这次中国展示的福建号航母电磁弹射三款舰载机的视频，震惊全球，尤其是在众所周知的美国航母电磁弹射工作不理想的背景下，显示了中国军工的创新能力。
中国在93阅兵中，也展示了不少激光武器。但无论是电磁弹射器，还是激光武器，抑或是正在研发中的电磁炮，有个关键技术问题，就是瞬间爆发的巨大能量需求如何满足？
电机的做功公式 W=UIt, 一架J-15T 有近30吨重，起飞速度至少200公里每小时，起飞时动能W=1/2MV^2, 那是个非常大的数，要在几秒钟的时间内实现，I=W/Ut（电流）的数量将是天文数字。没有任何发电机能在瞬间提供如此大的爆发电量，储电是必须的。
但储电的化学电池的瞬间放电能力是有限的，具有巨大瞬间放电能力，目前只有飞轮和电容两种技术可行。电容的放电速度虽然非常快，但其储电只在表面，能量密度不足，放电的持续时间也不长。航母弹射后弹射器减速归位，以及飞机降落时拦阻索减速，需要能量回收从而节省能源，这就像电动车刹车时回充电一样。这对飞轮很容易，对电容则不容易。因此，飞轮应该是电磁弹射的第一选择，美国福特号是如此的，中国的航母也应该如此。
飞轮储能系统的工作原理是：利用电能驱动一个高速旋转的转子（即飞轮），将电能转化为动能储存起来。当需要能量时，飞轮会减速并将动能通过发电机反向转化为电能释放出来。
飞轮的优点包括：飞轮可以在极短的时间内释放出大量的储存能量，输出功率可以达到兆瓦级 (Megawatt) 甚至更高；飞轮的充放电循环次数可以达到数十万次，远超传统电池，飞轮从放电到再次回充的速度很快，使其非常适合需要频繁使用和快速充电的战术武器系统;飞轮对温度变化的敏感度远低于化学电池，在极冷或极热的战场环境下，性能衰减较小；飞轮储存的是机械动能，不涉及危险化学反应，安全性高，维护也相对简单。
印象上飞轮很重，而众所周知的能量公式，W=1/2MV^2， 速度（v）是指数级提高能量，现代高能飞轮系统正是通过牺牲质量来换取更重要的优势——更高的转速。转速越高，飞轮储存的能量就越多。但是，转速受到材料强度极限的限制。当飞轮高速旋转时，会产生巨大的离心力，如果转速过高，材料就会崩裂。传统钢材强度较低，必须限制在较低的转速，因此必须依靠更大的质量来储存能量。而碳纤维复合材料具有极高的比强度（强度/密度比），比钢材轻得多，但能承受高出数倍的转速。通过将转速提高一倍，储存的能量就可以增加四倍 (22)，这远远抵消了其质量减轻带来的动能损失。
当飞轮失效（崩裂）时，轻质的碳纤维转子产生的碎片能量和破坏力，远小于重型钢制转子，从而更容易被防护罩容纳，提高了系统的安全性。因此，现代飞轮多数由碳纤维复合材料制成，并有真空防护罩和磁悬浮轴承。
相比电磁弹射，激光武器面临的挑战更大。要产生足以在实战中快速摧毁目标（如导弹或无人机）的兆瓦级高能激光束，需要巨大的电源系统和高效的散热系统。将这些庞大、沉重的设备集成到军用车辆、舰船或飞机等受限平台上（即著名的 SWaP: Size, Weight, and Power/尺寸、重量和功率 问题）是一个巨大的工程挑战。飞轮应该是大型激光武器必备的电源供给装置，尤其是需要反复射击的应用。
电磁弹射的能量效率还是挺高的，在70%以上，而现有高能激光器的电光转换效率通常不高（可能只有30%~50%），这意味着大部分输入的电能都转化成了废热。处理和消散这些巨大的热量需要复杂的冷却系统，进一步增加了系统的尺寸和重量。
激光束在稠密大气中传输时，会被空气中的水蒸气、烟尘、雾霾等吸收和散射，导致能量大幅衰减。更严重的是“热晕效应”，即激光加热了大气，使得光束路径上的空气密度不均匀，进而扭曲和扩散激光束，严重降低了聚焦在目标上的功率密度。
激光毁伤主要依靠烧蚀效应积累热量。要瞬间“秒杀”目标非常困难，通常需要持续辐照一段时间才能达到目标的毁伤阈值。如果目标具备高反射率涂层或快速旋转，会进一步延长毁伤时间，限制了激光武器的实战应用效率和有效射程。
目前，面对低价无人机在战场上的兴起，如何“经济”地消灭他们成为一个难题，面对廉价、大量、甚至成群结队（蜂群）的无人机，发射一枚价值数十万到数百万美元的防空导弹去击落一架价值几千美元以下的无人机，经济上是不可持续的。激光武器的“每次发射成本”极低（通常只需几美元的电费），只要能源供应充足，就可以进行几乎无限次的射击，完美解决了反无人机作战的效费比问题。
另外，也可以防御短程的火箭弹、炮弹和迫击炮弹，如以色列的“铁束”（Iron Beam）就是一个高能激光防御系统，旨在补充其著名的“铁穹”导弹系统，用于拦截近距离的火箭弹和迫击炮弹。
但是，兆瓦级激光武器目前大多仍处于研究和原型阶段，93阅兵中那个有个大灯泡的所谓舰载激光武器，应该就属于这一级别，目前国际上还没有先例。但用于短程防御和反无人机的数十到百余千瓦级的战术激光武器，已经度过了纯粹的实验阶段，开始走向实战部署和服役。
而科幻电影中那种便携式的可无限射击的激光枪，目前还未能实现。主要技术挑战，还是能量提供问题，要产生足以瞬间烧毁目标的激光束，需要巨大的功率和持续的供电。将高性能电池和冷却系统浓缩到步枪大小的尺寸内，是最大的技术瓶颈。目前只有低功率激光（例如几百瓦）用来致盲人眼或光学设备的便携式激光武器。
飞轮，弹射器和激光武器
朱头山 (2025-09-30 12:01:15) 评论 (2)这次中国展示的福建号航母电磁弹射三款舰载机的视频，震惊全球，尤其是在众所周知的美国航母电磁弹射工作不理想的背景下，显示了中国军工的创新能力。
中国在93阅兵中，也展示了不少激光武器。但无论是电磁弹射器，还是激光武器，抑或是正在研发中的电磁炮，有个关键技术问题，就是瞬间爆发的巨大能量需求如何满足？
电机的做功公式 W=UIt, 一架J-15T 有近30吨重，起飞速度至少200公里每小时，起飞时动能W=1/2MV^2, 那是个非常大的数，要在几秒钟的时间内实现，I=W/Ut（电流）的数量将是天文数字。没有任何发电机能在瞬间提供如此大的爆发电量，储电是必须的。
但储电的化学电池的瞬间放电能力是有限的，具有巨大瞬间放电能力，目前只有飞轮和电容两种技术可行。电容的放电速度虽然非常快，但其储电只在表面，能量密度不足，放电的持续时间也不长。航母弹射后弹射器减速归位，以及飞机降落时拦阻索减速，需要能量回收从而节省能源，这就像电动车刹车时回充电一样。这对飞轮很容易，对电容则不容易。因此，飞轮应该是电磁弹射的第一选择，美国福特号是如此的，中国的航母也应该如此。
飞轮储能系统的工作原理是：利用电能驱动一个高速旋转的转子（即飞轮），将电能转化为动能储存起来。当需要能量时，飞轮会减速并将动能通过发电机反向转化为电能释放出来。
飞轮的优点包括：飞轮可以在极短的时间内释放出大量的储存能量，输出功率可以达到兆瓦级 (Megawatt) 甚至更高；飞轮的充放电循环次数可以达到数十万次，远超传统电池，飞轮从放电到再次回充的速度很快，使其非常适合需要频繁使用和快速充电的战术武器系统;飞轮对温度变化的敏感度远低于化学电池，在极冷或极热的战场环境下，性能衰减较小；飞轮储存的是机械动能，不涉及危险化学反应，安全性高，维护也相对简单。
印象上飞轮很重，而众所周知的能量公式，W=1/2MV^2， 速度（v）是指数级提高能量，现代高能飞轮系统正是通过牺牲质量来换取更重要的优势——更高的转速。转速越高，飞轮储存的能量就越多。但是，转速受到材料强度极限的限制。当飞轮高速旋转时，会产生巨大的离心力，如果转速过高，材料就会崩裂。传统钢材强度较低，必须限制在较低的转速，因此必须依靠更大的质量来储存能量。而碳纤维复合材料具有极高的比强度（强度/密度比），比钢材轻得多，但能承受高出数倍的转速。通过将转速提高一倍，储存的能量就可以增加四倍 (22)，这远远抵消了其质量减轻带来的动能损失。
当飞轮失效（崩裂）时，轻质的碳纤维转子产生的碎片能量和破坏力，远小于重型钢制转子，从而更容易被防护罩容纳，提高了系统的安全性。因此，现代飞轮多数由碳纤维复合材料制成，并有真空防护罩和磁悬浮轴承。
相比电磁弹射，激光武器面临的挑战更大。要产生足以在实战中快速摧毁目标（如导弹或无人机）的兆瓦级高能激光束，需要巨大的电源系统和高效的散热系统。将这些庞大、沉重的设备集成到军用车辆、舰船或飞机等受限平台上（即著名的 SWaP: Size, Weight, and Power/尺寸、重量和功率 问题）是一个巨大的工程挑战。飞轮应该是大型激光武器必备的电源供给装置，尤其是需要反复射击的应用。
电磁弹射的能量效率还是挺高的，在70%以上，而现有高能激光器的电光转换效率通常不高（可能只有30%~50%），这意味着大部分输入的电能都转化成了废热。处理和消散这些巨大的热量需要复杂的冷却系统，进一步增加了系统的尺寸和重量。
激光束在稠密大气中传输时，会被空气中的水蒸气、烟尘、雾霾等吸收和散射，导致能量大幅衰减。更严重的是“热晕效应”，即激光加热了大气，使得光束路径上的空气密度不均匀，进而扭曲和扩散激光束，严重降低了聚焦在目标上的功率密度。
激光毁伤主要依靠烧蚀效应积累热量。要瞬间“秒杀”目标非常困难，通常需要持续辐照一段时间才能达到目标的毁伤阈值。如果目标具备高反射率涂层或快速旋转，会进一步延长毁伤时间，限制了激光武器的实战应用效率和有效射程。
目前，面对低价无人机在战场上的兴起，如何“经济”地消灭他们成为一个难题，面对廉价、大量、甚至成群结队（蜂群）的无人机，发射一枚价值数十万到数百万美元的防空导弹去击落一架价值几千美元以下的无人机，经济上是不可持续的。激光武器的“每次发射成本”极低（通常只需几美元的电费），只要能源供应充足，就可以进行几乎无限次的射击，完美解决了反无人机作战的效费比问题。
另外，也可以防御短程的火箭弹、炮弹和迫击炮弹，如以色列的“铁束”（Iron Beam）就是一个高能激光防御系统，旨在补充其著名的“铁穹”导弹系统，用于拦截近距离的火箭弹和迫击炮弹。
但是，兆瓦级激光武器目前大多仍处于研究和原型阶段，93阅兵中那个有个大灯泡的所谓舰载激光武器，应该就属于这一级别，目前国际上还没有先例。但用于短程防御和反无人机的数十到百余千瓦级的战术激光武器，已经度过了纯粹的实验阶段，开始走向实战部署和服役。
而科幻电影中那种便携式的可无限射击的激光枪，目前还未能实现。主要技术挑战，还是能量提供问题，要产生足以瞬间烧毁目标的激光束，需要巨大的功率和持续的供电。将高性能电池和冷却系统浓缩到步枪大小的尺寸内，是最大的技术瓶颈。目前只有低功率激光（例如几百瓦）用来致盲人眼或光学设备的便携式激光武器。