美军正处于定向能兵器研制的要害时期

　　【导读】本文编译自美国国防大学《棱镜》杂志2020年1月刊。作者亨利·奥伯林，原美国防部导弹防护局局长，空军中将（已退役），现任美国博思艾伦汉密尔顿控股公司（Booz Allen Hamilton）执行副总裁兼定向能首席专家。文章以为，定向能技能正敏捷老练，美国在展开定向能兵器方面已有深沉堆集，现在处于要害时期。美国有必要投入更多资源最大极限展开和布置这种作战才干，防止重蹈高明声速兵器展开滞后的覆辙。

　　在1951年的科幻电影《地球停转之日》中，咱们看到了威力强壮的射线枪，它们汽化了步枪乃至坦克。电影《星球大战》描绘了各式各样的定向能兵器，从手持式光剑到飞船上的巨型激光炮。

　　定向能兵器究竟是什么？这些兵器只存在于科幻小说、实验室，仍是实在存在？怎么运用它们，它们的损坏性有多大？定向能兵器面对的应战和下步方法是什么？本文将对这些问题逐个做出答复。

　　依据美国防部《联合出版物3-13电子战》，定向能被描绘为：“是发生电磁、原子、亚原子粒子会集能量束技能的总称。定向能兵器是一种体系，首要运用定向能作为一种直接手法来禁用、损坏或炸毁敌人的配备、设备和人员。定向能作战是指运用定向能兵器、设备和对策的军事行动，可直接损坏或炸毁敌方的设备、设备和人员，或经过损坏、炸毁和中止敌方设备设备来中止、运用、削减或防止其运用电磁波谱。”

　　定向能兵器包含高能激光、大功率射频或微波设备，以及带电或中性粒子束兵器。微波和激光都是电磁波谱的一部分，其间包含光能和无线电波。其差异是能量的波长和频率。虽然它们都是电磁波谱的一部分，但激光和微波兵器的作战运用和毁伤作用却大不相同。

　　想想激光笔和手电筒的差异。激光是单色的相干光，而手电筒是广谱光。由于激光的相干性，它可以在很远的距离内坚持聚集，乃至射入太空数千英里。但关于激光兵器，与其用激光笔来考虑，不如在大脑中将其幻想成一个强壮的长途喷灯。

　　激光器可分为气体激光器、固体激光器和混合激光器。现在完结兵器化的激光器包含固态复合光纤和晶体板激光器以及混合激光器。光纤激光器的活性介质是掺有稀有元素（一般是铒）的光纤。平板激光器代表一类高功率固体激光器，其间激光晶体呈平板状。混合激光器，如二极管泵浦碱激光器，运用微量气体与半导体二极管阵列的组合，然后完结更高功率和功率。

　　定向能兵器的损坏力（杀伤力）来源于一段时刻内转移到方针上的能量。这种会集能量可以发生从非丧命到丧命的各种影响。例如，激光可以在几秒内切开钢、铝和许多其他资料。它可以十分有用地导致压力容器爆破，如导弹推动剂和氧化剂罐。它可以损坏、降级或致盲许多包含传感器和电子设备的体系。关于高能激光器，杀伤力取决于激光的输出功率、光的纯度和浓度（光束质量）、方针距离、坚持激光在方针点上的才干（颤动操控和盯梢）、以及大气环境。关于终究一个要素，激光频率和交兵高度将对其影响程度发生严峻影响。激光能量可以以接连波或脉冲方法发生，这也影响其杀伤力。高能激光器（HEL）的均匀功率从几千瓦到几兆瓦不等。

　　高功率微波（HPM）和高功率毫米波兵器发射的电磁能量束一般在10兆赫到100千兆赫频率规模内。与激光相同，高功率微波兵器可以以脉冲或接连方法运用，并用“峰值”或“均匀”功率进行分类。大多数高功率微波是依据射频能量的短脉冲，其峰值功率是重要方针。兵器体系的天线增益也十分重要，当与射频源功率结合运用时，发生兵器的有用辐射功率（ERP）。依据兵器的具体状况和运用方法，有用辐射功率可达数千亿瓦乃至更高。接连波体系运用高均匀功率来进犯方针，功率一般在50-100千瓦到几兆瓦之间，其有用辐射功率首要取决于天线和孔径。

　　简直每个人或许都经历过微波设备的“杀伤力”，当他们无意中把金属物放入微波炉，就会看到火花四溅。相同的能量可以以更高的功率发生兵器作用。微波能经过许多途径和进口穿透电子体系。假如微波能穿过方针的天线、顶部或其他传感器的开口，那么这个途径一般被称为“前门”。假如微波穿过裂纹、接缝、尾线、金属导管或方针的封口，那么这个途径就被称为“后门”。

　　在兵器运用中，微波的杀伤力取决于功率和距离，但能量束往往更大，并且对颤动的敏感度比高能激光器低。高功率微波的杀伤力也受大气条件影响，但比高能激光兵器受影响程度小得多。高功率微波兵器的杀伤力一般以其拒止、降级、损坏或炸毁方针的才干来描绘。

　　“拒止”的界说是，在不危害体系的状况下消除敌人作战才干的才干。微波兵器经过构成敌方针体系内某些中继和处理电路毛病来到达这一成果。例如，高压电线可导致轿车无线电静电和失真，但不会构成耐久危害，当轿车脱离这一区域后，毛病便会消失。因而，“拒止”才干不是永久的，受影响的体系可以轻松康复到曾经的运转状况。

　　“降级”的意思是消除敌人的作战才干，并或许对电子硬件体系构成最小损伤。该才干的比如包含信号掩盖或刺进、电源循环（以不规则距离重复开关电源）以及导致体系“确定”。这些影响也不是永久的，由于方针体系将在指定时刻内康复正常运转。大多数状况下，方针体系有必要关机并重启，并或许需求稍做修理才干再正常运转。

　　“损坏”的概念是对敌人的通讯设备、兵器体系和硬件子体系构成中等程度的损伤，意图是在必定时刻内使敌人丧失才干。例如损坏单个组件、电路板或台式核算机的“主板”。依据进犯的严峻程度和敌人确诊、替换或修理才干，这种损坏或许发生永久性影响。

　　终究，“炸毁”的概念是指对敌人的功用和体系构成灾难性和永久性损伤的才干。在这种状况下，假如敌人要将作战状况康复到任何程度，就有必要完全替换整个体系、设备和硬件。

　　定向能兵器除了能对敌方针发生规划效应外，还有许多超卓的固有特色。首要包含：

　　定向能兵器在美国的研制组织、国家实验室和工业部门现已展开了数十年。那么它离兵器化还有多远呢？

　　在前期版别的激光兵器中，光是经过化学反应发生的。2000-2005年间，一台化学激光原型机在野外测验中成功炸毁了飞翔中的46枚火箭、炮弹和迫击炮弹。但是，这些激光器一般又大又重。在20世纪90年代末和21世纪初开发的兆瓦级机载激光需求一架747飞机来装载设备。六个激光组件都像小轿车般巨细，化学品储罐、光学作业台、操控设备和管路装满了整架飞机。2010年，在飞翔测验期间，机载激光击落了两枚处于助推阶段的导弹（固体和液体推动），这证明了激光对导弹方针的杀伤力。咱们证明了这项技能的有用性，但其尺度、分量和电力要求使激光兵器无法实战化运用。

　　现在，固态电激光器（包含光纤）和混合激光器正在被开发，它们更轻更小。技能的行进行进了杀伤力，并减小了激光器的尺度、分量和电力要求；一起高明声速兵器等要挟的呈现，使动能兵器处理方案存在问题。这两个要素相结合，导致高能激光器和定向能兵器被各兵种广泛选用并与《美国国防战略》坚持一致。

　　近年来，美水兵在“庞塞”号海上行进集结基地布置了一种30kW级固体激光兵器体系（LaWS）原型机。它可以损坏或炸毁快速进犯艇、无人机，并被用于情报、监督和侦查（ISR）。该体系被集成到舰艇上后，规划和开发人员开始估量它每天作业几个小时。但在2011-2014年的三年布置期间，它简直昼夜不停地以ISR形式作业。

　　美航母战役群可以进行力气投送，因而维护航母战役群具有战略意义。美水兵正在经过“水兵激光体系宗族”（NLFoS）项目进行原型机的开发，布置的激光器从低功率的激光眩目器到可以炸毁反舰和高速巡航导弹的高功率激光器。“水兵激光体系宗族”还包含：估量2021年布置60千瓦“HELIOS”激光器（集成了光学眩目器和监督功用的高能激光），可以焚毁小艇和击落无人机；SSL-TM激光器（固态激光技能老练体系），它终究将成为“波特兰”号两栖船坞运输舰（LPD-27）上的150千瓦激光兵器；此外还有ODIN（水兵光学眩目），也将布置于驱逐舰。

　　美陆军也在活跃开发和布置定向能兵器，作为其防空和导弹防护现代化优先展开事项。其间，美陆军要点运用高能激光器来供给直接火力维护才干（IFPC）和机动近程防空才干（M-SHORAD）。陆军快速才干和要害技能办公室（RCCTO）正在将定向能面向部队。在曩昔的5-7年中，该办公室一直致力于美陆军定向能兵器的建造作业，包含将50千瓦激光器布置于四辆“斯特瑞克”步卒战车，使其构成排级作战才干，作为机动近程防空才干的一部分，为旅级战役队供给支援。

　　一年前，美陆军在德国联协作战评价及相关作业中，对5千瓦激光器进行了测验，这是在“斯特瑞克”上加装50千瓦激光器的前期作业。2018年3月，美国博思艾伦汉密尔顿公司（Booz Allen Hamilton）和战略与预算评价中心（CSBA）在华盛顿联合举办了“定向能兵器峰会”。美《防务新闻》周刊封面刊发了美陆军G3战略方案欧洲担任人丹尼斯·威尔上校的讲线“斯特瑞克”骑兵团（由位俄克拉荷马州锡尔堡的第7陆军练习司令部和美陆军火力杰出中心担任保证）在德国南部格拉芬沃尔练习基地运用5千瓦“移动远征高能激光演示机”施行了实弹射击。这仅仅是未来几年在4辆“斯特瑞克”步卒战车布置50千瓦激光器方案的初步。

　　在近期抵触中，美陆军运用水兵和空军开发的高功率微波兵器对立简易爆破设备（IED）。这些爆破设备可以损坏轿车、货车或船舶的发动机。微波兵器在检查点阻挠车辆逃跑十分有用。

　　2017年，美空军部长和参谋长签署了定向能飞翔方案，为美空军展开和布置高能激光器和高功率射频兵器拟定了路线图。该方案包含一个旨在测验机载高能激光器对立地空和空空导弹要挟的项目。相似于美陆军快速才干和要害技能办公室和美水兵加快收购（AA）流程，美空军运用空军研讨实验室的定向能理事会（AFRL/DED）和空军战略展开规划与实验办公室（SDPEO），加快构成作战才干，处理定向能飞翔方案中的要害才干距离，首要包含：行进基地防护、准确冲击和飞机自我防护。此外，美空军与水兵正在联合开发一种高功率射频兵器——高功率联合电磁非动能冲击（HiJENKS），可对电子、通讯和核算机网络施行进犯。最近，美“军事”网站刊文报导，美空军在新墨西哥州白沙导弹靶场进行高功率微波兵器测验，成功击落多架无人机。美国雷声公司副总裁托马斯·布辛在新闻发布会上标明，“经过数十年的研讨和出资，咱们信任这些先进的定向能配备将很快投入实战。”

　　在美国防部展开的项目中，最具远景的是由导弹防护局（MDA）领导的定向能兵器项目。该项目研制一种高功率激光器，终究布置于天基途径，可在来袭导弹的助推/上升/半途阶段对其进犯。这种激光器的功率为兆瓦级，射程可达数百英里。这项作业的榜首步是为行进功率和光束质量供给资金，用于组合光纤激光器和混合激光器。跟着核算才干的明显行进，这些激光器代表了机载激光技能的飞速行进。激光二极管、光纤放大器、电池和电源办理、热操控及光学体系也愈加先进。

　　美国将很快具有出产兆瓦级激光器的才干，其巨细、分量和体积都适合于高空飞机或天基途径。在国防部尽力开发和整合这些技能时，许多作业应同步完结，如资料、发电、热操控等方面的改进。但是，多样化的使命、途径和施行环境需求进行继续的兵种差异化开发。例如，水兵舰空激光器与空军的空空体系有不同要求，也与天基导弹防护体系有不同要求，因而需求不同的技能考量。应以使命为牵引进行规划研制，这样才干在从技能到实战的比赛中一直占有先机。

　　定向能兵器在应对当时应战中的一些运用现已有所描绘，例如阻挠在国际水域打扰美舰的敌小型舰群，或许阻挠带着简易爆破设备的车辆。另一个比如是，高能激光可以维护行进布置的部队和基地，使其免遭带着爆破设备无人机群的进犯。

　　让咱们把这些运用略微扩展一下。美国导弹防护体系可以防护朝鲜的核弹道导弹要挟，但无法防护别的一个要挟——14000门大炮和火箭炮摆放在韩朝边境，首尔与其1000万居民将坐落冲击规模之内。幻想一下，假如布置一套由高能激光和高功率微波兵器组成的多层次归纳体系来抵挡这些要挟，朝鲜半岛的地缘政治格式将发生怎样改动？

　　视野转向空军，美国耗资数十亿美元研制战役机和轰炸机的隐身技能，防止雷达勘探并被地空导弹瞄准。假如美国在其飞机上布置反导弹激光器，击落向其发射的导弹，状况将会怎样？而实际上，美国将为一切飞机供给“相似隐身”的才干。

　　最近发布的《导弹防护评价陈述》，是近十年来美国导弹防护战略的初次更新。该陈述提出了一个赋有远见的方案，主张导弹防护局研制布置天基激光器阻拦弹道导弹。天基激光器不只将对美国的太空防护才干发生深远影响，对美太空作战才干也能发生活跃影响。它不只可以在敌弹道导弹的助推/上升和半途阶段进行防护，也可以防护敌反卫星兵器对美首要天基配备的进犯。

　　定向能兵器也可以在防护高明声速兵器方面发挥要害作用。美国防部主管研讨与工程的副部长迈克·格里芬博士将高明声速兵器描绘为美国头号要挟，敦促美国开发此类兵器并对其防护。2018年3月6日，在一次讲演中他标明，“关于那些支撑其他首选事项和技能的人，我感到抱愧。我并非不支撑，但有必要要有榜首，而高明声速是我的榜首挑选。”

　　高明声速兵器有两种，助推滑翔兵器和空射高速巡航导弹。助推滑翔兵器在弹道导弹上发射，然后开释滑翔至方针。空射巡航导弹在飞翔进程中运用超燃冲压发动机或火箭供给动力。这些高速导弹的飞翔速度为马赫数5乃至更大，并且可以以这种速度机动，包含改动轨道、航向和高度。因而，现在布置的弹道导弹防护体系将无法有用防护这些非弹道导弹要挟，没有针对这些兵器的“银弹”防护，因而有必要选用一种体系方法进行防护，而定向能兵器可在这方面发挥重要作用。

　　由于这些兵器是机动的，美国需求准确盯梢高明声速导弹的整个飞翔进程。完结这一方针的仅有经济有用的方法是运用天基卫星。展开高明声速也将是美防务架构的一个挑选。依据以往经历，的速度有必要是其防护方针的3倍，才干机动炸毁方针，因而高明声速动能有必要到达马赫数15乃至更高。

　　定向能兵器的最大特色之一是它以光速运转。因而，关于以25倍声速飞翔的高明声速兵器，高能激光可以约35000倍的速度进犯它。这也使得定位和盯梢变得更简单。天基高能激光特别可以在助推滑行高明声速导弹的助推/上升阶段发挥作用，在弹道前期即可将其炸毁。以高明声速飞翔，这些兵器有许多可被定向能兵器运用的缺点。因而，高能激光器和高功率微波也可在上述两种高明声速导弹的中/末段发挥作用。

　　定向能兵器不再仅仅科学幻想。它们实在存在并敏捷老练。在未来几年，美陆、海、空军都方案加快展开和布置这些兵器。它们将被布置在车辆、飞机、直升机和舰艇上。即使是对定向能兵器最保存的商场预测也标明，美国在未来10年将花费近300亿美元。它们不会应对一切应战，也不会替代动能兵器，但它们是对立特定要挟并在陆地、空中、海洋和太空中占有主导地位的重要辅佐手法。美国具有技能、资源、人才和基础设备，可以开发布置定向能兵器，应对当今和未来要挟。仅有的问题是，美国及盟国能否在对手之前获得这种优势。

　　美国在展开定向能兵器方面已走过一段长路，现在正处于要害时期。该技能敏捷老练，简直只要定向能可以应对的要挟也正在出现，作战人员对该技能纷繁标明支撑。但是，虽然经过几十年的展开，定向能兵器的危险已明显下降，但其在本钱、进展和功能方面的危险、应战和约束依然存在。

　　例如，湍流、霾、云等气候条件会影响激光的功能，但有方法处理这些问题。首要，挑选激光波长有助于减轻这种影响，由于不同的波长在大气中的体现各不相同。当然，在高海拔或太空运用的激光，大气对其简直没有影响。此外，一种被称为“自适应光学”的技能已展开多年。在这种状况下，激光兵器体系会感应大气状况，然后运用快速转向镜，在主激光束脱离兵器时依据与方针之间的大气状况将激光束变形，就像一对透镜相同，将光束从头聚集于方针。在许多状况下，添加激光功率和改进光束质量也有助于削减大气影响。

　　当今的激光体系，在尺度、分量和输入功率方面依然存在一些问题，特别是在热操控和功率办理方面。但这些范畴也已获得严峻进展，特别在电动轿车行业。此外，受远距影响，运用激光兵器时为防止误伤己方，作战人员需求新的态势感知和战役办理工具。而核算才干和人工智能的行进可为这些才干供给协助。

　　虽然定向能体系的开发本钱或许很高，但有几个要素可下降这些本钱，或至少在生命周期内可供给更好的出资报答。如上所述，定向能兵器的展开可以运用在处理器、电能发生和办理、乃至激光子体系本身所获得的行进。

　　此外，定向能兵器的“单发本钱”或许比当时的动能兵器廉价一个数量级。假如美国对来袭弹头发射动能阻拦弹，将耗资数千万美元，为获得最大成功几率，或许发射多枚阻拦弹。相比之下，高能激光可以用一个“弹匣”消除多枚导弹，而本钱只占动能兵器的极小部分。此外，当你运用一个电源开战时，可为另一个电源充电，然后根本完结不间断作战。

　　更为重要的是，实力适当和近似适当的对手正以惊人速度展开这些兵器。美国有必要为这些才干的开发和布置供给资源，防止重蹈高明声速兵器展开滞后的覆辙。为最大极限行进布置定向能兵器的才干，美国应采纳以下十项方法：

　　1.行进功率和光束质量。国防部应大幅行进激光功率和光束质量，并开发高功率小型微波兵器。这些才干的老练速度并不受“技能约束”，而是受“资金约束”，因而美国应为定向能兵器展开供给足够资金。每年投入应坚持在30亿美元或更高水平。

　　2.减小尺度分量和电力要求。应尽力减小定向能兵器的尺度、输入功率、分量和本钱要求。由于对这些方针要求最高的是导弹防护范畴，因而导弹防护局的激光项目应得到足够的资金支撑，以行进高空和天基激光器的功率水平。

　　3.开发战术决议计划辅佐工具。国防部应为作战人员供给战术决议计划辅佐体系，以保证其知道怎么以及何时运用这些兵器。这将大大增强作战人员决心，使其信任这些兵器将有用对立多种要挟。这些辅佐工具应包含作战效能攻略，相似于动能兵器的《联合弹药效能手册》。

　　4.行进对杀伤力的了解。国防部长办公室应赞助一个项目，广泛行进对微波和激光兵器杀伤力的了解。虽然国防部已做很多作业，但还应展开深化研讨，行进对激光和高功率微波在各种气候和大气条件下的杀伤力和可靠性的了解。这项研讨还应聚集怎么最大程度削减顺便危害。

　　5.加快收购速度。国防部应采纳十分规做法加快获得定向能才干。在2018年3月举办的第9届美国年度防务项目会议上，美国防部副部长格里芬博士介绍，一项新技能从提出需求到布置估量需求16.5年。但也有时刻被大幅缩短的比如，如水兵针对要害使命才干的“快速原型样机实验和演示”（RPED）项目，以及导弹防护局特别收购授权的运作运用。国防部应运用此类快速流程进行定向能兵器的开发布置。

　　6.许诺长时刻展开。国防部有必要开释将长时刻展开定向能兵器的信号，这样工业部门才会知道未来几年其产品将有商场。为此，国防部应鼓舞工业部门作为一、二、三级供货商，支撑国家不断增加的需求。

　　7.建造测验基础设备。国防部应供给所需的定向能兵器测验基础设备，特别是当定向能兵器可以完结更远射程时。该设备应具有快速空域抵触处理才干。

　　8.加强技能协作。参加定向能开发的各方应继续坚持沟通。经过参加定向能专业协会（DEPS）和高能激光联合技能办公室（HEL-JTO）的相关作业，科技界在沟通协作方面已获得严峻进展。国防部需求对可布置激光器提出更清晰的要求。一起，工业部门有必要与国防部及其领导层深化对接，行进对立异激光兵器才干的了解。

　　9.展开相关训练。国防部有必要优先考虑作战人员的训练问题。但现在没有树立训练途径，这是由于激光和微波兵器还没有正式的项目记载（POR）。一旦项目立项，就有必要展开训练。为了协助立项，国防部应鼓舞兵棋推演和作战剖析，研讨并说明激光兵器的战场优势。

　　10.行进指控功率。国防部应调整指挥操控功能，以应对比如高明声速兵器等快速展开的要挟。缩短防护体系的交兵时刻或许需求集成人工智能，以便更好运用定向能兵器供给的光速交兵才干。

　　这些都是定向能原型样机带给作战人员的启示。在陆、海、空、天等一切范畴，只要定向能兵器——这个世界上最具出路的技能才干，可以维护美国的国家安全。应该紧记的是，美国的对手从未中止过展开定向能兵器的脚步。