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能将太阳光被聚焦成激光吗?变成无坚不摧的武器!用来发电可好?

 星辰大海种花家 2020-01-18

将太阳光聚焦成“激光”作为武器使用的,除了《007-择日再死》外能找到如此宏伟的场面的已经不多了,这颗名叫伊卡洛斯的聚焦太阳光的卫星,是事实上的本片主角,因为从头至尾,它的特写镜头可给的不少!那么问题是真的可以将太阳光聚焦成激光吗?

聚焦阳光作为武器-这不是梦!

太阳每秒向太空辐射的功率超过10^26W,近地轨道上每平方米获得的辐射功率大约是1.4千瓦,这个功率是相当大的,完全可以聚焦作为武器来使用,比如使用10000平方米(100×100米即可)的镀铝反射面,将其聚焦到10×10的面积内,即使只有70%的反射效率,那么每平方米也能获得140千瓦的功率,大约是赤道地区光照的100倍,似乎听起来不高,但足以解决很多问题,因为太阳光是免费的,一分钟不够,那么两分钟可好?

1999年2月4日俄罗斯进步M—40货运飞船携带了一块超大面积的反射薄膜进入太空,进行了代号为“旗帜2·5的阳光反射试验。按计划这块反射薄膜会在“离心力”的作用下展开,形成一个直径25米的反射面,在宇航员的操控下,将炽热的阳光反射向黑暗的地面,飞船所经之处比如俄罗斯、法国和加拿大等会出现一个人造月亮,当然时间可能会比较短暂,但所经之处足以让大家读书看报!

但很可惜计划处了差错,反射镜面打开失败,缠绕在了天线上,宇航员和地面人员经过数次努力后最终决定终止实验!除了这个反射阳光的实验外,同工异曲的太阳帆实验:2005年美俄曾合作开发了一艘太阳帆飞船“宇宙一号”,但升空后即与地面失去联系,还有日本太阳帆实验“伊卡洛斯”号,很凑巧,也叫“伊卡洛斯”!2010年5月1日“伊卡洛斯”号随同“晓”号金星探测器,由H-2A运载火箭同时发射升空。伊卡洛斯太阳帆在2010年6月11日完全展开为止,实验取得圆满成功!

成都天府系统科学研究会也在2019年提出一个计划,打算在2022年前发射一颗反射阳光的人造月亮!尽管这些计划都是光帆或者人造月亮,但它们的技术是相通的,都是反射阳光,唯一的差别是目标光斑的大小,如果光斑极小,功率极高那么就是武器,如果光斑很大,将其光照强度调整到阳光的1/10或者稍高,那么就是辅助照明!所以两者的技术完全是通用的,这是非常理想的武器是吗?但有几个问题需要解决:

  • 阳光聚焦容易发散

  • 反射面积必须非常大

可能大家都有手电筒的使用经验,光斑在不远处即发散严重,所以必须要保持强大的面积才可以保证焦点处获得足够的能量!另外轨道必须够高,否则同一地点保持存在的时间太短,但过高的轨道又会带来成本和光斑发散的问题。所以要实现这个太阳武器,还有点难度!

007中的伊卡洛斯武器正在三八线清理地雷

阳光能聚焦成激光?想多了哈!

阳光聚焦会只能增加光强度,它无法形成激光!爱因斯坦在1916年描述了原子受激辐射和自发辐射的关系,这是最早的激光理论,1958年查尔斯·汤斯和阿瑟·肖洛将氖光灯泡所发射的光照在一种稀土晶体上时发现了激光原理:

原子在受到与其固有振荡频率相同的能量激发时,都会产生这种不发散的强光--激光

1960年5月16日美国加利福尼亚州休斯实验室的科学家梅曼获得了波长为0.6943微米的激光,这是子爱因斯坦预言以来获得的第一束激光!利用一个高强闪光灯来激发红宝石,当其原子受到激发时会发出波长在红光附近的光,因此叫做红宝石激光,这种光不易发散,并且能光斑处获得极高的温度!

后续激光发展进入了快车道,气体激光和固体激光技术都获得了突破,八十年代中后期半导体激光被发现,90年代后高功率激光技术实现!现代激光技术已经进入生活的方方面面,甚至你家的光驱上用的都是半导体激光技术!

机载激光武器

所以阳光和激光我那全是两码事,并不是说光强度够高的就是激光!

聚焦阳光用来发电?完全可以的事情!

尽管聚焦阳光不能形成激光,但这个光用处却很大,比如所谓的太阳灶利用的就是这个原理,还有大型的聚光太阳能热发电站!

这种电站的原理很简单,它利用镜子将大面积的光汇聚到一个集光区,通过介质(熔盐)将这些热能储备并且加热另一种介质,一般情况下是水,生成蒸汽推动汽轮机发电!为什么不直接加热水是因为熔盐可以储存大量的热能,在没有阳光的夜间和阴雨天气继续保持发电,这是聚光太阳能热发电站比直接转换太阳能电池和风力发电等有优势的地方!

但它也有一个致命的缺点,在集热塔下总是会看到密密麻麻的鸟类尸体,因为这种看不见的阳光焦点处,鸟类一旦飞经此处,那么它将受到高达数千度的热辐射,成为一个烤鸟场!也许分离式的聚光太阳能电站会比较好,因为每个点都是独立的加热模式,不会出现这种焦点位置高,面积达,容易让鸟类闯入的问题!

所以太阳能无罪,有的只是我们的方法问题!

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