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定向能武器崛起,如何重塑21世纪国防格局?
wforum.com  2025-06-02 16:20  空天论道

定向能武器 (Directed energy weapons, DEW) 是一类新兴的国防技术,利用聚焦的电磁能或粒子束使系统失效,无需依赖传统的动能弹药。

为应对无人机 (UAV)、高超音速弹药和无人机蜂群等挑战,定向能武器的发展不断加速。在这些领域,快速响应和低成本交战解决方案日益重要。

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百度这样解释:定向能武器,又叫“束能武器”,无需使用固体弹丸,而是利用高度聚焦的能量对目标造成伤害在物体表面产生极高的能量密度,从而使敌方的人员和电子设备、武器等受到伤害,产生强大杀伤力的武器。

以其发射的能量的载体不同,定向能武器可以分为激光武器、微波武器、粒子束武器、声波武器、射频武器等。它利用激光、微波、粒子束、声波等的能量,产生高温、电离、辐射、声波等综合效应,从而对目标造成毁伤。

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不同的定向能武器对物体造成毁伤的机制也不同。

激光武器可以依靠高强度电磁波对敌方造成伤害。

不同波长的电磁波造成伤害的机制并不完全相同,

如波长较长的电磁波主要引起热破坏,而波长较短的电磁波则主要是靠破坏敌方人员、设备等表面的各种化学键来破坏目标。

粒子束武器则主要利用粒子束极高的动能对敌方造成毁伤,而声波武器却主要依靠自身在空气中产生的冲击波在对目标造成毁伤。

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随着技术的成熟,定向能武器能够在远距离上产生精确、可扩展的效应,现正被集成到空中、地面和海上平台中。

这些系统可设计用于多种效果,从非接触干扰(例如干扰电子设备或拒止敏感区域进入)到通过集中能量传递实现材料毁伤。

定向能武器相比常规武器有几个主要优势:

定向能武器可以谨慎使用;辐射不会产生声音,而且如果位于可见光谱之外则是不可见的。

从实际用途来看,光不受重力、风阻和科里奥利力的影响,其轨迹几乎完美平坦。这使得瞄准更加精确,并将射程扩大到视线范围内,仅受光束衍射和散射(这会稀释功率并削弱效果)以及大气成分的吸收或散射的限制。

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定向能武器在电磁波谱上的位置。

激光的传播速度为光速,射程远,适合用于太空战。

只要有足够的能量驱动,激光武器就有可能消除弹药供应方面的许多后勤问题。

根据多种作战因素,定向能武器在某些情况下可能比常规武器更便宜。

高功率微波武器通常用于削弱和损坏无人机等电子设备,但很难确定具体行为者使用了这种武器。

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新墨西哥州白沙导弹靶场的演示激光武器系统

定向能武器通过将电能或化学能转化为聚焦的电磁辐射束或亚原子粒子束来工作。

这些光束射向目标,以产生可控的物理或功能性效果。有效运行取决于几个关键因素,包括系统功率、光束质量、大气条件和精确瞄准,尤其是在攻击移动目标时。

为满足这些需求,定向能武器依赖于先进的子系统来实现光束控制、热管理、大气补偿和高精度目标跟踪。具体的(毁伤)作用机制因系统类型而异。每种类型利用电磁频谱的不同部分来实现其预期功能。

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-高能激光器-

高能激光器 (HEL) 是能够发射聚焦的相干光束(通常位于可见光至红外光谱范围内)的定向能系统。

产生的光束非常窄,通常位于红外到可见光区域,通常一次只用于一个目标。光束可以是脉冲的,也可以是连续的,输出功率至少为1千瓦。该输出功率是普通激光笔的20万倍,足以熔化钢铁。

一套完整的高能激光系统包括用于聚焦和跟踪的光束定向器、能量存储模块或发电机等电源,以及热管理系统。

这些系统利用固态激光器 (SSL) 技术将电能转化为激光辐射。其中,掺钕钇铝石榴石晶体 (Nd:YAG)、掺钛蓝宝石或紫翠玉等材料充当增益介质。

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高能激光器以连续波或脉冲模式运行,可提供起始功率为1千瓦(足以损坏或熔化结构材料)的输出功率。它们能实现快速、低成本的交锋,并提供可扩展的输出,但其性能可能因环境因素(如雾、雨或湍流)而降低。

-高功率微波器-

高功率微波 (High-power microwave, HPM) 系统发射微波频段(通常在10兆赫兹至100千兆赫兹之间)的集中电磁能量脉冲,以干扰或瘫痪电子系统。

与高能激光器不同,高功率微波平台能产生大范围效应,可同时影响其电磁场作用范围内的多个电子组件。

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高功率微波武器产生的微波波长比高能激光和毫米波武器更长。这些武器可以产生超过100兆瓦的功率,几乎是普通家用微波炉的15万倍。与毫米波武器一样,由于光束尺寸更大,它们也可以影响多个目标。

这些系统使用速调管、磁控管或其他微波发生器等装置将电能转化为高频脉冲。脉冲通过天线或波导引导,形成聚焦或分布式的电磁场。

高功率微波系统的主要优势在于其能够穿透电子屏蔽并影响目标,而无需直接视线。这些特性使得高功率微波武器在瘫痪敌方通信、雷达系统和电子基础设施方面特别有效。

-粒子束武器-

粒子束武器 (Particle beam weapons, PBWs) 利用高能原子或亚原子粒子(如电子、质子或离子),这些粒子使用线性加速器或回旋加速器加速至接近光速。加速后,这些粒子通过电磁场聚焦并射向目标,通过电离、原子位移和直接动能冲击来破坏目标的分子和原子结构。

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粒子束武器需要复杂的子系统来实现加速、束流成形和高精度跟踪。虽然它们提供了一种独特的高能物质相互作用方法,但这些系统仍处于早期研发阶段。电力需求、束流控制和操作稳定性等技术挑战目前限制了其更广泛的部署。

-毫米波武器-

毫米波武器 (Millimeter wave weapons, MMWs) 工作在1至10毫米波长范围内,能发射超过1千瓦的定向电磁能。这些系统发出的高频辐射主要作用于目标表面层,通过分子激发引起局部快速升温。

辐射通过回旋速调管等装置产生,并通过天线或波导引导至目标区域。毫米波武器以其更广的能量扩散而著称—能在特定覆盖区域内同时影响多个表面或组件。

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虽然主要设计用于非破坏性应用,但高强度照射仍会产生热效应。毫米波平台可调节的能量输出和定向控制能力使其非常适合需要可控、短程能量传递且最小化物理损害的场景。

-全球定向能计划-

龙火(英国)

“龙火”是英国主要的激光定向能平台,由英国国防科学与技术实验室(Dstl)与 MBDA、莱昂纳多(Leonardo)和奎奈蒂克(QinetiQ)合作开发。该系统集成了一个配备三个光学孔径的光束定向器,可支持广域扫描、中程跟踪和高精度瞄准。

该系统能产生高能激光束,在1公里的射程内实现亚厘米级精度。每次使用成本估计低于10英镑,“龙火”展示了低成本、高精度能量传递的潜力,为传统拦截技术提供了一种可扩展的替代方案。

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雷神(美国)

战术高功率微波作战响应器(Tactical High-Power Microwave Operational Responder,THOR)是美国空军研究实验室开发的一款高功率微波(HPM)系统,旨在应对无人机蜂群等集群空中技术带来的新兴挑战。它通过发射广域微波能量脉冲,可同时瘫痪多架无人航空系统(UAS)。

“雷神”系统置于一个20英尺集装箱内,可由C-130运输机运送,并且操作员经过最少培训即可在三小时内完成部署。经过两年评估,该系统在2023年的野外测试中成功展示了其广域电子干扰能力。

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太阳神(美国)

集成致盲与监视功能的高能激光器(High Energy Laser with Integrated Optical-dazzler and Surveillance,HELIOS)是由洛克希德·马丁公司为海上应用开发的60千瓦级定向能平台。它将高能激光交战能力、光学致盲能力和监视能力集成在一个单一系统中。

“太阳神”以光速运行,凭借坚固的能量存储架构设计实现持续使用。其海洋化结构确保了在海军环境中的持续部署能力,而模块化设计则支持未来在功率容量和控制软件两方面的升级。

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随着定向能技术持续成熟,它们在现代防御体系中的作用预计将不断增强。尽管技术和法规挑战依然存在,但持续的研究正在稳步提升其性能和可靠性。

-机会-

  • 作为常规武器的补充。定向能武器利用能量以光速发射,因此比导弹速度更快,单次发射成本也更低。一些定向能武器几乎拥有无限弹药,只要有电就能发射。

  • 易于分级响应。国防部可以根据任务需求定制定向能武器,从非致命到致命响应。例如,激光聚焦于目标的时间越长,造成的伤害或破坏就越大。

  • 推进其他用途。定向能武器的研发也可惠及民用领域。例如,开发高能激光器可以帮助那些利用定向能将能量输送或“发射”到偏远和贫困地区的项目。

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-挑战-

  • 技术限制。定向能武器距离目标越远,其效力通常越低,而且大气条件和冷却要求也会限制其效力。例如,雾和暴风雨会降低激光束的射程和质量。

  • 战场使用。关于如何以及何时使用定向能武器或常规武器的决定可能具有挑战性。例如,光束更宽的定向能武器(例如高功率微波或毫米波武器)会影响区域内的所有资产,无论是敌方还是友方。 

  • 伦理与健康问题。尽管存在潜在的相关国际法律和准则,但它们对定向能武器的适用性并不总是明确界定。定向能武器对有意或无意暴露于定向能武器的人员的长期健康影响存在不确定性,这引发了人们对使用定向能武器的伦理问题的担忧。

-DEW 开发-

定向能武器从研发到投入使用面临诸多挑战。其有效性会随着距离增加和大气条件恶化而降低。

在作战上,定向能武器的效用可能比最初认为的要有限,因为宽束定向能武器可以同时影响影响范围内的友军和敌军资产,而且它们可能难以对付屏蔽良好的目标或在视线受阻的环境中发挥作用。

此外, 与定向能武器相关的国际规范和法规尚处于起步阶段,并没有提供一个明确的框架来降低其使用风险。此外,现有工业供应链是否有能力大规模生产定向能武器也存在一些悬而未决的问题。 

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-实际应用-

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定向能武器可提供实用的防空和水面防御应用。 

具体而言,它们最适合通过干扰或摧毁电子元件和制导系统来对抗无人机、火箭弹、火炮和迫击炮等速度较慢且成群结队的威胁。定向能武器经常被认为具有导弹防御潜力,包括洲际弹道导弹,但目前此类应用的技术挑战令人望而却步。

定向能武器有可能对抗反舰和对陆攻击巡航导弹等速度较慢的导弹威胁, 其基本逻辑是,定向能武器是一种以较低成本击败不太先进的空中威胁的方式,这样就可以将更昂贵的拦截器留给定向能武器无法可靠拦截的速度更快、更麻烦的弹道威胁。

定向能武器能力也可能用于 对付敌方水面舰艇和自主海上航行器,以及对抗性情报、监视和侦察能力。 

所以为了保家卫国,我们应该也要在发展定向能武器的发展和防卫。

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