国曾成功进行一系列激光打靶试验,证明激光武器是可实现的。与现有的火炮不同,激光炮可将能量聚焦于很细的激光束,精确击中目标的脆弱部位。按照作战使用,激光武器有战略激光武器和战术激光武器之分。战略激光武器可用于反卫星和反战略导弹。战术激光武器包括“硬杀伤”和“软杀伤”两种。前者是利用强激光束破坏目标;后者主要用于烧伤人眼或破坏武器的电子设备和光电传感器。

 

按照搭载平台划分,激光武器有陆基、海基、空基和天基武器。与陆基激光武器不同,舰载或机载激光炮易受飞机或舰艇容积限制,储存超强度电流的能力也有限,激光炮发射频次较低,但美国海军坚信将在未来10年内为其水面舰艇甚至潜艇装备激光武器,用以对抗反舰导弹、小型舰艇群、作战飞机和无人机等目标。

 

更让人震惊的是,充满“技术控”心理的美国军方竟然憧憬着“制造激光灾害”来暗算潜在对手。据美国《大众机械》杂志报道,美国和瑞士科学家正联手开发一种激光造雨装置,它能让潜在对手发生旷日持久的大旱,从而给该国造成巨大损失和社会动荡。报道称,美国和瑞士物理学家曾在日内瓦附近的罗纳河进行试验,他们使用可移动的巨大激光装置对着罗纳河上空发射红外激光达133个小时之久,随后他们发现尽管试验当天的湿度低至70%,但河流上空小水滴的生成速度明显加快。日内瓦大学教授热罗姆·卡斯帕里安说:“我们的激光束在空中制造出硝酸粒子,使水气凝聚形成雨滴。”不过,这次初步试验并未形成大规模降雨,可研究人员对该技术的前景仍保持乐观态度,“总有一天,这门技术会成熟起来。”

 

有专家警告称,这种激光造雨装置可能成为美国人手里的“灾难武器”——“通过大规模使用该装置,‘耗尽’原本漂往敌对国家的水汽,可能使那些急需降雨的国家发生旷日持久的大旱,造成粮食危机和人道主义灾难,从而逼那些国家就范”。

 

 

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关键字:激光闪电 激光技术 激光武器

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