我國已有多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)領(lǐng)先美國！激光炮衛(wèi)星已具備研制條件

據(jù)報(bào)道，2018年美國曾進(jìn)行了一次“星鏈”攔截洲際導(dǎo)彈的模擬測試，測試結(jié)果顯示有350枚來襲洲際導(dǎo)彈，“星鏈”全部攔截成功。

近幾十年來人類的航天活動(dòng)產(chǎn)生了天量天空垃圾。此外，美國的星鏈衛(wèi)星已經(jīng)部署了幾千顆，這是美國構(gòu)建不對(duì)稱戰(zhàn)略威懾的手段。為了保護(hù)我國太空資產(chǎn)，也為避免戰(zhàn)略被動(dòng)，我國有必要盡快做好應(yīng)對(duì)準(zhǔn)備。目前摧毀衛(wèi)星的手段主要有導(dǎo)彈攔截、激光炮攔截、太空拖曳衛(wèi)星捕獲等手段。其中，最高效、成本最低的手段還是激光炮。戰(zhàn)時(shí)可以快速秒殺敵方衛(wèi)星。因此，我國非常有必要在太空部署太空激光炮衛(wèi)星，平時(shí)可以用于清除太空垃圾，保護(hù)空間站、衛(wèi)星免遭太空垃圾撞毀，戰(zhàn)時(shí)還能高效低成本秒殺敵方衛(wèi)星。

那么太空激光炮衛(wèi)星該設(shè)計(jì)成什么樣呢？

第一輸出功率要達(dá)到150kW，第二持續(xù)射擊能力要做到200次。

在太空中，由于沒有空氣，激光功率衰減很慢，150kW的輸出功率就足以在幾百公里范圍內(nèi)摧毀物體。按照每次攻擊持續(xù)照射10秒計(jì)算，每次攻擊可輸出1.5MW能量，即0.41667度電的能量。目前最適合作為太空激光炮能量輸出裝置的激光器是光纖激光器。根據(jù)國內(nèi)廠家公布的數(shù)據(jù)，高功率光纖激光器光電轉(zhuǎn)換效率不小于35%，遠(yuǎn)高于化學(xué)激光器。按照每次放電效率90%計(jì)算，每次射擊需要消耗1.3度電，如果再把儲(chǔ)能系統(tǒng)的充放電損耗考慮在內(nèi)，每次射擊消耗的電能不會(huì)超過1.5度電。那么200次射擊消耗的電能就不超過300度電。

按照輸出功率150kW，200次持續(xù)射擊能力計(jì)算，一枚太空激光炮衛(wèi)星重量不會(huì)超過5629kg。

太空激光衛(wèi)星由激光發(fā)射裝置、儲(chǔ)能裝置、光伏發(fā)電系統(tǒng)、霍爾推進(jìn)器等4大部分零部件，再加上體積、重量、能耗幾乎可以忽略不計(jì)的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)組成。通過估算4大部分零部件重量就能估算出激光衛(wèi)星重量。

一是150kW光纖激光炮發(fā)射裝置重量不超過750kG。

2017年11月16日，《中國光學(xué)期刊網(wǎng)》發(fā)布了一篇名為《美“高能液體激光區(qū)域防御系統(tǒng)”將在直升機(jī)上開展試驗(yàn)》的新聞。文中提到，美軍計(jì)劃研制一款輸出功率約為150kW的激光武器，重量僅為750kg。從美軍曝光的消息來看，該激光武器基本可以確定采用光纖激光器作為能量輸出裝置。

據(jù)了解，我國在光纖激光器技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)領(lǐng)先美國！據(jù)“中關(guān)村豐臺(tái)園”官方頭條號(hào)報(bào)道，3月20日， 在2024慕尼黑上海光博會(huì)上，凱普林正式發(fā)布全球首臺(tái)150kW工業(yè)級(jí)光纖激光器，刷新全球工業(yè)切割領(lǐng)域高功率紀(jì)錄，并支持200kW超高功率激光產(chǎn)生與傳輸?shù)某吖β瘦敵鲱^。

為滿足激光炮瞬時(shí)超大功率輸出，一般采用超級(jí)電容給激光炮供電，而我國在超級(jí)電容技術(shù)領(lǐng)域同樣領(lǐng)先世界。據(jù)報(bào)道，2022年奧威科技研制的超級(jí)電容器單體能量密度就已經(jīng)達(dá)到120Wh/kg，處于世界領(lǐng)先水平。

憑借領(lǐng)先美國的光纖激光器技術(shù)和超級(jí)電容技術(shù)，我國完全有能力造出比美國還要好的光纖激光炮！也就是說，我國有望造出輸出功率150kW，但重量小于750kg的激光炮。

二是150度電容量的衛(wèi)星儲(chǔ)能電池重量不超過750kg。

飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)功率可達(dá)10MW以上，作為飛機(jī)攜帶的激光炮，飛機(jī)自帶的發(fā)電機(jī)就能滿足為超級(jí)電容快速充電的要求。但如果要把這套系統(tǒng)搬到衛(wèi)星上去，那就需要再增加一套儲(chǔ)能系統(tǒng)。因?yàn)樵谔罩校l(wèi)星補(bǔ)充燃料的難度很大，一般采用光伏發(fā)電補(bǔ)充能量。為了控制衛(wèi)星尺寸，光伏發(fā)電功率很難超過100kW。當(dāng)衛(wèi)星進(jìn)入地球陰影區(qū)（黑夜區(qū)），衛(wèi)星就無法發(fā)電，此外，衛(wèi)星的光伏發(fā)電板也無法時(shí)刻正對(duì)太陽，發(fā)電功率也不穩(wěn)定，這就要求衛(wèi)星要集成儲(chǔ)能系統(tǒng)以確保隨時(shí)都能為超級(jí)電容充電。

令人振奮的是，我國在儲(chǔ)能電池領(lǐng)域同樣是世界領(lǐng)先！今年3月8日，中國科學(xué)院院士陳軍在接受記者采訪時(shí)表示，他所帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)成功研發(fā)出400Wh/kg的新型固態(tài)電池樣品，預(yù)計(jì)2年之內(nèi)研發(fā)出600Wh/kg的固態(tài)電池。

按照400Wh/kg的能量密度計(jì)算，750kg的固態(tài)電池就能為太空激光炮衛(wèi)星提高300度電。

三是激光炮衛(wèi)星所需的光伏發(fā)電系統(tǒng)重量不超過3629kg。

據(jù)了解，國際空間站的光伏發(fā)電系統(tǒng)總重超過19200磅（約8709kg），可提供84～120kW的發(fā)電功率。也就是說國際空間站光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生1kW電能需要付出72.583～103.69kg重量。這是因?yàn)閲H空間站采用的光伏板技術(shù)老舊，發(fā)電效率僅14%左右，而我國最先進(jìn)的光伏發(fā)電板已經(jīng)提升到40%！由于光伏發(fā)電效率更高，我國的天宮空間站僅用1200平方面積的新型光伏板，發(fā)電功率就超過國際空間站最初2400平方的發(fā)電功率。

據(jù)報(bào)道，我國企業(yè)生產(chǎn)的聚光三結(jié)砷化鎵電池，全光譜能吸收95%的太陽光能量，可以實(shí)現(xiàn)40%的轉(zhuǎn)換效率，并且還可以在390℃的條件下仍正常工作。

按照這個(gè)效率測算，產(chǎn)生1千瓦的電能僅需付出25.4～36.29kg重量。那么產(chǎn)生100千瓦電能也僅需付出2540～3629kg重量。

四是用于變軌的霍爾推進(jìn)器系統(tǒng)重量按照500kg計(jì)算。

美國星鏈衛(wèi)星重量僅277kg，卻搭載了霍爾推進(jìn)器用于變軌。我國的霍爾推進(jìn)器同樣是世界先進(jìn)水平，即便最保守估算，整套變軌動(dòng)力系統(tǒng)重量也很難超過500kg。

綜上所述，一枚太空激光炮衛(wèi)星的重量也不會(huì)超過5629kg。現(xiàn)階段用長征五號(hào)運(yùn)載火箭發(fā)射，一次可發(fā)射4枚太空激光炮衛(wèi)星用于應(yīng)急或臨時(shí)建設(shè)。今后一旦國產(chǎn)可重復(fù)使用火箭成熟，就可以低成本發(fā)射大量激光炮衛(wèi)星，為我國筑牢太空防御網(wǎng)，避免我國遭受“太空垃圾”威脅。