据中国激光杂志社网，于2025年08月13日报道，在未来的深海竞赛中，谁掌握“更快、更隐蔽”的水下推进技术，谁就掌握了制海权的新钥匙。激光等离子体爆轰推进——这一听起来科幻的技术，正从实验室走向现实。它用高功率激光在海水中瞬间制造等离子体，引发爆轰波和超空泡效应，让潜艇像“子弹”一样在水下疾驰，速度或将逼近音速，同时保持惊人的静音性能。有人称它是继核动力之后，最可能颠覆海战格局的革命性动力方案。它究竟离实用还有多远？
接下来，本文将从技术原理、应用现状以及未来发展趋势三个方面，系统介绍激光等离子体爆轰推进技术的最新进展。
激光等离子体爆轰推进技术原理
激光等离子体爆轰推进（Laser-Induced Plasma Detonation Propulsion, LPDP）是一种基于高功率脉冲激光与流体相互作用的新型水下推进方式。该技术由高峰值功率、短脉冲的激光束经过精确的光学聚焦后，直接作用于水体中的微小区域，使该处在极短时间内吸收大量能量。纳秒甚至皮秒级的能量沉积过程，会将水加热到数万开尔文的高温，促使水分子急剧汽化并发生电离，形成高温、高密度的等离子体。等离子体随后迅速膨胀，释放出高压冲击波。当冲击波的能量与热释放速率达到一定阈值时，便会转变为以超声速传播的爆轰波。这种爆轰波能够高效地将激光输入的光能转化为动能，在水中形成显著推力。
配合特定的结构设计时，爆轰波的传播方向可以得到有效控制，从而实现推力的定向输出。哈尔滨工业大学的科研团队[1]针对短微腔结构的研究表明，这种设计能有效增强爆轰推力，并实现推力的定向性，为实际应用提供了新的思路。与此同时，爆轰及高温气化过程会在艇体或推进器表面形成大尺度气泡或连续气膜，即所谓的‘超空泡效应’，这种气膜能显著降低水动力阻力，进一步提升推进效率和航速上限。想象一下，不再受限于沉重的化学燃料，不再苦于漫长的航行时间，通过高能激光束与物质的瞬间相互作用，产生极高温高压的等离子体，并利用其爆轰波效应产生强大推力。这种非凡的推进方式，预示着航天器将以更快的速度、更远的距离探索宇宙奥秘。
激光等离子体爆轰推进技术的前沿应用
1.超高速潜艇隐身推进
激光诱导等离子体爆轰波推进技术能够革新性地提升潜艇的隐蔽性，在**和战略应用中具有显著优势。相较于传统螺旋桨推进系统产生的机械噪声和流体扰动，水下光纤激光诱导等离子体爆轰波推进技术通过非机械接触式的原理，能够极大程度地降低推进过程中的噪音排放。这种独特的推进方式减少了机械部件的运动和摩擦，消除了主要的噪音来源，使得潜艇在水下航行时更难以被声呐探测到。此外，该技术还有潜力减少推进器在水中形成的尾迹，进一步模糊潜艇的行踪。通过对激光参数和爆轰波特性的精确控制，可以实现推力的平稳输出，避免因推力不均而产生的额外噪音和振动，这对于提升潜艇在复杂海洋环境中的隐蔽性和生存能力至关重要。
2.水下**与超空泡鱼雷
激光等离子体爆轰波技术在水中兵器领域的应用也展现出了革命性潜力，其核心优势在于能够利用该技术诱导的超空化现象[3, 4]，在兵器前方或表面高效产生推力并形成稳定空泡，显著降低航行阻力，从而大幅增加弹丸、水下导弹或鱼雷等的水下射程和速度。
传统水下兵器在高速航行时面临巨大的水动力阻力，这严重限制了它们的有效射程、速度和机动性。激光等离子体爆轰波技术通过在兵器前部或关键表面连续诱导生成高温高压等离子体，并伴随爆轰波的迅速膨胀。这一动态过程能够在兵器外部高效形成一个大尺度且稳定的气泡或连续气膜，即‘超空泡’。当整个兵器被完全包裹在这一超空泡中时，其与水体的直接接触面积极大减少，从而使得水动力阻力急剧下降至空气阻力水平。这种阻力的大幅降低意味着兵器能够在水下以更高的初始速度和更远的距离航行，极大地提升了水下弹丸、导弹和鱼雷的作战效能和突防能力。通过对激光脉冲参数、光纤传输系统以及超空泡发生器结构设计的精细优化，不仅能够精确控制超空泡的形态和稳定性，还能实现推力的定向输出，为新一代高速、远射程、高机动性水中兵器的研发开辟了前所未有的广阔前景。
3.绿色船舶制造
水下光纤激光诱导等离子体爆轰波推进技术有望引领船舶动力系统向更环保、可持续的方向发展。
相较于依赖化石燃料的传统船舶推进系统，该技术具有显著的环境优势。它能够以水本身作为推进介质，以更清洁的方式转化能量，避免了燃烧化石燃料所产生的温室气体排放和污染物，大幅减少船舶对海洋环境的污染。这种本质上的低排放特性，与当前全球日益严格的海洋环境保护法规，以及绿色航运发展趋势高度契合。通过减少碳足迹和污染物排放，激光诱导等离子体爆轰波推进技术不仅能助力实现船舶行业的碳中和目标，还将为建设清洁、健康的海洋生态系统贡献力量。
4.清除血栓
激光等离子体爆轰波技术在生物医学领域也有其创新地位，作为一种革命性的微创或非侵入性手段，致力于精确清除血管内血栓，为心脑血管栓塞性疾病的治疗提供了一种更安全、高效的解决方案。哈尔滨工程大学副教授葛杨及其团队[5]在2024年，利用高功率脉冲激光柔性光纤系统，实现了能量在血管内病变部位的精准输运与聚焦。当激光能量在血栓局部被迅速吸收时，将诱导产生高温高压的等离子体，继而引发瞬时爆轰波。这种爆轰波能够对血栓结构施加高度局限性且方向可控的机械冲击力，从而有效地破碎血栓团块或促使其移动，实现血管疏通。
相较于传统血栓切除术可能带来的创伤和溶栓药物潜在的全身性出血风险，激光等离子体爆轰波的局部化作用机制显著提升了治疗的精确性与安全性。其非接触或微接触式的特性，减少了对血管内皮的直接机械损伤，这对于保护脆弱的血管壁至关重要。葛杨团队的数值模拟研究已初步证实了该技术在微观层面清除血栓的有效性，例如，特定的激光能量输入能够产生足以瓦解血栓的峰值推力。随着激光传输技术、光纤微型化以及精确控制系统的持续进步，激光等离子体爆轰波技术有望在临床实践中发挥关键作用，为当前难以处理的复杂血栓或对传统治疗响应不佳的患者群体提供一种创新且高效的干预策略，显著改善患者的预后。
激光等离子体爆轰推进的发展前景
激光等离子体爆轰波技术自问世以来，在航空航天跨领域以及水下推进领域都展现出了巨大的应用潜力。这项技术凭借其非接触式、高能密度、推力可控等独特优势，为突破传统水下推进技术的瓶颈带来了新的希望，在潜艇隐身推进、爆轰发动机性能优化、超空泡系统、绿色船舶制造等多个领域提供了全新的研究视角。然而，这项技术的发展并非坦途，目前仍未达到其最理想的状态。这主要是因为其存在固有的短板，例如推进效率低下，冲量耦合系数小[6]，以及爆轰波在水下传播时方向性差、向四周发散，导致有效推力不集中。此外，现有的激光推进系统在能量聚焦方面表现不足，对远距离目标的推进效果较差；激光在水环境中的能量损耗较大；同时，高温高压的等离子体也可能对推进装置本身造成潜在破坏。
为了克服这些挑战，未来的研究方向或将主要聚焦于解决以下关键问题并优化技术性能：提升冲量耦合系数和增强推力方向性，持续聚焦于设计和优化新型的约束结构，例如微腔结构。在提高推进效率方面，深入探究激光能量在水工质中形成等离子体的机制，以及等离子体与爆轰波的转化过程，提升能量转化效率，并探索降低激光传输和作用过程中能量损耗的方法。针对这一问题，中国科学院上海光学精密机械研究所超强激光科学与技术全国重点实验室宾建辉研究团队提出一种新型双层纳米薄膜靶结构设计方案，可显著提升激光驱动质子加速的能量输出[7]。除此之外，解决高温高压等离子体对推进装置的潜在破坏问题也极为迫切，这包括研究新型耐高温、耐冲击材料，以及优化推进器与焦点位置的距离，以在获得高推力的同时确保装置的可靠性[8]。将研究从微观尺度的数值模拟推广至宏观尺度的实验验证，以确保理论和模拟结果在实际应用中的可行性与性能，是该技术走向成熟的关键一步。
激光等离子体爆轰波技术在水下推进领域的全部潜力尚待进一步挖掘。随着高功率激光器、光纤传输技术、材料科学和流体力学理论的不断发展和完善，激光等离子体爆轰波推进技术有望成为科学家和工程师们探索未来水下世界更加有利和便捷的工具，对未来的海洋工程和**技术产生深远的影响。
参考目录:
[1]葛杨, 李寒阳, 王鸿涛, et al. 水下光纤纳秒激光推进的短微腔结构性能研究 [J]. Acta Optica Sinica, 2024, 44(6): 0614001--13.
[2]马文成. 从094到新一代：央视曝光关键细节，中国战略核潜艇完成跨代升级 [Z]. 2025-08-07.
[3]童利民. 微纳光纤技术: 近期研究进展 [J]. Acta Optica Sinica, 2022, 42(17): 1706001--13.
[4]曹伟 -, 魏英杰 -, 王聪 -, et al. - 超空泡技术现状、问题与应用 [J]. - 力学进展, 2006, - 36(- 4): - 571.
[5]葛杨, 李寒阳, 王鸿涛, et al. 激光等离子体爆轰波血栓推进机理的数值模拟研究 [J]. Chinese Journal of Lasers, 2024, 51(3): 0307204--12.
[6]张兴强, 鲁建业. 激光等离子体推进机理的初步分析 [J]. Chinese Journal of Lasers, 2013, 40(8): 802008--1.
[7]LIU Z, ZHAO M, ZHUANG J, et al. Enhanced proton acceleration from an ultrathin double-foil target with circularly polarized laser pulses [J]. Physics of Plasmas, 2025, 32(3).
[8]谭胜, 赵元政, 吴建军, et al. 激光支持的脉冲等离子体推力器工作过程实验研究 [J]. 推进技术, 2022, 43(8): 429-40.
