段澤家 何哲鋒 熊卓孜
随着科技的發展，越來越多的概念原理從學術理論中步入千變萬化的戰場。世界掀起了軍事領域創新實踐的研究熱潮，各國争先恐後的進行着一場激烈的軍備競賽，其中，百發百中的彈道飛彈、扭轉戰局的戰略核潛艇、精準測控的雷射陀螺等高科技産品層出不窮，囊括了從殺敵武器到防禦保障的各個方面。這整個研究潮流中就有等離子體的身影。
一、初識等離子體
了解等離子體在軍事中的應用必先了解其基本概念。等離子态，又稱超氣态，是獨立于固态，液态，氣态以外的第四大物質狀态。氣體在高溫和強電磁場下，會變為等離子體，在這種狀态下，氣體中的原子會擁有比正常更多或更少的電子，進而形成陰、陽離子，是以等離子體具有很高的電導率。等離子體聽起來很玄乎、感覺觸不可及，實際上它就在我們身邊。生活中常見的閃電，就是一種天然的等離子體，家用的電燈、聚變反應堆中也都存在人工制造的等離子體。
圖一 等離子體存在的參量空間
不同于小說中虛假的科幻武器，等離子體自古以來就存在于軍事事務中。從古代的火焰箭到現代的火焰噴射器等各種燃燒系統産生的火焰，它們的實質都是低溫等離子體，是以，等離子體并不是那種可望而不可及的科學概念。
二、大殺四方——基于殺傷目的場景下的應用
基于等離子體制造的武器的殺傷原理。等離子體一般具有相當高的能量，并傾向于将其轉移到周圍的物質上，進而導緻後者被點燃或爆炸以達到毀傷目的。最引人注目的例子之一便是核爆炸的閃光。原子核裂變或聚變産生的過程中釋放的巨大能量可使物質變成氣态并電離形成等離子體雲，等離子體雲會産生光輻射，其輻射功率足以對以爆點為中心的大範圍内的物體造成毀傷。
圖二 核爆同時産生的等離子體散發出具有殺傷力的光輝
當然，等離子體造成的殺傷不會都像核爆炸那樣猛烈。其殺傷強度與其溫度、濃度等條件有着密切的關系，要使等離子體達到像核爆那樣的毀傷程度，需要的條件及成本比較高，是以，一般情況下，等離子體還是多用于非緻命性武器的研發，起到幹擾、阻滞目标的效果。
過去，美軍就曾提出相關非緻命性等離子武器的研發方案。嘗試通過足夠頻率的雷射獲得等離子體，并用于對目标造成有限和可控的殺傷。基于此理念，自1990年以來，脈沖殺傷雷射（PIKL）、脈沖化學雷射（PCL）、脈沖能量彈（PEP）等衆多相關武器相繼問世，雖然它們利用的特定脈沖不會造成直接傷害與損壞，但脈沖使空氣電離産生的等離子體會通過輻射使目标遭受眩暈，迷失方向，癱瘓和皮膚冷灼傷的副作用。然而，這類非緻命性等離子武器仍然沒有超出實驗室或測試現場的測試，但當這項武器技術成熟時，它可能會對戰争産生難以預料的影響。
圖三：實驗性非緻命雷射複合物PEP
三、成熟又充滿可能——等離子體的非殺傷性應用
同時，等離子體研究作為一個奇妙的實體領域，其在軍事上的應用不完全局限于殺傷性武器的制造，基于現實中多樣的軍事場景，等離子體的其他特性也能在需要的地方發揮巨大作用。不得不提到的就是等離子體在空間技術中的應用，這也是等離子體技術最成熟、普遍的利用典例。
上世紀50年代，各國初步嘗試開發使用電離氣體的火箭發動機，經過幾十年的努力，等離子推進器慢慢變得普遍并沿用至今。等離子體推進器原理也非常簡單，即在一組磁鐵與電氣裝置的作用下，氣态工作流體被加熱而發生電離，獲得高速的等離子體，為飛行器提供推進力。了解等離子體推進器的原理後，不難發現等離子體推進是将電能轉化為動能，與傳統化學燃料推進相比，其噴氣速度提高數個量級，同時可大幅減少飛行器攜帶燃料品質，達到提高飛行器有效載荷、降低發射品質、節約成本的目的。波音公司就曾采用XIPS-25推力器代替傳統化學推進技術實作衛星軌道轉移及入軌後的位置保持，通過此次推進器的替換，單顆衛星品質減少近一半，發射費用也減少近6000萬美元。時至今日，等離子體發動機的研究仍在如火如荼地進行着，同時它也被廣泛應用于各種航天器和軍事裝置中。
圖四 利用等離子體技術開發的LIPS-200離子推力器與HET-70霍爾推力器
另外就是利用等離子體的屏蔽效應，助力飛行器隐形技術。等離子隐形技術，即通過在飛行器的某些部位放置一些等離子發生器。飛行過程中釋放等離子流，在飛行器周圍形成一種等離子電磁屏蔽層，把飛行器“屏蔽”起來，使雷達無法發現。
F-26STALMA戰鬥機等離子體隐身方案示意圖
與傳統外形設計加吸波塗料的隐形飛行器設計方法相比較，等離子隐形的突出優越性在于它幾乎不需要飛行器作任何結構和性能上的改變。也就是說，在現代飛行器的設計中可以不再将隐形作為首要考慮因素，對于戰鬥機而言，就可以将其隐形、速度和機動三方面的設計考慮簡化為速度和機動。此外，等離子體隐形還有吸收頻帶寬、吸收效果好、使用簡便、維護費用低等優點，而且該技術還能用來實作紅外隐形。目前已經公開報道的實作等離子隐形的方法有獨立式等離子體發生器法和大氣壓局域放電法。前者對電源要求高，能耗大，靈活性低且難以完成大面積覆寫，後者雖然具有易于控制和實作的優點，但開發難度大，相關試驗報道少之又少。同時由于等離子體發生裝置自身具有較大的重量和體積，且功耗較大，以及發生裝置本身無法進行雷達隐身和等離子體對材料具有一定腐蝕性等，這些難題導緻等離子體隐身技術仍然處于試驗階段，距離完全實用化還有很大距離。
四、并非通途——不得不面對的挑戰
在軍事領域中，等離子體固然有一些潛在的優勢，但也存在很多缺點和挑戰。首先，産生和維持等離子體需要消耗大量能量，這可能在軍事應用中大大限制其可行性，尤其在特殊戰場環境下，能源供應可能會成為一個重要問題。其次，等離子體本身具有較低的穩定性，容易手外部環境影響而變化或消失，因而在實際應用中，保持等離子體的穩定性和持久性也将是一大挑戰。還有，等離子體技術使用過程中會産生電磁輻射以及氣體釋放等現象，這些在非殺傷目的場景下，均會對人體以及環境造成惡劣影響。此外，開發和應用等離子體技術難度大，耗時長，需要投入大量資金和資源，這會對軍隊造成嚴重經濟負擔。
總的來說，等離子體在軍事領域掀起了一波研究熱潮，并催生了一系列相關成果的産生。其具有很大的潛在優勢和很好的開發前景，然而，理論到現實的難度之大、資金耗費之多、研究時間跨度之大等也成為了必須要面對的難題。盡管基于等離子體的武器裝備研究還停留在實驗室和試驗場，但是，時間會見證其在軍事領域大放異彩的那天。