段泽家 何哲锋 熊卓孜
随着科技的发展，越来越多的概念原理从学术理论中步入千变万化的战场。世界掀起了军事领域创新实践的研究热潮，各国争先恐后的进行着一场激烈的军备竞赛，其中，百发百中的弹道导弹、扭转战局的战略核潜艇、精准测控的激光陀螺等高科技产品层出不穷，囊括了从杀敌武器到防御保障的各个方面。这整个研究潮流中就有等离子体的身影。
一、初识等离子体
了解等离子体在军事中的应用必先了解其基本概念。等离子态，又称超气态，是独立于固态，液态，气态以外的第四大物质状态。气体在高温和强电磁场下，会变为等离子体，在这种状态下，气体中的原子会拥有比正常更多或更少的电子，从而形成阴、阳离子，因此等离子体具有很高的电导率。等离子体听起来很玄乎、感觉触不可及，实际上它就在我们身边。生活中常见的闪电，就是一种天然的等离子体，家用的电灯、聚变反应堆中也都存在人工制造的等离子体。
图一 等离子体存在的参量空间
不同于小说中虚假的科幻武器，等离子体自古以来就存在于军事事务中。从古代的火焰箭到现代的火焰喷射器等各种燃烧系统产生的火焰，它们的实质都是低温等离子体，因此，等离子体并不是那种可望而不可及的科学概念。
二、大杀四方——基于杀伤目的场景下的应用
基于等离子体制造的武器的杀伤原理。等离子体一般具有相当高的能量，并倾向于将其转移到周围的物质上，从而导致后者被点燃或爆炸以达到毁伤目的。最引人注目的例子之一便是核爆炸的闪光。原子核裂变或聚变产生的过程中释放的巨大能量可使物质变成气态并电离形成等离子体云，等离子体云会产生光辐射，其辐射功率足以对以爆点为中心的大范围内的物体造成毁伤。
图二 核爆同时产生的等离子体散发出具有杀伤力的光辉
当然，等离子体造成的杀伤不会都像核爆炸那样猛烈。其杀伤强度与其温度、浓度等条件有着密切的关系，要使等离子体达到像核爆那样的毁伤程度，需要的条件及成本比较高，因此，一般情况下，等离子体还是多用于非致命性武器的研发，起到干扰、阻滞目标的效果。
过去，美军就曾提出相关非致命性等离子武器的研发方案。尝试通过足够频率的激光获得等离子体，并用于对目标造成有限和可控的杀伤。基于此理念，自1990年以来，脉冲杀伤激光（PIKL）、脉冲化学激光（PCL）、脉冲能量弹（PEP）等众多相关武器相继问世，虽然它们利用的特定脉冲不会造成直接伤害与损坏，但脉冲使空气电离产生的等离子体会通过辐射使目标遭受眩晕，迷失方向，瘫痪和皮肤冷灼伤的副作用。然而，这类非致命性等离子武器仍然没有超出实验室或测试现场的测试，但当这项武器技术成熟时，它可能会对战争产生难以预料的影响。
图三：实验性非致命激光复合物PEP
三、成熟又充满可能——等离子体的非杀伤性应用
同时，等离子体研究作为一个奇妙的物理领域，其在军事上的应用不完全局限于杀伤性武器的制造，基于现实中多样的军事场景，等离子体的其他特性也能在需要的地方发挥巨大作用。不得不提到的就是等离子体在空间技术中的应用，这也是等离子体技术最成熟、普遍的利用典例。
上世纪50年代，各国初步尝试开发使用电离气体的火箭发动机，经过几十年的努力，等离子推进器慢慢变得普遍并沿用至今。等离子体推进器原理也非常简单，即在一组磁铁与电气设备的作用下，气态工作流体被加热而发生电离，获得高速的等离子体，为飞行器提供推进力。了解等离子体推进器的原理后，不难发现等离子体推进是将电能转化为动能，与传统化学燃料推进相比，其喷气速度提高数个量级，同时可大幅减少飞行器携带燃料质量，达到提高飞行器有效载荷、降低发射质量、节约成本的目的。波音公司就曾采用XIPS-25推力器代替传统化学推进技术实现卫星轨道转移及入轨后的位置保持，通过此次推进器的替换，单颗卫星质量减少近一半，发射费用也减少近6000万美元。时至今日，等离子体发动机的研究仍在如火如荼地进行着，同时它也被广泛应用于各种航天器和军事设备中。
图四 利用等离子体技术开发的LIPS-200离子推力器与HET-70霍尔推力器
另外就是利用等离子体的屏蔽效应，助力飞行器隐形技术。等离子隐形技术，即通过在飞行器的某些部位放置一些等离子发生器。飞行过程中释放等离子流，在飞行器周围形成一种等离子电磁屏蔽层，把飞行器“屏蔽”起来，使雷达无法发现。
F-26STALMA战斗机等离子体隐身方案示意图
与传统外形设计加吸波涂料的隐形飞行器设计方法相比较，等离子隐形的突出优越性在于它几乎不需要飞行器作任何结构和性能上的改变。也就是说，在现代飞行器的设计中可以不再将隐形作为首要考虑因素，对于战斗机而言，就可以将其隐形、速度和机动三方面的设计考虑简化为速度和机动。此外，等离子体隐形还有吸收频带宽、吸收效果好、使用简便、维护费用低等优点，而且该技术还能用来实现红外隐形。目前已经公开报道的实现等离子隐形的方法有独立式等离子体发生器法和大气压局域放电法。前者对电源要求高，能耗大，灵活性低且难以完成大面积覆盖，后者虽然具有易于控制和实现的优点，但开发难度大，相关试验报道少之又少。同时由于等离子体发生装置自身具有较大的重量和体积，且功耗较大，以及发生装置本身无法进行雷达隐身和等离子体对材料具有一定腐蚀性等，这些难题导致等离子体隐身技术仍然处于试验阶段，距离完全实用化还有很大距离。
四、并非通途——不得不面对的挑战
在军事领域中，等离子体固然有一些潜在的优势，但也存在很多缺点和挑战。首先，产生和维持等离子体需要消耗大量能量，这可能在军事应用中大大限制其可行性，尤其在特殊战场环境下，能源供应可能会成为一个重要问题。其次，等离子体本身具有较低的稳定性，容易手外部环境影响而变化或消失，因而在实际应用中，保持等离子体的稳定性和持久性也将是一大挑战。还有，等离子体技术使用过程中会产生电磁辐射以及气体释放等现象，这些在非杀伤目的场景下，均会对人体以及环境造成恶劣影响。此外，开发和应用等离子体技术难度大，耗时长，需要投入大量资金和资源，这会对军队造成严重经济负担。
总的来说，等离子体在军事领域掀起了一波研究热潮，并催生了一系列相关成果的产生。其具有很大的潜在优势和很好的开发前景，然而，理论到现实的难度之大、资金耗费之多、研究时间跨度之大等也成为了必须要面对的难题。尽管基于等离子体的武器装备研究还停留在实验室和试验场，但是，时间会见证其在军事领域大放异彩的那天。