定向能武器系统技术介绍

定向能武器（如激光）使用以光速发射的能量。这些武器可以产生从威慑到破坏，再到破坏性的威力。包括美国在内的许多国家正在研究它们的使用。由于它们使用能量而不是子弹或导弹，定向能武器的每次射击成本可能更低，并且具有几乎无限的发射威力。然而，这些武器的长期健康影响尚不清楚。它们的射程通常也比常规武器短，天气条件（如雾和风暴）会使某些定向能武器的效果降低。

所谓定向能武器，就是利用沿一定方向发射与传播的高能射束来攻击目标的一种新概念武器，又称为射束武器或能束武器。定向能武器的优点有：速度快，能以光速或接近光速攻击目标；控制灵活，能迅速转换攻击方向和方位，反应灵敏；精确攻击目标的某些要害部位，效果明显；有些定向能武器可用作软杀伤武器或非致命武器。目前定向能武器既可用于干扰中断敌方通信、指挥的电子战，亦可用于直接破坏、摧毁敌方战术战略武器，如飞机、卫星、导弹及后方重要生产装备、核弹等。

1.定向能武器中的高功率微波武器将成为攻击敌方信息链路或节点的主要手段

高功率微波武器将成为21世纪初信息化战争中攻击敌方信息链路或节点的重要手段之一，将在空间攻防对抗和信息对抗中发挥重要作用，对新军事变革产生深远的影响。其特点是全天候、光速攻击、精确打击与面杀伤配合、丰富的弹药、较低的成本、不必造成人员伤亡。高功率微波武器主要用于毁伤电子设备，使其功能降级，甚至完全不能工作，进而瓦解敌方武器的作战能力。主要作战对象包括雷达、预警飞机、通信电子设备、军用计算机、战术导弹与隐身飞机等。在相对目标适当的距离上，高功率微波武器发射的电磁脉冲能够毁伤敌军电子侦察与监视系统、军事网络电子信息系统、综合电子信息系统、信息传输链路设备、卫星通信地面站或舰船站、卫星导航定位接收机等，降低敌军获取、分发综合电子信息系统信息以及卫星导航定位的能力；可以瘫痪敌国重要政治、经济中心的计算机网络，毁伤卫星广播电视信号转发节点和无线通信网络节点，使其通信网络服务能力降级甚至失效；利用机载微波武器发射的微波波束辐照来袭导弹，可使导弹偏离目标或提前引爆，从而对高价值飞机起到自卫防护作用。科索沃战争中，微波脉冲弹的使用，使南联盟部分地区各种通信设施瘫痪了3个多小时。美军的AGM-86C巡航导弹弹头装备高功率微波器后，一旦在战场上使用，将使目标附近大范围区域内的电子设备失灵，产生的破坏力比相同大小的常规弹头高许多倍。从发展的观点看，高功率微波武器也将是未来战时摧毁敌国家国防信息基础设施的主要手段。这种武器投入使用后，不仅可能给21世纪的武器系统带来新变化，而且还有可能利用这种武器及其对抗手段来控制21世纪的战场，并对未来战争的作战方式带来重要影响，成为核威慑条件下信息化战争的另一种撒手锏。

2.激光武器将成为防空防天和导弹攻防作战的利器

激光武器目前已经进入实战应用阶段，成为防空反导武器体系中的新成员，能够在反卫星、防空反导和反恐等多种作战中发挥重要作用。激光武器具有能量集中、传输速度快、精确射击、转向灵活、作用距离远、抗干扰、效费比高等特点。采用地基、空基或天基作战平台的各型激光武器既可以用于空间信息对抗，破坏敌方信息数据链，对付中远程弹道导弹，发挥战略威慑作用，也可用于近距离拦截巡航导弹和无人机等目标，干扰或致盲各类光电制导精确打击武器，保护地面重要设施，具有较高的战术应用价值。面向战术应用的高能固体激光武器技术备受军事强国重视，多种技术验证已经投入实战背景下的拦截试验，初步显示了拦截火箭弹、无人机和小型船只，以及摧毁简易爆炸装置等的能力。高能激光器的功率一般在百千瓦以上，可攻击飞机、导弹和卫星等战略、战术目标，能够满足反卫星、反导防空和反恐等多种作战需求。物理学家们认为，不使用弹药并以光速发射的高能激光武器是真正革命性的武器，将使未来战争形态产生全新的变化。

3.粒子束武器将广泛运用于防空、反导、反卫和近程防御作战

目前，粒子束武器尚处于实验室的可行性验证阶段，将广泛运用于防空反导、反卫和近程防御作战。高能粒子束击中目标后，其携载的能量沉积在目标表面上，会将目标的金属表皮或外壳瞬时击穿而导致结构破坏；高能粒子束穿入目标内部，产生强大的电场、热辐射和冲击波，从而使目标战斗部的炸药爆炸、易燃物品燃烧、电子线路损毁或使绝缘材料变为导体；高能粒子束在射向目标的途中会与大气相互作用，产生很强的二次辐射，从而对目标形成软杀伤。粒子束武器的主要特点是贯穿能力强、速度快、能量大、反应灵活、能全天候作战。粒子束武器在高技术战争中的应用，表现在利用天基中性粒子束武器进行洲际弹道导弹的拦截和弹头飞行中段的识别。在大气层外，中性粒子束武器可用于拦截高层空间飞行的弹道

定向能武器以高能射束攻击目标，主要包括三类：电磁脉冲武器（高功率微波炮、电磁炸弹、微波炸弹、电磁“导弹”、核爆炸电磁脉冲弹），高功率激光武器（CO2激光武器、化学激光武器、准分子激光武器、自由电子激光武器、二极管聚光武器、X射线激光武器和 γ射线激光武器），粒子束武器（带电粒子束、中性粒子束、等离子体射束）。它是利用沿一定方向发射与传播的高能射束（如激光、电磁脉冲、高能粒子束等）攻击目标的一类新概念武器，其传播速度为光速或接近光速。定向能武器既可用于电子战以干扰或破坏目标的功能，又可用于直接破坏或摧毁目标，如拦截飞机、卫星、导弹等。

高功率微波武器可搭载于巡航导弹、防区外导弹及其他空地导弹上，用作信息攻击武器压制敌防空力量；也可搭载于飞机上，用于控制战场电磁信息。美国在海湾战争中已使用了微波炸弹或电磁脉冲弹。

高能激光武器在技术上已基本成熟。强激光反卫星技术起源于20世纪60年代后期，俄罗斯的强激光反卫星技术在苏联解体之前已具有相当雄厚的技术基础。坐落在萨雷沙甘的地基激光器，曾使美国的一些卫星暂时致盲。美国于1997年年底进行了激光对抗在轨卫星的试验，该试验的目的是测试卫星遭受敌方攻击时的易损性，同时也想从该试验中得到数据以改进未来军事冲突用激光器或发展反卫星激光武器。美国陆军利用其研制的先进的中红外化学激光器，进行了两次激光射击卫星试验。第一次试验使用高功率激光器（先进的中红外化学激光器）分两次照射位于低地球轨道上的空军MSTI-3研究卫星。激光束击中了目标点—中程红外照相机。照相机没有产生图像，表明卫星传感器受到了攻击。为了得到此次试验未能获得的数据，紧接着陆军又用低功率的化学激光器进行了第二次射击卫星的试验，对卫星上的红外照相机进行了三次照射。与先进的中红外化学激光器不同，低功率化学激光器能量密度不足以摧毁或损坏卫星传感器，陆军在此次试验中获得了有关数据。美国陆、海、空军都将装备这类武器，用于防空、反弹道导弹或其他战术导弹。其中空军的机载激光武器（ABL）具有在数万米外、在弹道导弹助推段进行精确拦截的能力。

美国、俄罗斯目前都在研究和试验粒子束定向能武器。粒子束分中性粒子束和带电粒子束。粒子束在大气中传播，通过大气会产生散射和吸收，因此较适合于天基平台部署，但是如何在天基平台产生和控制粒子束则是需要解决的难题。

新墨西哥州白沙导弹靶场的演示激光武器系统

包括美国在内的几个国家对定向能武器的兴趣激增，主要用于反无人机任务。这些武器使用电磁能量造成从威慑到破坏的各种影响。它们提供了常规武器可能无法提供的能力，但迄今为止，挑战阻碍了广泛的作战使用。

技术

定向能武器（DEW）使用集中的电磁能量来对抗敌军和资产。这些武器包括高能激光器和其他高功率电磁，如毫米波和高功率微波武器。与发射子弹或导弹的武器不同，DEW可以以不同的方式应对威胁。例如，他们可以暂时降低无人机上的电子设备或物理销毁它。

 每种类型的DEW使用不同的电磁频谱区域（见图1）。该光谱描述了所有类型的光 – 包括人眼看不到的光 – 并根据波长对它们进行分类。不同类型的电磁能具有不同的性质。例如，波长会影响定向能量可以穿透的内容，例如金属或人体皮肤。

图1.定向能武器在电磁频谱上的位置。

所有露w都以光速发射能量，并且经常根据其功率输出（随时间传输的电磁能量）进行讨论。虽然DEW使用类似于日常用品（例如家用微波炉）的电磁能量，但它们的功率输出要高得多，如下所述。

高能激光器产生非常窄的光束，通常在红外到可见光区域，并且通常一次用于一个目标。光束可以是脉冲的或连续的，产生至少1千瓦的功率输出。该输出是典型激光指示器的 200，000 倍，能够熔化钢。

毫米波武器的波长在 1 到 10 毫米之间，产生超过 1 千瓦的功率。毫米波武器的光束尺寸比高能激光器大，因此可以同时影响多个目标。

高功率微波武器生产的微波比高能激光器和毫米波武器波长更长。这些武器可以产生超过100兆瓦的功率，比普通家用微波炉威力近150万倍。与毫米波武器一样，由于光束尺寸较大，它们也可以影响多个目标。

每个 DEW 都可以产生从非致命到致命的一系列效果，具体取决于目标上的时间、到目标的距离，甚至是 DEW 聚焦的目标部分等因素。DEW 可以利用这一系列效果来升级对威胁的反应。渐进式反应可以从暂时阻止使用资产或阻止其进入某个区域开始，然后在必要时增加对资产的破坏（见图2）。

图2.使用定向能武器的分级响应示例。

DEW可以拒绝进入某个区域或阻止敌军或资产在某个区域内发挥作用。用于拒止的DEW不会对目标造成长期伤害，当敌军或资产离开该区域时，它们通常会恢复功能或减轻影响。例如，国防部（DOD）的主动拒绝系统使用毫米波与人体皮肤中的水和脂肪分子相互作用，以产生加热感觉。在测试过程中，不适感说服了个人离开该区域。

DEW还可以降低敌人资产的功效。例如，高能激光可以通过发射眩光（称为眩光）暂时压倒人或传感器的观察或感知能力。在诉诸武力之前，炫目可以作为非语言警告。

如果需要更大的力量，DEW还可以损坏或摧毁敌方资产。为此，高能激光器可以发射目标材料最有效吸收的波长的电磁能量，从而熔化材料。激光可以聚焦在传感器上并损坏无人机，或者聚焦在油箱或电池上并摧毁它。

DEW的成熟度从研究项目到在现场测试的原型不等。国防部将DEW命名为对实现2018年国防战略至关重要的技术，并报告过去1年每年在研发上花费约3亿美元。自2014年以来，美国军方已经测试了各种DEW原型，主要用于反无人机任务。例如，空军的原型战术高功率微波作战响应器（THOR）最近完成了2年的测试。国防部正在研究增加DEW功率输出的方法，以打击更强大的目标，如导弹。然而，正如GAO最近报道的那样，美国军方面临着弥合DEW开发和采购之间差距的挑战，这可能会限制广泛的作战使用。

DEW的研究和开发已经在包括美国在内的许多国家进行了数十年，目前在全球范围内正在经历激增。这种激增部分源于技术的进步和在战场上保持竞争力的愿望。技术创新，例如开发操作更安全的小型激光器，使现代 DEW 更加便携和实用。例如，一辆四轮全地形车现在可以容纳足以损坏无人机的高能激光。根据 30 年空军的一份报告，美国和其他 2021 个国家正在开发 DEW，其中大部分用于反无人机任务。

机会

• 常规武器的补充。DEW使用以光速发射的能量，使它们比导弹更快，每次射击的成本可能更低。一些DEW拥有几乎无限的弹药，只要有动力就可以发射。

• 易于分级响应。国防部可以定制DEW以满足从非致命到致命反应的任务需求。例如，激光聚焦在目标上的时间越长，就会发生越多的损坏或破坏。

• 推进其他用途。DEW的研究和开发也可以使民用受益。例如，高能激光器的开发可以帮助使用定向能量将电力运输或“光束”到偏远和贫困地区的项目。

挑战

• 技术限制。DEW通常离目标越远，效果越差，大气条件和冷却要求会限制其有效性。例如，雾和暴风雨会降低激光束的范围和质量。

• 战场使用。关于如何以及何时使用DEW或常规武器的决定可能具有挑战性。例如，更宽光束的 DEW，如高功率微波或毫米波武器，会影响一个区域中的所有资产，无论是朋友还是敌人。

• 道德和健康问题。尽管有潜在的相关国际法和准则，但它们对DEW的适用性并不总是得到很好的界定。DEWs对人们有意或无意暴露于定向能量的长期健康影响的不确定性导致了对使用DEWs的道德问题的担忧。

枪支、导弹和炸弹等射弹武器通过动力学效应方式摧毁目标，包括超压、弹丸、弹片和 剥落伤害和燃烧效果。动能武器使用储存的化学能推进剂和弹头炸药爆炸摧毁目标，定向能武器是将大量储存的能量以光速定向摧毁目标。定向能武器系统包括激光或微波发射器。包括高能激光（HEL） 武器、高功率微波（HPM）武器、粒子束武器和 激光诱导等离子体通道 （LIPC） 武器。其中的前两个 四类武器是真正的定向能武器。粒子 光束武器最好被描述为一种射弹武器，使用 原子或亚原子粒子作为射弹，加速到 相对论速度。LIPC是一种混合体，它使用激光进行电离 分子到达目标的路径，通过该路径可以产生电荷 传送到目标中造成伤害效果。

激光雷达（激光雷达）的一种形式，用于连续测量沿光束路径到目标的畸变。这些系统将使用较低功率的激光照亮目标 工作波长与HEL相似但不完全相同 武器。这种激光照明从目标上向后散射，并且 然后馈入称为波前传感器的设备，该设备测量 光束路径的整个横截面的畸变目标。

高能激光技术演示器（HEL TD）是THEL的后续努力美国陆军，展示了一种使用固态激光器的移动式数百千瓦级激光器技术这项工作的预算理由，运行至2013年，因此：“这一计划要素下的主要工作是几百千瓦的发展固态激光器（SSL）实验室演示器可以集成到HEL武器系统中提供更高的基于地面平台的杀伤力。HEL系统有可能解决以下已确定的陆军能力差距：

1）击败飞行中的投射物，如火箭，火炮、迫击炮、反坦克导弹便携式地对空导弹；

2） 超精确打击，几乎没有附带伤害；

3） 电光（EO）和红外（IR）传感器的破坏；

4）地雷以及来自对峙距离的其他军火。”

JHPSSL旨在发展一个家庭电动高功率固态适用于100千瓦级武器的激光器应用程序，主要用于陆基和海基点国防系统，还有机载应用。该计划分多个阶段进行定义。第一阶段涉及激光功率演示模块，第二阶段，扩展设计的能力超过25千瓦，第三阶段将设计扩展到100千瓦以上。目的是生产可成组的电源模块共同生产100千瓦级武器诺斯罗普·格鲁曼公司在2008年初展示了15.3千瓦激光模块。德事隆系统已签订合同，生产JHPSSL设计，使用专有的ThinZag激光器陶瓷掺钕钇铝石榴石（Nd:YAG）平板技术。美国行业消息人士援引目标，包括200连续运行秒数，总计15%功率转换效率。