【深度研究】定向能武器的时代已经来临
【深度研究】定向能武器的时代已经来临
随着无人机技术的快速发展，其在现代战场上的应用越来越广泛，同时也带来了新的挑战。为了应对无人机威胁，美国国防部正在积极研发和部署激光武器等定向能武器系统。本文将深入探讨激光武器的技术原理、发展历程及其在军事领域的应用前景。
BlueHalo 的 LOCUST LaWS 是美国陆军托盘化高能激光 (P-HEL) 系统的基础。
也许没有哪项技术能像无人机那样深刻地影响 21 世纪的战场。这些无人机（UAV）及其陆上和海上的同类产品重新定义了战争的方式，为军队提供了前所未有的监视、精确瞄准和情报收集能力，同时降低了人员的风险。无人机提高了复杂行动的效率，降低了成本，使军队能够精确打击，并在战场上保持持久存在。
随着本世纪的发展，无人机的影响力继续扩大，超越了传统的国家行为者。非国家组织和非同行对手越来越多地采用这种技术，并利用它在世界各地的冲突中创造公平的竞争环境。随着商用无人机越来越容易获得，这些行为体可以进行侦察、投掷炸弹，并以以前无法想象的方式挑战常规军事力量。
无人机的影响遍及战争的各个领域。无人机或 '神风特攻队 '提供了更小、更灵活的部队，使其有能力打击坦克、火炮和指挥中心等高价值目标，从而破坏了传统的部队结构。
同时，水下无人系统和地面机器人正在将无人作战的范围扩大到新的环境，进一步巩固了它们在未来冲突中的作用。现在，美国国防部（DOD）和盟国正再次寻求以激光和其他定向能武器这种成本相对较低的反无人机系统替代品来赢得先机。
在红海、亚丁湾和曼德海峡等地区发生的无人机冲突正在给美军和商业航运造成严重破坏。
同样，在 2023 年 10 月 7 日哈马斯发动致命袭击后，伊朗和黎巴嫩伊斯兰政治和准军事组织真主党使用无人机袭击以色列，作为其支持被围困在加沙地带的哈马斯的一部分。胡塞武装同样以声援巴勒斯坦人为由发动袭击。
2023 年底，国防部报告称，美国海军驱逐舰在红海击落了近 40 架无人机和数枚导弹。虽然海军成功阻止了无人驾驶的海空飞行器，但它们也付出了高昂的经济代价。
据估计，伊朗制造的无人机每架造价约为 2000 美元。虽然美国国防部以行动安全为由没有透露它正在使用什么武器来摧毁胡塞武装的武器，但据信它使用的是标准导弹-2，每次发射的成本约为 210 万美元。
2021 年，美国陆军测试了安装在 '斯特赖克 '战车上的 50 千瓦激光武器。
前国防部官员、中央情报局（CIA）官员米克-穆罗伊（Mick Mulroy）表示，这很快就会成为一个问题，因为即使我们真的击落了他们来袭的导弹和无人机，最大的好处也是对他们有利的。我们美国需要开始研究能够击败这些武器的系统，这些系统的成本应与他们攻击我们的成本相当。
激光--'受激辐射光放大 '的首字母缩写--一直被小说家们描绘成科幻小说中跨越星系的未来武器。虽然激光技术自1960年开发以来一直在民用和军用领域使用，但十年前，可部署的 '激光武器 '仍遥不可及。2014 年，美国海军为其 '奥斯汀 '级两栖运输船 '庞塞 '号配备了 AN/SEQ-3 激光武器系统（LaWS），该系统由位于圣地亚哥的 Kratos Defense & Security Solutions 公司制造。
AN/SEQ-3 是一种 30 千瓦的固态舰载激光器，用于应对小艇和无人机等一系列低空威胁。LaWS 可将船上的电能转化为聚焦光束，瞄准目标的关键部件（如发动机或传感器），使其丧失作战能力或将其摧毁。LaWS 通过提供压倒性的热量，对目标造成结构性破坏或引爆船上的爆炸材料。与依靠撞击和弹片的传统动能武器不同，LaWS 采用定向能来烧穿目标的各个部分。
LaWS 具有多功能性，操作员可以调整其功率水平。它可以在较低强度下工作，使传感器眩目或失灵，也可以在较高强度下工作，摧毁威胁。该系统通过光学系统跟踪目标，可在数公里范围内精确打击目标，为抵御多种低成本威胁提供了可靠的解决方案。
LaWS 与舰载雷达和火控系统集成，以光速运行，可对新出现的威胁做出快速反应。它的精确瞄准可最大限度地减少附带损害，因此非常适合复杂和人口稠密的环境。
LaWS 是作为原型开发的，用于测试激光武器在海洋环境中的可行性，海军已着手开发和部署洛克希德-马丁公司位于华盛顿州博特尔的激光与传感器系统分部生产的更高功率系统。
该系统被称为 '集成光学炫光和监视功能的高能激光'（HELIOS）系统，其功率至少是上一代系统的两倍。该公司称，HELIOS 的额定功率超过 60 千瓦。尽管 HELIOS 的具体细节仍属机密，但在未来的部署中，它的功率可能会增加到 100 或 150 千瓦。该系统还将配备低功率炫光器，用于干扰情报和侦察传感器。该系统于2022年交付后安装在美国海军 '阿利-伯克 '级驱逐舰 '普雷布尔 '号上。
美国海军部长卡洛斯-德尔-托罗在今年早些时候的一次听证会上对国会说：'我们已经加快了 HELIOS 激光项目的开发和测试......。我们还有其他六个激光项目和高能项目，其中一些是保密的。我不能公开谈论。但对我们来说，这是一个高度优先的领域。显然，我们在未来不可能只继续击落SM2和SM6无人机，我们需要开发高能量、高激光器和定向能项目，以便也能对抗那些向我们发射的空中无人机。
洛克希德-马丁公司先进产品解决方案部副总裁里克-科达罗说：'洛克希德-马丁公司和美国海军在开发和提供颠覆性激光武器系统方面有着共同的愿景和热情。'HELIOS增强了舰艇整体作战系统的效能，以遏制未来的威胁，并为水兵提供额外的保护，我们明白我们必须根据海军的优先事项提供可扩展的定制解决方案。HELIOS 为逐步提供强大的激光武器系统能力奠定了坚实的基础。
高功率微波反无人机武器 '战术高功率作战反应器'（THOR）已准备就绪，随时展示其对多个目标群的有效性。
今年早些时候，海军部长德尔-托罗在华盛顿举行的麦卡利斯国防项目会议上对与会者说，定向能武器是他加强海上优势这一首要目标的关键。
德尔-托罗对与会者说：现在是我们海军和海军陆战队采用新技术的激动人心的时刻。我们的两栖舰艇在测试和验证我们最新的定向能武器技术方面发挥着至关重要的作用，其中包括激光武器系统演示器（LWSD）。波特兰号（LPD 27）安装了 LWSD，并在亚丁湾攻击了一个海上目标。
他接着说：'上个月我在圣迭戈时，参观了装有 HELIOS 激光武器系统的 USS Preble (DDG 88)。包括高能激光器在内的定向能武器是战争的未来--在防空和导弹防御战中提供更低的单次射击成本。
美国陆军也部署了自己的定向能系统，旨在保护士兵免受无人机、火箭弹、大炮和迫击炮的攻击。
2021 年，陆军测试了安装在 '斯特赖克 '战车上的 50 千瓦激光武器，并进行了更多评估。陆军测试了雷神公司开发的机动近程防空（M-SHORAD）系统，该系统配备了由汽油发电机驱动的车载激光器。
陆军与位于阿拉巴马州亨茨维尔的 KBR 子公司科德技术公司（Kord Technologies）合作，将高能激光器集成到密歇根州斯特林高地通用动力陆地系统公司（General Dynamics Land Systems）生产的八轮 '斯特赖克'（Stryker）战车上。2021 年在新墨西哥州白沙导弹发射场进行的试验中，该激光系统跟踪、锁定并摧毁了 60 毫米迫击炮弹和大小不一的无人机。这一成果是在更小、更机动的平台上装备更强大激光器的持续努力的一部分。
M-SHORAD 系统还展示了激光武器如何集成到更广泛的指挥和控制网络中。虽然它包括自己的雷达系统，但也可以连接到末端高空区域防御指挥和控制系统（THAAD C2）提供的空中监视数据，从而增强态势感知和协调防御。
'毫无疑问，激光将出现在未来大规模地面作战战场上，因此很高兴能看到这些初始原型，以了解其能力，并思考这些能力将如何融入我们的组织，对我们作战方式的影响，以及了解我们需要如何调整我们的理论，'2022年卓越火力中心司令肯-坎珀陆军少将说。'激光作为对付威胁无人机系统的一套必要的分层能力的一部分，具有巨大的潜力'。
今年春天，位于弗吉尼亚州阿灵顿的 BlueHalo 公司赢得了一份为期四年的陆军托盘化高能激光（P-HEL）系统支持合同。该系统以 BlueHalo 公司的 LOCUST LaWS 为基础，用于对付小型无人机。LOCUST 是一种短程防空系统，设计用于快速部署和机动。
独立的激光器可处理光束控制、电源管理、热调节和安全等所有方面的问题。该系统使用叉车或皮卡车等标准设备运输，并依靠内部电源管理系统运行。LOCUST LWS 采用模块化组件，操作员可在现场进行维修或更换。它采用熟悉的 Xbox 控制，通过单人操作界面进行操作。设置功能包括集成检查表，可在开机 15 分钟内使系统达到完全运行状态。
HEL 系统的机动性为其增添了显著的战术优势，使这些系统能够伴随地面部队，在动态作战环境中提供保护罩。这些系统安装在轮式或履带式车辆上，可随部队一起移动，并对那些可能会压垮静态防御的威胁进行防空。P-HEL 系统可实时应对多种威胁，从而提高部队保护能力和作战灵活性。
激光器的输出功率可调，从 2 千瓦到 20 千瓦不等，使其能够对付包括无人机和导弹在内的各种空中威胁。该系统的雷达是一个脉冲多普勒阵列，提供全半球覆盖，能够支持反无人机系统、防空和探测来袭敌火。即使在激光放大器发生故障的情况下，系统也能在功率降低的情况下继续运行。
目标跟踪由配备变焦光学镜头和激光测距仪的专用摄像机负责，可精确打击移动中的威胁。该系统的传感器可提供日夜两用的高清成像，其热管理系统和电源管理系统可在各种环境下长时间工作。蓝光公司称，'LOCUST '由电池、发电机或外部电源供电，能够长时间连续发射激光，在跟踪模式下可工作长达 24 小时。
海军高能激光与集成光学炫光和监视（HELIOS）系统的额定功率超过60千瓦，在未来的部署中可能会增加到100或150千瓦。
BlueHalo公司首席执行官乔纳森-钱马克（Jonathan Moneymaker）说：'有了这份合同，BlueHalo公司现在可以为我们的客户提供全面的定向能支持--在国内通过先进的创新提供支持，在战场上通过维护和培训提供支持，在战略上通过作战指导和作战空间管理提供支持。
今年春天，陆军采购负责人道格-布什（Doug Bush）告诉《福布斯》，陆军在中东使用激光武器击落了敌方的无人机。但他拒绝向《福布斯》透露击落敌机的激光系统是什么，不过 P-HEL 自 2022 年 11 月以来一直在海外使用。
除了激光，定向能技术还包括微波武器。这些武器通过发射微波频率的集中爆发电磁能来发挥作用。
微波系统利用非电离辐射，这种辐射不会电离原子，但能有效破坏电子电路和元件。这可能被证明对打击无人机群特别有效。
美国空军研究实验室正在开发一种微波武器--'战术高功率作战应答器'（THOR），以应对日益严重的无人机群威胁。当探测到无人机群时，THOR 会发射大范围的微波能量，使多架无人机同时失效，从而非常有效地对付旨在压垮常规防御系统的大规模无人机协同攻击。
'THOR '的主要优势在于它能同时攻击多个目标。激光系统需要精确瞄准，而且一次只能攻击一个目标，而 'THOR '的微波脉冲可影响其射程内的所有无人机，从而有效地使无人机群失效。通过使无人机的电子系统效，'THOR'系统可避免使用物理攻击武器，从而减少附带损害并消除动能交战的需要。
该系统部署性强，操作简单，可安装在各种平台上，包括车辆或地面装置。THOR 的微波发射器可迅速指向来袭威胁，在动态作战场景中反应灵敏。' THOR'武器的弹仓实际上是无限的，仅受其电源的限制，因此可提供持续的防御解决方案，而无需弹药补给。
微波武器依靠磁控管、速调管或其他微波发生器等装置将电能转换为高频微波脉冲。这些装置产生强烈的电磁场，利用电磁场产生定向微波能。微波通过天线或波导管形成聚束。根据系统的设计，这种光束可以很窄，以便精确瞄准目标；也可以更宽，以便同时攻击多个目标。
2023 年，AFRL 在新墨西哥州的柯特兰空军基地对成群的无人机进行了 THOR 测试，微波武器的演示给观察者留下了深刻印象。
AFRL定向能局THOR项目经理阿德里安-卢塞罗（Adrian Lucero）说：'THOR团队向THOR系统发射了大量无人机，以模拟真实世界中的蜂群攻击。'他说：'THOR 系统以前从未针对这类无人机进行过测试，但这并不妨碍该系统利用其非动能、光速高功率微波或 HPM 脉冲将目标从空中击落。
'如果没有整个 THOR 团队的坚持不懈和专业精神，我们不可能走到今天这一步，'AFRL 高功率电磁学部门主管 Ken Miller 说。'我们的科学家、飞行员和承包商起早贪黑地工作，使这次蜂群演示......取得了巨大成功。AFRL 致力于开发此类先进技术，以保卫我们在前线的军人'。
要做的工作除了国防部希望降低定向能武器的研发和部署成本外，军方还指出，如果各军种希望在目前使用传统防空武器的地方使用激光，那么在功效方面还有很多需要改进的地方。
今年早些时候，海军中将布伦丹-麦克莱恩（Brendan McLane）在水面舰艇协会年度研讨会上表示，'激光武器在防空领域的应用还存在很多问题。布兰登-麦克莱恩（Brendan McLane）说，他赞成在短期内让更多的舰艇装备更多的定向能系统。
'我不满足于定向能武器的发展速度。我们必须兑现这项技术给我们带来的承诺，'麦克莱恩在今年早些时候对人群说。'我真的很想在加速[定向能]方面投入大量精力，因为在弹仓容量、速度和距离方面，它能给我们带来很多东西'。
庞塞号上的 AN/SEQ-3 激光武器系统
然而，与军事和航空航天技术领域的几乎所有技术一样，尺寸、重量、功率和成本（SWaP-C）也是开发和部署定向能武器系统的一个主要问题。这些武器需要持续的电力供应，而电力通常来自发电机、舰载系统或车辆发动机。由于需要稳定的大功率能源，因此部署这些系统是一项挑战，尤其是在移动或偏远环境中。
在舰艇上，激光武器可能依赖于大容量的集成电源系统，而陆基或车载激光器则需要专门的发电机或储能系统。与嵌入式计算机系统一样，保持这些武器系统的冷却也是一场战斗，因为高功率激光器在运行过程中会产生大量热量，这就需要冷却系统来进一步增加功耗。
今年早些时候，美国海军少将弗雷德-派尔（Rear Adm.弗雷德-派尔（Fred Pyle）少将在水面舰艇协会年度研讨会上对与会者说，对这些技术保持诚实是必要的。
'有时，我们往往承诺过多而兑现不足，'Fred Pyle 少将说，我们需要改变这种状况，当我们在思想上诚实时，当我们对自己的技术能力诚实时，我们对提供这种能力的前景有一个一致的看法。
美国海军少将派尔敦促我们要有 '超额交付 '和 '承诺不足 '的心态，他说海军看好定向能武器将为水兵和海军陆战队员带来的好处。 '这位军官在 1 月份举行的水面舰艇协会研讨会上说：'我们非常关注定向能武器的交付能力，我们正在考虑将其纳入未来的护卫舰和 DDG（X）（下一代驱逐舰）[预算申请]。
海军部长德尔托罗也表示了同样的乐观。'这是未来的趋势，'海军部长说。'我们将在[2026 和 2027 财年预算]和[未来]中研究如何在我们的[驱逐舰]上加快部署 HELIOS 和类似 HELIOS 的能力，因为这是我们需要应对无人机对我们系统进行蜂群攻击的方式。