翻译部分Atomic Rockets网站的内容不过是机翻,但

确切的最佳材料和直径将取决于情况,但一个代表性的计算将表明,所涉及的群众是合理的。(基于对 MOLA II 主镜的微气象器伤害估计。以一个氦镜,.5毫米粒子以30公里/小时的速度撞击,并且需要损坏10%的镜面,总质量将为5.1e-3kg/m2。以10米1GW激光的激光星为目标,清除粒子的总时间为钢制1.67秒,纳米管8.15秒,花岗岩1.32秒。这些是理论值,基于激光将功率均匀地分散到等于其镜面直径的圆上,并假设粒子必须完全烧掉。在现实中,蒸发的粒子材料会推力到粒子的其余部分,这可能会推动它足以使其无害。较大的粒子会增加所需时间,可能直接与单位面积的质量成比例。
如果我们假设上述值代表各种沙弹头,那么我们可以查看总质量要求。如果弹丸在撞击前 60 秒突然爆炸,并且目标可以在 1 m/s2时闪避(如第 8 节中的示例所示),则要覆盖的总面积为 10.18e6 m2。这相当于弹头质量为51,911公斤。显然,这不是非常实际。但是,有一些假设可能会改变方案。第一种是目标的躲避加速。1 m/s2可能是也可能不是合理的躲避加速度。在0.1米/时2,圆的面积为101.8e3 m2,砂量下降到519公斤。另一种是,对镜子的损坏仅限于物理陨石坑本身。虽然作者不熟悉超高速粒子对镜子的影响,但直觉表明,对镜子光学特性的损害可能会远远超出物理陨石坑。另一方面,直觉常常是太空战争的不良指南。粒子很容易清除,这一事实可以通过从稍微不同的角度发送多个弹丸来处理,这样燃烧掉一组粒子不会影响其他粒子。根据激光的精确特性,燃烧一组粒子的几秒钟可以节省几个与发射弹相同质量的动力学。
实现类似效果的另一个方法是使用Jello。尽管这听起来很奇怪,但当前的BMD系统会使用它来区分诱饵和损坏光学元件。果冻被释放到太空,水闪出,留下大量的精细,非常坚硬,锋利的颗粒。与上述使用沙子相比,这种方法的功效尚不清楚。粒子的物质特性在更高的速度下变得不那么重要,而失去的水可能是一个重大的质量惩罚。
已提出其他形式的较重粒子动力学用于对付航天器的轻装甲部分,最明显的是散热器。这些将更像滚珠轴承或降压,并打算刺穿散热器管,使冷却液泄漏到空间。这种攻击的疗效目前尚不清楚,这一概念需要进一步研究,但有可能相当有效。然而,在某些时候,弹丸将变得足够大,足以单独瞄准,这反过来又意味着它燃烧的速度比粒子的燃烧速度要快得多。作者选择在此使用中将粒子定义为足够小的子弹,以便不单独检测和瞄准粒子,但必须通过向整个区域发射来处理。
躲避激光是可能的,但很难。最大的问题是,在任何合理的范围内,躲避都需要高加速度,在PMF中,这涉及到化学燃料或核热。这会非常快速地通过大量的增量-V燃烧,并限制可以花费的躲避时间。在创建能够躲避的船舶时,也有严重的性能处罚,因为它必须能够在所有方向上实现高加速度。
作为问题所涉及的震级示例,以 0.5 光秒的直径 10 米直径圆柱形激光星为例。激光瞄准它瞬间发射在容器的明显中心,并精确瞄准。为了避免被射击,激光星必须在10米/s2加速。为了做到这一点,该船将需要4个引擎,每个能够1G,一个在船舶的每一侧。或者,可以使用更少的发动机,船舶旋转,使它们承受。然而,这将缓慢地躲避,并使其更具可预测性。
上述情况忽略了一些并发症。其中包括:
光束直径:
光束的直径为非零直径,因此在上述情况下,在10米/时加速的船仍然会受到大约一半的光束的击中。这将增加避免命中所需的增量-V。
完美躲避:
人们一直认为,在敌人开火的瞬间,这艘船就开始躲避(相对于光滞后),并且能够一直坚持一个路线。这两种假设都与现实没有任何相似之处,使回避工作极其复杂。躲避将要求(如果敌人瞄准船的中心),船舶的任何部分没有在同一线的中心是1秒之前,并没有在直线上加速。
光束不准确:这
可以帮助或阻碍躲避。如果不准确圆的直径为 10 米,并且每个区域的命中概率是恒定的,则如前所述的躲避将降低命中概率约为 0.333 而不是 1。但是,如果圆的直径为 20 米,则在 10 m/s2 处躲避将毫无用处,因为命中概率将保持不变。
在稍微理论层面,此方案建议了几个与躲避相关的规则。首先,所需的增量-V 将逆距离缩放,而加速度将随着距离的平方而缩放。其次,如果目标能够加速更快,它可以削减所需的增量-V。理论最小值是圆半径/时间。如果使用恒定加速度,则所需的增量-V 是理论最小值的两倍。
对于常规的相控镜,有一种替代方法,其形式是相控阵。相控阵由许多同步传输元素组成。光束由不同元件之间的干扰模式形成,可以通过改变元件之间的传输延迟瞬间引导。也可以将光束分割成多个功率不同的部分。这是点防御使用的一大优势。另一方面,相控阵对于给定的光圈面积/整体直径比传统镜线效果要小。但是,如果传输元件数量足够多,则相控阵完全有可能能够与传统镜像的性能非常相似,而且成本也更低。这表明激光星可能有一个大镜子和一个用于点防御的相控阵。相控阵还具有后勤优势。特别是当车队中的所有激光器都是相控阵时,变送器可以是模块化的,可以批量生产,更不用说现场可更换了。与传统激光相比,变送器的抗损性也更强。至少,每个变送器都可以单独关闭,而且所需快门的体积小,因此可以更轻松地设计高快门速度。
也可以使用相控阵的瞬时响应来校正激光星固有的某些振动,超越传统反射镜的可能范围。首先,每个元素可能单独隔离,使系统更小、更轻,而且可能更有效。其次,由于电子指向功能,相控阵可用于补偿振动,比自适应光学器件更精确。事实上,相控数组指向精度角度通常小于阵列的点大小。相控阵本身也比传统反射器更耐抖动。相控数组将具有与单个元素抖动等于元素数的平方根的正方形抖动,其明显抖动等于单一镜像抖动的平方根。
有人建议,可以采用"翻滚鸽子"的方法,而不是一场眼球炸比赛。激光星会在整个方法中随机改变姿态,偶尔会暴露镜子进行捕捉拍摄。除了在极其幸运的打击的情况下, 两艘船都烧不焦对方的镜子。这种方法的问题在于,它大大地使船只的设计复杂化。传统的激光星有一个面板,旨在接收敌人的火力,而鸽子将收到来自四面四面的火力。除其他外,这使得在战斗中使用散热器是不可能的。
随着激光武器的不断发展,公众可以获得更多关于激光武器的信息。然而,由于大多数发展的发展,我们收到的信息是过时,大概5年。此外,大部分与空间战的相关性有限。例如,美国海军的激光武器系统,最近上海的庞塞号,是由六个固态焊接激光固定在一起,总功率为33千瓦。它有一个直径约1米的镜子,旨在杀死飞机和小船在短距离。一个1公里,衍射限制光束直径只有1.22毫米,光束将钻穿钢的速度约60厘米/s。然而,在10公里处,即使是衍射有限光束也只能以1.5厘米/s的速度钻穿钢。大多数基于表面的激光器的性能类似,因为地平线迫使它们近距离战斗。然而,航天器通常没有隐藏在后面的地平线,使用更大的反射镜和更大的功率来在远程进行损伤。这在表面和空间的激光啮合特性上产生了根本的区别。从表面上看,激光战斗几乎立刻结束,一方或另一方获得第一枪。在深空,长长的视线允许双方开火,只要他们可以开始造成伤害,减缓了战斗。如果飞船接近点空白射程,他们的激光将变得难以置信的致命,但双方都会意识到这一点,并可能避免导致这种情况的战术几何形状。
还有人建议,激光星之间的战斗将解决通过伤害控制。传感器和镜子是可更换的,谁能以最快的速度更换。这一理论的问题在于镜子的大小和费用,以及精确的安装要求。激光与镜子的最佳比可以推导,以显示为什么这个概念是不切实际的。

在长范围内(最小可能的点大小超过最大可能的弹坑大小),钻数将成正比:
激光*激光能量+(1/3)/点=2
或到
激光功率*激光能量+(1/3)*镜面=(3/2)
(和到 1/范围=3。

短距离变成远距离的点取决于您的激光和镜,因此,在比较两个激光设置时,将有一个中间距离区域,其中一个激光使用短距离公式,一个激光使用远程公式,进一步复杂化的问题,哪个设置是最好的。过渡点是

意思是
穿穿你的盔甲需要一段时间等于:

(其中装甲厚度以每单位表面积的质量单位为单位进行测量,钻头速率为上述值)。
所有这一切假设你的目标是尽可能深入地穿透,而不在乎你的伤口通道有多厚。如果薄光束不能充分损坏您拍摄的机器,那么短程激光器的效果会降低。镜像烧焦和传感器油炸将完全使用不同的公式。
使用这些,我们可以计算,如果你纯粹针对质量进行优化,那么在短距离下,激光和镜面同样大,而在远程,每 8 个零件激光有 9 个反射镜是最佳的!如果你正在优化价格而不是质量,那么你将使用比率,但他们将意味着你花大约相同的钱在激光和镜子上,无论多少质量给你 - 但你应该计算价格的组件,包括额外的发动机和推进剂(和散热器等)的价值,你需要添加携带这个额外的质量(这需要你已经知道你想要什么发动机的比例)。如果您还优化以最大限度地减少漏洞,那么乍一看,你可能会认为这鼓励人们更关注激光,因为它远不易比镜子脆弱,但那是错误的。由于镜子是脆弱的,更重要的是将它们建造得更大,这样敌人就更难把整个镜子射出去。 (米洛做了前面关于激光钻取速率和镜面比例的计算,并发布到火箭宇宙论坛。作者稍微清理了公式,但以其他方式将它们作为书面发布。基础是卢克坎贝尔的激光损伤计算器。
同样的数学运算使得在宇宙飞船上安装一面镜子和从另一艘飞船中继光束的想法变得可疑。镜子将过于昂贵,协调问题令人生畏,特别是因为光束不仅必须击中中继航天器,而且必须以允许将其重定向到目标的方式进行。
光子枪


(注:这是关于激光力学如何在超现实游戏死地球的孩子中实现的讨论)
相比之下,激光比我们研究过的任何武器设计都复杂得多,其部件和考虑因素也更多。
例如,在模块设计中,通过简单的调整和试验和错误,可以优化轨道炮等。另一方面,在设计激光时很难做到这一点。输入和输出之间的关系不仅非线性,而且绝对不是单调的,因此简单地使用试验和错误来查找理想情况并不总是可能的。
虽然我们在《起源故事》中看到了铁路枪的不同设计选择和选择,但情况要糟糕得多。首先,您将从惊人的类型数组中选择激光类型。然后,您将需要一个泵送源,其中包括几乎无限数量的泵送和拉光几何,每个具有不同的优势。您可能想要添加非线性晶体来利用频率切换,以便将光子频率翻倍、三倍或四倍。
然后,您需要担心每个子系统之间的光学元件,确保光子不会严重损坏每个镜头、镜像或非线性晶体的每个点。此外,您需要任意将光束对焦在不同的距离,无论是使用变焦镜头还是使用可变形镜(尽管实际上,变焦镜头在极长的范围内往往不切实际,这意味着您通常无法使用可变形镜)。
此外,如果你想脉冲你的激光,你需要使用模式锁定,Q开关,或增益开关做到这一点。最后,虽然机械应力基本上与激光无关(激光的反冲是微不足道的),但热应力是巨大的。有效冷却激光是构建工作激光器最重要的部分之一。
激光结构不是为微弱的心脏,但激光的输出实际上是相当简单的相比,大规模杀伤性武器。虽然大规模杀伤性武器以一定速度产生不同尺寸和材料的弹丸,可能温度过高,而且可能携带复杂的有效载荷,但激光只射出一包光子。即使激光是连续的,发射光束也可以被认为是一系列离散数据包。
激光消融效果的简化图。
由于激光束以光速移动,因此实际上不可能躲避激光,除非你总是躲避。这是因为光速是信息在宇宙中传播的速度。因此,你永远无法确定激光将在哪里,直到它真正击中你。如果不是为衍射,这在战争中是不可能压倒的。
一包光子聚焦在一定大小的单个点上,并携带单个波长/频率的离散能量量。从技术上讲,由于量子力学,特别是不确定性原理,将有许多不同的波长,不确定的大小,和不确定的能量量。这些量子效应被掩盖了,因为将整个数据包近似为离散捆绑包既简单又仍然非常接近现实。
在战争方面,唯一对激光输出产生显著影响量子效应的是衍射。
红色激光穿过孔径的衍射模式。
衍射使激光束从出口孔孔中扩散得越远,分散激光的能量。这是一个问题,因为光束携带的能量不是造成伤害的原因。单位面积的能量,或荧光,是造成损害的原因。对于连续光束,它将是单位面积的功率,或辐照度。
一个假设完美的激光将遭受衍射,被称为衍射有限公司。但这并不是实际上限制大多数实际高功率激光在战争中。
大多数高功率激光器甚至永远不会接近衍射限制。
事实是,光束腰,或光束将实现的最低直径,是一个更有效的测量,如何损害激光。完美的激光将具有仅受衍射限制的光束腰围,但这样的激光并不存在。激光的功率越来越大,激光偏离衍射的束差范围就越来越大。
光束腰围是 w0 的两倍
测量这一点的一个好方法是激光的光束质量,或者M平方。M2是光束质量因子,可视为梁腰的乘数。因此,M2的 5 表示光束腰围是衍射有限光束的 5 倍。就面积而言,这意味着光束是衍射有限光束面积的25(5 2),或弱的25倍。如您所看到的,即使具有高个位数,也会产生与"完美"衍射有限光束相远的光束。
实际上,最终限制激光的不是抽水效率,也不是电源,也不是衍射。它是光束质量因素。最终,M2最终成为激光伤害在战斗中的头号极限。
在小型激光器中,M2接近 1 很容易无问题地实现,但在高功率激光器中,M2即使不占,也很容易达到百万。这是因为通常,M2使用激光功率线性缩放。
激光的每个光学元件都会影响M2。特别是,使用可变形的镜面对激光聚焦在任意的远距离(如从 1 km 到 100 km)时测量时,将 M2减至 1.5 到 3 之间。有问题, 但不完全衰弱。
但主要问题是热透镜(请注意,这与热绽放不同,热绽放只发生在存在大气层的激光之外)。激光增益介质的加热会产生一个热透镜,使光束散焦,最终拉大光束腰围,防止光束正确聚焦。另请注意,热透镜实际上发生在激光的每个光学元件中,尽管在激光介质中是最强的。
热透镜使用输入功率大致线性地增加 M 2。这意味着,如果您有 1 kW 激光器,M 2为 1.5(这是合理的),这意味着将 1 MW 倾倒到同一激光器中将产生大约 1500 的 M2(另一种方式不起作用,因为 M2不能小于 1)。
可以尝试预测热条件,并添加实际镜头反转热镜头。不幸的是,热透镜也不是一个完美的镜头,这个镜头的不完美仍然是光束质量下降的主要原因。
光纤激光器经常被吹捧为热透镜解决方案。他们被认为是对热透镜免疫,除非在极端情况下。不幸的是,通过光纤激光器倾倒数百兆瓦构成了一个极端的情况,光纤激光器遭受的热透镜几乎与标准固态激光器一样严重。
自由电子激光器(SL)是一种没有增益介质来承受热透镜的设计,然而它们仍然遭受热透镜是所有其他光学元件。
对抗热透镜的最大创新是负热透镜。大多数增益介质具有正热光系数,这就是产生热透镜的介质。某些光学材料具有负热光系数,其产生的热透镜与增益介质产生的热透镜成反比。理想情况下,这种负热透镜将完全扭转正热透镜,但在实践中,M2仍然受到影响。
最后,对抗热透镜的主要方式是冷却。冷却激光的主要方式是使其变大。
如果激光的比例保持相同,激光可以放大或缩小,对激光的效率或输出功率变化最小。事实上,你可以泵100兆瓦或功率到一个小手掌大小的激光,以及你可以到建筑物大小的激光,他们将产生大致相等的光束在效率和M2。唯一的区别是,当你试图发射它时,手掌大小的激光会融化成熔渣。
激光尺寸主要是您需要分配激光泵送热量的问题。如果你想对抗热透镜,你会想要一个非常大的激光。这意味着激光尺寸本质上是冷却,并延伸,具有低M2。
由于尺寸与质量密切相关,质量对航天器设计至关重要,因此在太空中使用激光的限制因素是,给定一定功率水平,M2的功率有多差。虽然巨大的电源所需的散热器质量是另一个主要考虑因素。
对于围绕高功率激光器制造的工艺品,大部分尺寸和质量最终是散热器。
对抗热透镜的最后一种方法就是使用许多小激光器的光束组合。并排组合光束可线性增加横梁腰围,从而击败点,但填充孔径技术可以在不增加梁腰的情况下组合光束。但是,这种技术对最终光束产生更高的低效率。组合光束的理想方式是简单地使用多个独立的激光器,这些激光器都聚焦在单个点上。
在死地球的儿童中,可以使用单大型激光器或多个小型、单独聚焦的激光器,两者各有优缺点。
当然,在死地球的孩子中设计激光器通常比设计任何其他系统要困难得多,因此有很多工厂制造的选项供玩家使用。但对于那些真正想要探索激光构造深度的人,这个选择总是存在!
来自赞 · 曼科夫斯基的《照片兰斯》(2016)
最新的设计中,星际飞船的盔甲被编织成密集的网状物,并汇入大型散热器罐的热果。这就给武器化激光制造了一些问题,因为它使得制造一个会蒸发的热点变得可笑——相反,你只需给整个星际飞船增加热量。这是不是无用的任何手段,如果你能管理大量的重复命中或保持一个光束的目标,因为如果你能泵足够的热量到星际飞船,无论是它,船员,或两者,将进入热关闭;但这就是激光在 "宇宙星际飞船战斗" 中用的。如果你想爆炸的东西分开, 你去动力学, 因为你不能坦克(原文)大块的男爵。
当然,这种防御有其局限性:短距离的激光网格可以击中其目标,有足够的力量来克服装甲,事实上,将其目标整齐地切成一堆小立方体。但是,这是为短距离的定义,意思是"内刀战范围",任何飞行指挥官谁让射程关闭这么多,没有他的整个推进巴士首先拍摄将被立即收银为无能。
这就是为什么激光不是这些部件周围的主要或唯一的武器系统
效率
马丁-玛丽埃塔天顶星,激光反导弹站的设计。请注意沿两侧排放红热气体的开循环冷却口。
马丁 - 玛丽埃塔天顶星。氟化氢激光(2.7e-6 m,近红外2700纳米),约2兆瓦。2 米半径镜。最大有效范围约300公里.直径4.6米,长24.8米,重39,000公斤。在300公里点尺寸是0.25m半径,亮度是10.4兆瓦/厘米2或1.04千瓦/厘米2。斯科特·洛瑟的艺术作品。有关详细信息,请参阅美国航天器项目#01
凯利·弗雷斯为"无限之冠"而作品(1968年)
请注意,激光炮是出了名的低效。这意味着,如果您的光束功率为 5,000兆瓦(5 千兆瓦),并且您的大炮的效率为 20%,则大炮的功率为 25,000 兆瓦,其中 5,000 兆瓦为激光束,20,000 兆瓦为废热!Ken Burnside将武器激光器描述为高炉,其产生相干光作为副产品。里克·罗宾逊把它们描述为一台天文台望远镜,在目镜上配有喷气发动机。激光炮将需要巨大的热辐射器。别忘了,热辐射器真的不能被装甲。
凌乱的替代方案是使用开循环冷却,其中排放的气来处理废热。这不仅危及排气路径中的任何东西,还限制激光拍摄次数的气体携带量。
但特洛伊温彻斯特坎贝尔提请我注意最近的新闻项目。2004 年,一家名为 Alfalight, Inc. 的公司展示了一种 970 nm 二极管激光器,总功率转换效率为 65%。他们在DARPA超高效二极管源计划工作。目标是在半导体二极管激光棒堆的光生成中实现 80% 的电对光效率,并且每个二极管棒的功率级别为 500W/cm2,连续运行。
激光效率的最新发展
这是进展如此之快,很难跟上所有最新技术的领域之一。
二十年前,每个人都知道激光武器会使用化学激光器,比如氟化铀(DF)或化学氧碘激光器(COIL)激光器。光束质量糟糕透顶,但这是获得所需功率水平的唯一方法。我的一位教授形容化学激光器比任何聚焦光束都更像手电筒。
十年前,每个人都知道化学激光器是一个巨大的蒸汽堆。二极管泵板固态激光器是未来的出路。你不必随身携带大量的有毒腐蚀性化学物质,你可以只使用廉价的电力来有效地生成你的光束。板状固态激光器导致链接文章中描述的所有问题,但实验室原型的开发工作功率为 ±10 kW,光束仅比衍射限制差约 2 到 5 倍(根据此处的内存情况,这些数字可能会比我回忆的要大)。
大约5年前,一些人将一堆光纤激光器捆绑在一起,制成一种高功率激光武器演示器,比任何板状固态激光器更便宜、更坚固、更小。他们使用不连贯的光束组合 - 只是闪耀所有的激光在同一地点,所以光束质量是总的十字军。但它的工作。你可以炸毁船只和火箭,无人机和迫击炮弹在飞行在可敬的距离,并做各种其他漂亮的东西。这一切的实现是工业光纤激光器用于材料加工的进步,允许从单个纤维输出多千瓦。每种光纤基本上都是有限的衍射,由于光束产生于一条很长的光缆内部,因此有一个巨大的表面积可供冷却。
下一个技巧是找出如何将高质量 ±kW 光束合二为一,其功率为 ±100 kW 或 ±MW。洛克希德·马丁公司在上些年开始使用光谱束组合在一起,最初使用激光,最初功率约为20千瓦,现在功率超过60千瓦。预计在开始冲击机构限制之前,光谱束组合可以达到+100至150千瓦的功率。
但是,人们已经在寻求超越这一点的方法。通过控制单个光束的相位,正在开发相干光束组合技术,允许接近衍射限制组合光束。一种提供最高质量的光束的方法使用衍射光栅对传入光束进行相位控制,只对其中一个衍射叶进行建设性干扰,并在所有其他叶上进行破坏性干扰。使用此功能,您可以将无限数量的激光链链式地切入单个高品质光束中。我见过的另一种方法涉及控制一组并排退出的光束的相位,使激光相控阵。光束质量会差一点,但您的好处是允许对光束波前进行即时控制,这样您就可以立即倾斜光束,而无需将光束指针四处转换(除了执行各种漂亮的东西,如自适应光学和主动对焦,只需使用相对光束相位,而不是繁琐的光学元件)。通过某种开发,您甚至可以通过让光束前部功率水平几乎均匀的元件光束来解决填充因子问题,使激光相控阵具有近乎完美的衍射有限性能。
第一个相干组合光束无疑将使用光纤激光器,但目前的研究已经超越这一点。二极管激光器的相干组合可以解决困扰高功率二极管激光器几十年的问题。在使用二极管激光器泵送光纤激光器时,这可避免产生重大损失源,从 30% 的效率到 50% 或 60% 的壁塞到光转换效率(有些实验室二极管激光器甚至实现了 70% 的效率)。此外,二极管激光器允许一定程度的频率敏捷性,因此您可以移动光束的波长(在限制内)。如果十年后,这是激光武器的明显未来,我一点也不感到惊讶。或者,也许这将是其他完全不可预见的事情。
We = (1.0 - Ce)
其中:
We = 浪费功率百分比
Ce = 激光炮的效率
WP =C P - BP
其中:
WP = 浪费功率(兆瓦)
CP = 激光炮总功率(兆瓦)
BP = 激光孔径(兆瓦)的光束功率
摆脱激光的废热是一个问题,如果你不敢延长你的热散热器,因为你害怕他们会被枪杀。一个严格限制的解决方案是将**储存在散热器中,就像一块巨大的冰块。"有限",因为冰只能吸收这么多,直到它融化,并开始沸腾。如果您的散热器被缩回,散热器已满,则发射激光将比目标对您造成更多的伤害。
Eric Rozier 对散热器质量进行了这种分析:

人们犯的一个常见错误是假设激光是无限的火力武器。随着适当的散热器的扩展,这是事实,但与他们吸引,以避免被击落,我们被限制的沉降材料的热容量,你很清楚。
一个有趣的问题是:"没有散热器,我可以为某种冷却剂和某种激光拍摄多少张照片?
给定孔径下Bp兆瓦的单个激光,以及 eff 的效率、直流的占空比和 Tf 的发射时间,我们得到的废热 Wh(以 MW 秒为单位)为:
Wh = Tf = (Bp/eff _ dc) * (1 - eff)
Wh是激光单次爆炸产生的废热。为了弄清楚我们可以发射激光多少次,我们需要根据冷却液执行一些计算,感兴趣的数据是:
专用于激光 (Mc) 的冷却液质量(千克)
冷却液(Ma)的原子质量(以g/mol表示)
J/(摩尔*K)中冷却液(Hc)的热容量
K 中冷却液 (Km) 的熔点
冷却液沸点(Kb)(K) 以 K 为单位
鉴于此,我们可以找到可以发射 (S) 的枪数,如下所示:
S = ((Mc / Ma) =Hc = (公里 - Kb) / 10 / Wh
如果您没有冷却液的原子质量或冷却液的热容量,则可以使用冷却液的特定热容量。如果冷却液是化合物而不是周期表中的元素,这非常有用。
J/(kg K)中冷却液(Hck)的特定热容量
以 MW 秒为单位的冷却液能量容量(如果您愿意,或兆焦耳)
Ec = (Mc _ Hck * (公里 - Kb)) / 10
S = Ec / Wh
这里有一个在线计算器。
这假定冷却液在发射激光之前刚刚熔化,在发射所有可用镜头后沸腾。实际上,您希望将 Kb 设置为低于实际沸点的某种级别,将 Km 设置为熔点以上的一些级别。
例如,效率为 0.2、0.5 占空比和 0.1 秒的 100MW 激光器每次点火都会产生 20 MW 秒的废热。1000kg 锂(熔化和沸腾之间约 1140K)可以包含足够的热量,使激光燃烧约 204 次。
我认为,这有助于显示激光的一些热量限制,并限制它们(特别是作为点防御武器)。如果你想经常解雇它们,你最终不得不把大量的锂来润滑。
我认为这是最有趣的,当考虑点防守。激光作为CIWS是相当可怕的,如果你能无限频繁发射他们,他们可能会阻止导弹击中你。因此,为了限制你使用激光进行点防御,我只是拉入激光射程,威胁你的散热器,并强迫你撤回它们。因此,您再也负担不起使用激光CIWS的费用,而必须改用基于弹丸/导弹的东西,这很容易降低效果。
激光武器质量
钟文切尔:
卢克·坎贝尔,我突然想到了一个问题,而你是目前我唯一认识的激光科学家。如果这个问题相当于研究生论文,就忘了吧。
有时,科幻小说作者会试图计算他们的航天器的质量与体积。尤其是战舰那么,反舰激光武器的平均质量和体积是多少呢?是否使用光束输出功率进行缩放?
卢克·坎贝尔:
在这一点上,没有好的方法来估计反舰激光的质量和体积。要做到这一点,需要了解两件事:击败目标船所需的光束功率或光束能量,以及激光的特定功率或特定能量(功率除以质量或能量除以质量)。
(注:能量为焦耳,功率为焦耳/秒或瓦特)
原则上,可以确定给定参与情景的光束功率或能量要求——交战时间和距离;目标大小和盔甲。当然,这将取决于在环境的其他位置所做的技术选择,因此无法引用任何单一值。以现代远洋战舰为代表,以及目前正在建造和发射的热射线激光器,数十千瓦来禁用传感器、通信和软表面目标似乎是合理的,而数十兆瓦可以燃烧通过船体杀死推进器、发电机或船上爆炸。更长的射程,更短的交战时间,或更大规模或更重型的装甲船都倾斜你需要更多的光束功率。
现代战争激光的具体力量正在迅速上升,没有理由在可预见的将来不该继续下降。最近的一些进展使特定功率降低至0.25千瓦/千克以上
http://spectrum.ieee.org/tech-talk/aerospace/military/tactical-laser-weapon-module-can-laserify-almost-anything
(更好的,因为列出的性能还包括电池为激光供电几秒钟)。脉冲激光器的特定能量也在增加,尽管现在没有一个是武器化的合理候选者。
您可以期望激光质量以光束功率进行热射线缩放,为爆破器提供脉冲能量,同时额外帮助其他设备扩展,并可进行传输功率,用于电源处理和控制以及热抑制。焦距阵列的最小区域将由光束功率和光束能量设置,但在实践中,您可能会发现,为了获得合理的范围,您想要一个大于此最小面积的光圈。光束指针望远镜的质量如何与孔径区域缩放, 我将留给机械工程师。
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