一架无人机悄无声息地在美国新墨西哥州贫瘠的土地上空滑翔——突然，它失去了控制，急速坠落到地面。
波音公司的高能激光移动演示系统
“庞赛”号上的激光武器系统
被ALADIN击中的汽车
然后，一发迫击炮弹从发射器中射出，划过一条高耸的弧线后落向目标——结果却在半空中爆炸了。
一辆沙土色的大型卡车停在沙漠上，其顶部有一个立方体装置在转动，正是此装置发射出的隐形红外光束一个接一个地摧毁了无人机和炮弹。这种“高能激光移动演示系统” (简称HEL MD)是航空航天业巨头波音公司为美国陆军研发的原型激光武器。在车内，波音的电子物理学工程师斯蒂芬妮·布朗特（Stephanie Blount ）看着笔记本电脑的屏幕，盯着目标并用游戏机手柄调整激光的发射方向。她说：“这感觉就像是在打游戏。”
波音公司的高能激光移动演示系统
这样的情景在我们看来非常自然：激光武器是现代视频游戏的一个基本元素，而且，早在第一台激光器于1960年问世之前的数十年里，各种射线枪就已经遍布于科幻小说之中了。不过，现在这类武器已不再是个幻想。波音的原型激光武器仅是近年来美国和欧洲研发的多种同类武器中的一个，这类武器的出现，很大程度上得益于相对廉价、便携且坚固耐用的光纤激光器的问世。
这些激光武器的输出功率为数千瓦，比曾设想用于美国“战略防御计划”（又称星球大战计划）的兆瓦级激光器低好几个数量级。“星球大战计划”是美国在冷战期间制订并最终废弃了的计划，该计划打算利用激光武器摧毁携带核弹头的弹道导弹。
虽然现代激光武器的设计目标没那么高远，但它很快就要降临现实世界了。对波音系统等激光武器的测试表明，激光有足够的力量压制来自恐怖组织的威胁，而耗资仅为传统防御系统的一小部分。布朗特说：“要对付小型迫击炮或用下水管制成的火箭筒等造价低廉的武器，这是个性价比很高的解决方案。”
例如，2014年底美国海军展示的一种叫做LaWS的舰载激光武器系统能够攻击恐怖分子和海盗驾驶的那种小型船只。这种实验性武器现已安装在美军驻扎于波斯湾的两栖运输舰“庞赛”号（Ponce）上。
“庞赛”号上的激光武器系统
研发者提醒，要全面部署激光武器还面临很多挑战，包括提升武器的功率，攻克在大雾和多云条件下操纵激光的难题等。但是，防务和安全领域的专家已经开始重视激光武器了。新美国安全中心（CNAS）的先进技术专家保罗·沙勒（Paul Scharre）在今年4月份发布的激光武器报告中写道：“经过将近半个世纪的探索，今日的美军终于即将部署可用于实际军事行动的定向能武器。”
功率难题
长久以来，武器研发者一直对激光武器充满兴趣，尤其是在上世纪八九十年代，美国星球大战计划正在火热进行之时。根据CNAS的报告，美国在激光武器研究上的投入在1989年达到了顶峰，当时政府支出的金额相当于2014年的24亿美元。自从那时起，研究经费虽然不再有那么多，但一直没有中断。然而最初的目标，即用激光击落袭来的弹道导弹，却被证明是无法实现的。
任何激光武器的原理都是将能量集中到足够小的一点上，来加热并摧毁目标——而且要用适合战场的小型便携式设备实现这点。这说来容易，做起来难。例如，1996年美国空军启动了“机载激光武器”（Airborne Laser）项目，打算以此作为空军协助防御弹道导弹的一个手段。由于那时通过电力不可能获得武器所需要的兆瓦级功率的能量，研发者们选择了化学氧碘激光器（简称COIL），这种激光器的能量可通过化学反应获得。但是COIL体积太庞大，只有波音747飞机才能装得下，而且没给激光器的燃料留多少空间。洛克希德·马丁空间系统公司（Lockheed Martin Space Systems）为此计划提供了光束控制技术，该公司定向能系统的研究主管保罗·沙特克（Paul Shattuck）说：“COIL需要上万磅的远程混合装置和化学原料。”
另一个主要问题是大气，美国海军研究实验室的定向能物理学资深科学家菲利普·斯普兰格（Phillip Sprangle）说。光束不仅会被尘埃和天然湍流散射，而且在其路径上还会产生“热晕效应”。斯普兰格解释道，功率极高的光束传播时，“大气吸收激光，加热空气而导致激光发散”。光束发散就会导致激光能量分散。
对机载激光武器项目来说，有个好消息，至少还是有办法可以解决这个问题的：即自适应光学技术，就是类似方法让天文学家可以更清楚地观测恒星。此技术采用镜面自动扭曲激光光束，抵消湍流的影响，作用相当于矫正眼睛视觉偏差的眼镜。沙特克说：“当激光穿过大气时，光束会变得整齐起来，激光到达目标时将是非常集中的。”
到2010年，自适应光学技术已经发展到足以让机载激光武器摧毁飞行中的弹道导弹了。尽管如此，到那时为止，诸如尺寸等后勤方面的问题已经使得美国国防部基本失去了发展能量武器的热情，在2012年初彻底废弃了机载激光武器项目。与此同时，美国国防部在高能激光器上的总体支出也在下降，从2007年的9.61亿美元降至2014年的3.44亿美元。
备受瞩目的光纤
尽管如此，资金并未完全撤出。研究重点已经转移到光纤激光器，从而以更经济的方式取得成效。光纤激光器是1963年问世的，从20世纪90年代开始，这种技术的进步几乎要完全归功于马塞诸塞州牛津镇的IPG Photonics公司。其他的固态激光器都是采用刚性的晶体棒、晶体板或晶体片来产生激光，所以体积都相当大，而光纤激光器采用的是能够缠绕成紧凑线圈的纤细光纤（见“光纤的放大效应”）。光纤能够从激光二极管——跟DVD播放器里用的廉价激光头一样，就是更亮一些——收集光能，然后把光的能量放大，总体上从电能到光能的转化率超过30%。这样的效率至少是其他固态激光器的两倍，接近COIL等化学激光器的转化率。另外，由于光纤本身既长又纤细，其表面积与体积之比非常大，能够快速地把废热散发出去，这种能力可以让激光器拥有很长的使用寿命，同时也降低了维护需求。
20世纪90年代，光纤激光器开始用于改善海底光缆中的光信号，以更好地输送互联网数据。正是在这一时期，光纤激光器的这些优点引起了业界的关注。不过，自21世纪初期以来，IPG公司重点开发的是用于焊接、钻孔和切割的千瓦级工业激光器——这类设备也引起了军事研究者的关注。
大约在2010年，沙特克回忆到，他和洛克希德·马丁公司的同事们收到了一些以色列平民的来信，这些人正遭受加沙地带发射的火箭弹的威胁。他说：“一个村子的村长站出来说，‘求你们给我们一些保护自己的办法。’”这激励了洛克希德·马丁公司研发“区域防御反弹药激光武器系统”（简称ADAM），这个系统采用了IPG公司生产的标准10千瓦激光器以节约成本。自2012年以来，洛克希德·马丁公司已证明ADAM有能力摧毁1.5千米范围内的船只、无人机和小口径火箭弹等目标。尽管洛克希德·马丁公司还不愿意透露ADAM的价格，或者是否已经有人购买，但他们表示公司现已准备好为客户提供这种系统。
不同于有所保留的洛克希德·马丁公司，布朗特大方透露了波音HEL MD原型系统的很多信息。这种激光武器系统用的也是商用10千瓦光纤激光器，可从汽车引擎或独立的发动机获得能量，布朗特说：“只要不到两杯的燃料就能让激光维持足够长的时间来摧毁多个目标。”用于防御时，这要比传统的导弹经济很多。波音公司定向能系统负责人戴维·德杨（David DeYoung）说：“一发便宜的导弹也要10万美元，而且只能用一次。而激光武器系统打一次还用不了10美元”。
布朗特强调，激光武器的复兴与图像识别和瞄准系统的进步是密不可分的。“瞄准和追踪系统越完善，光束就能越有效地打击目标最薄弱的部位。”她说。
得益于计算机控制的瞄准系统，HEL MD能够以全自动模式运行。波音公司在2014年5月成功测试了这种模式，不过，试验揭示了另一个意想不到的挑战。激光武器的光束无声无息且不可见；还有，不是所有目标被摧毁后都会爆炸，因此一场自动化的战斗可能在操作人员未察觉的情况下就结束了。“战斗发生得非常快，除非你24小时盯着显示屏，否则根本注意不到，”布朗特说，“因此我们在系统里增加了声音，每次激光器开火时都会播放。我们计划用上很多《星际迷航》和《星球大战》中的声音片段。”
数量多，力量大
瞄准和定位技术可能已经整装待发，但能量仍然是个问题。一台商用激光器10千瓦的输出功率已经是激光武器的底线，再低就没什么用处了。而且，使用光纤会限制光束的能量和质量，原因之一是如果功率过高，大量光子涌入光纤会令其迅速加热，来不及把热量散发出去，因此而毁坏。为避免出现这个问题，研究人员正努力把数台激光器输出的光束组合起来。
实现这一目标的理想方式可能是“相干合成”，让每台激光器发出的光波以精确同步的形式一起传播。麻省理工学院林肯实验室的激光科学家范佐怡（Tso Yee Fan）说，相干合成技术在无线电和微波技术领域应用广泛。但在可见光和红外波段实现相干合成非常困难。每台激光器发出的光的波长必须几乎完全一样，振动平面必须精确对齐，而且每列波的波峰和波谷也必须重叠。“无线电或微波的波长为数厘米，”范佐怡说，“但光学技术处理的波长大约仅有1微米，因此要进行这类控制真的非常困难。”
但斯普兰格表示，这不是什么大问题。2006年，他和同事利用计算机模拟证明，用数个光纤激光器“非相干合成”得到的光束打击一个点，效果与相干合成几乎一样。他表示，“当你穿越大气湍流，远距离发射激光时，最终击中目标的光束功率几乎相同”。2009年，他的团队用实验证实了这个理论，他们用镜面把光纤激光器的4条光束汇聚到了3000多米外一个直径5厘米的圈圈之内。
在斯普兰格研究成果的基础上，美国海军研究所开发出了30千瓦的LaWS系统。该系统把6台商用光纤激光器以非相干的方式组合起来。2014年9月，LaWS被安装在“庞塞”号上，并已在小型船只和无人机等目标上进行了试验。
欧洲导弹集团（MBDA）德国分公司也研发出一种类似的方法。2012年10月，该公司用其40千瓦合成光纤激光系统成功摧毁了大约在2000米外飞行的模型炮弹。MBDA的试验还打破了科幻作品中用反射装甲防御激光武器的幻想。他们发现，镜面上的尘埃会燃烧起来，导致目标被摧毁，过程甚至比非反射性表面还快。
MBDA未来武器系统主管马库斯·马丁施泰特（Markus Martinstetter）坚持认为，在试图击落目标时，高精度瞄准可以最大程度减小无关人员意外受伤的几率，与传统炸药相比尤其是这样。“没有弹片四溅的危险，而且我们仅在准确瞄准目标时才会开启激光。”他说。
洛克希德·马丁公司也在致力于开发可以攻击更复杂、距离更远的目标的激光武器，他们的廉价ADAM系统对付不了这类目标。例如，今年3月，该公司报告其“先进测试高能量武器系统”（ATHENA）能够成功摧毁安装在测试平台上的小型卡车的引擎。ATHENA系统采用了类似机载激光武器系统的自适应光学系统，以及该公司“加速激光演示行动”（ALADIN）中的光纤激光系统。
被ALADIN击中的汽车
ALADIN将几个光纤激光器输出的光束组合起来，得到一束功率30千瓦的激光，每个光纤激光器波长都稍有不同。此“波长光束合成”方法是林肯实验室原创的，与把互联网数据传入光缆的方法类似。范佐怡注意到，这种方法比相干合成更简单，比非相干合成的光束质量更好，因此更擅长击中距离更远、体积更小的目标。
贾森·埃利斯（Jason Ellis）是CNAS的访问学者，也是这家智库激光武器报告的主要撰写者。他表示，这样的研究成果使他确信，光纤激光武器技术即将发展成熟，不断涌现的技术进步可以让激光武器的功率达到数百千瓦，并将攻击范围扩大到数百千米。
尽管有这么多进展，2014年2月，美国国家安全专家的一次投票显示，仅有五分之一的专家认为，定向能武器技术将在10年内发展成熟。
迈克尔·卡特（Michael Carter）是美国劳伦斯·利福摩尔国家实验室光子科学方向的一名项目负责人，他提醒说，今天的激光武器与科幻小说中的相去甚远。“它们还不是《星际迷航》里的光炮，”他说，“人们谈论光速的战斗，但是摧毁目标还是要花费时间的。最基本的，如果你看不见目标——雨太大或雾太浓，你的激光器就打不中它们。”他认为，当前阶段演示系统的最大价值可能在于，在更好的激光武器出现之前找出处理诸多挑战的方法。“不要把‘庞塞’号上装的激光器误当成是新的战略优势，”卡特提醒道，“这或许是沿这个方向迈出的第一步，但游戏本身不会改变”。
甚至军火公司自己也知道不要过分乐观。例如，MBDA公司预测，真正可用于实战的激光武器系统即使是数十千瓦量级的，也还要3~5年后才能问世。而且在某些情况下，例如大雾天气，传统武器总是会更为有效。“你只需要为未来的防卫者提供这两种武器，将选择权交到他们手上，”德杨建议道。
尽管光纤激光武器目前能力有限，但沙勒相信，在未来5~10年，它们将在美国国防力量中占据一席之地。“它们可能不会像《星球大战》中的那样规模宏大并具有战略意义，但它们能拯救生命，保卫美军基地、船只和人员的安全。”他说。
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