中国科学家研究激光以提高超音速导弹和飞机的速度

中国科学家研究激光以提高超音速导弹和飞机的速度
2021年07月27日 13:29 边际实验室

据参与该项目的科学家称,中国正在为高超音速军用飞机和导弹开发一种独特的激光装置,以便使其飞得更快更远。

当以超高音速——五倍音速或更高的速度飞行时,飞机和武器通常会遇到来自空气的大量阻力,这可能会影响飞行安全并增加所需的燃料量。

流线型的形状可以帮助减少这种阻力,但进一步的改进需要采取更积极的方法。

现在,航天工程大学的一个激光专家小组想出了一个强大的激光枪,安装在高超音速飞机或导弹的头部,瞄准的不是敌人,而是正前方的稀薄空气分子。根据研究人员的计算,该装置可以减少70%或更多的空气阻力。

王殿恺及其同事在本月发表在中国《激光与红外》杂志上的一篇论文中说,这项新技术“可以改变高超音速飞行器前方的冲击波结构,然后改变速度和压力分布,以实现阻力的减少”。

“冲击波阻力严重降低了飞行的安全性和经济性。”他们补充说。

研究人员说,尽管一些技术问题仍然需要解决,但中国在设计武器时将利用这项技术。航天工程大学是解放军战略支援部队的一部分,在2015年成立了。

王殿恺及其团队说,与其他飞机相比,带有喷气式激光的飞机的性能可以随着速度的提高而成倍增加。

喷气式激光器的想法已经存在了几十年,但似乎大多停留在纸面上,主要是因为科学家们对它的工作原理有不同的解释。

王殿恺及其团队说,由于现有的理论未能捕捉到复杂现实中的所有基本要素,全世界都没有关于该技术成功应用的报道。

王殿恺说,中国激光技术的发展在很大程度上仍然是保密的,但科学家使用的理论模型比其他地方更复杂。

该团队认为他们的激光能量装置将创造一个水滴形状的等离子体云,该云将立即断成两截。

这些较小的云将以相反的方向旋转,并在高超音速武器或飞机前面产生一个向前移动的风。

激光器显然必须很小,以适应飞机或导弹,但直到现在,激光器的尺寸一直是一个问题。

在上海,中国正在建造世界上最强大的激光装置,它可以在一瞬间产生比世界上所有电网加起来还要多10000倍的能量。不过,该装置及其配套设备需要大量的空间。

然而,已经发现了一种新的方法来减少激光器的尺寸和重量。在7月21日英国《自然》杂志上发表的一篇论文中,上海的这一团队揭示了世界上最小的“自由电子”激光。

在过去,这种装置超过1公里长。上海的版本据说要小100倍,但科学家们希望很快能进一步缩小其尺寸,达到一张日常桌子的大小。

与使用晶体的传统激光器不同,这个激光器采用自由飞行的电子来产生极其强大的激光脉冲。

目前还不清楚这种激光器是否会被用于高超音速或其他武器平台,但这项技术已经吸引了全世界的军事关注,因为它的功率和频率可以被微调以满足战斗中不断变化的需求。

在飞行武器上添加激光硬件可能会影响其空气动力学性能并使其更重。然而,许多科学家认为减少阻力的好处将超过这种影响。

中国和俄罗斯在高超音速飞行技术方面与美国展开了激烈的竞赛,一些武器系统已经部署。

虽然高超音速飞行技术的现有应用大多限于军事领域,但中国计划在2035年之前建立一支民用高超音速飞机机队,在一小时内将10名乘客运送到地球上的任何地方。

现已退役的英法超音速协和式飞机的最高速度约为音速的两倍,将乘客从伦敦送到纽约的时间不到普通客机的一半。

最早激光辅助飞行的建议之一来自美国。1983年,由美国国家航空航天局资助的一项研究,由一个军事承包商进行,根据公开的信息,建议使用一个地面激光站,在高速飞机前面燃烧大气层,使飞行更容易。该项目据信没有成功。

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