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定向能武器崛起,如何重塑21世紀國防格局?
送交者: 嵐少爺 2025年06月02日16:19:22 於 [軍事天地] 發送悄悄話

定向能武器 (Directed energy weapons, DEW) 是一類新興的國防技術,利用聚焦的電磁能或粒子束使系統失效,無需依賴傳統的動能彈藥。

為應對無人機 (UAV)、高超音速彈藥和無人機蜂群等挑戰,定向能武器的發展不斷加速。在這些領域,快速響應和低成本交戰解決方案日益重要。

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百度這樣解釋:定向能武器,又叫“束能武器”,無需使用固體彈丸,而是利用高度聚焦的能量對目標造成傷害在物體表面產生極高的能量密度,從而使敵方的人員和電子設備、武器等受到傷害,產生強大殺傷力的武器。

以其發射的能量的載體不同,定向能武器可以分為激光武器、微波武器、粒子束武器、聲波武器、射頻武器等。它利用激光、微波、粒子束、聲波等的能量,產生高溫、電離、輻射、聲波等綜合效應,從而對目標造成毀傷。

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不同的定向能武器對物體造成毀傷的機制也不同。

激光武器可以依靠高強度電磁波對敵方造成傷害。

不同波長的電磁波造成傷害的機制並不完全相同,

如波長較長的電磁波主要引起熱破壞,而波長較短的電磁波則主要是靠破壞敵方人員、設備等表面的各種化學鍵來破壞目標。

粒子束武器則主要利用粒子束極高的動能對敵方造成毀傷,而聲波武器卻主要依靠自身在空氣中產生的衝擊波在對目標造成毀傷。

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隨着技術的成熟,定向能武器能夠在遠距離上產生精確、可擴展的效應,現正被集成到空中、地面和海上平台中。

這些系統可設計用於多種效果,從非接觸干擾(例如干擾電子設備或拒止敏感區域進入)到通過集中能量傳遞實現材料毀傷。

定向能武器相比常規武器有幾個主要優勢:

定向能武器可以謹慎使用;輻射不會產生聲音,而且如果位於可見光譜之外則是不可見的。

從實際用途來看,光不受重力、風阻和科里奧利力的影響,其軌跡幾乎完美平坦。這使得瞄準更加精確,並將射程擴大到視線範圍內,僅受光束衍射和散射(這會稀釋功率並削弱效果)以及大氣成分的吸收或散射的限制。


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定向能武器在電磁波譜上的位置。

激光的傳播速度為光速,射程遠,適合用於太空戰。

只要有足夠的能量驅動,激光武器就有可能消除彈藥供應方面的許多後勤問題。

根據多種作戰因素,定向能武器在某些情況下可能比常規武器更便宜。

高功率微波武器通常用於削弱和損壞無人機等電子設備,但很難確定具體行為者使用了這種武器。

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新墨西哥州白沙導彈靶場的演示激光武器系統

定向能武器通過將電能或化學能轉化為聚焦的電磁輻射束或亞原子粒子束來工作。

這些光束射向目標,以產生可控的物理或功能性效果。有效運行取決於幾個關鍵因素,包括系統功率、光束質量、大氣條件和精確瞄準,尤其是在攻擊移動目標時。

為滿足這些需求,定向能武器依賴於先進的子系統來實現光束控制、熱管理、大氣補償和高精度目標跟蹤。具體的(毀傷)作用機制因系統類型而異。每種類型利用電磁頻譜的不同部分來實現其預期功能。

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-高能激光器-

高能激光器 (HEL) 是能夠發射聚焦的相干光束(通常位於可見光至紅外光譜範圍內)的定向能系統。

產生的光束非常窄,通常位於紅外到可見光區域,通常一次只用於一個目標。光束可以是脈衝的,也可以是連續的,輸出功率至少為1千瓦。該輸出功率是普通激光筆的20萬倍,足以熔化鋼鐵。

一套完整的高能激光系統包括用於聚焦和跟蹤的光束定向器、能量存儲模塊或發電機等電源,以及熱管理系統。

這些系統利用固態激光器 (SSL) 技術將電能轉化為激光輻射。其中,摻釹釔鋁石榴石晶體 (Nd:YAG)、摻鈦藍寶石或紫翠玉等材料充當增益介質。

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高能激光器以連續波或脈衝模式運行,可提供起始功率為1千瓦(足以損壞或熔化結構材料)的輸出功率。它們能實現快速、低成本的交鋒,並提供可擴展的輸出,但其性能可能因環境因素(如霧、雨或湍流)而降低。

-高功率微波器-

高功率微波 (High-power microwave, HPM) 系統發射微波頻段(通常在10兆赫茲至100千兆赫茲之間)的集中電磁能量脈衝,以干擾或癱瘓電子系統。

與高能激光器不同,高功率微波平台能產生大範圍效應,可同時影響其電磁場作用範圍內的多個電子組件。

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高功率微波武器產生的微波波長比高能激光和毫米波武器更長。這些武器可以產生超過100兆瓦的功率,幾乎是普通家用微波爐的15萬倍。與毫米波武器一樣,由於光束尺寸更大,它們也可以影響多個目標。

這些系統使用速調管、磁控管或其他微波發生器等裝置將電能轉化為高頻脈衝。脈衝通過天線或波導引導,形成聚焦或分布式的電磁場。

高功率微波系統的主要優勢在於其能夠穿透電子屏蔽並影響目標,而無需直接視線。這些特性使得高功率微波武器在癱瘓敵方通信、雷達系統和電子基礎設施方面特別有效。

-粒子束武器-

粒子束武器 (Particle beam weapons, PBWs) 利用高能原子或亞原子粒子(如電子、質子或離子),這些粒子使用線性加速器或回旋加速器加速至接近光速。加速後,這些粒子通過電磁場聚焦並射向目標,通過電離、原子位移和直接動能衝擊來破壞目標的分子和原子結構。

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粒子束武器需要複雜的子系統來實現加速、束流成形和高精度跟蹤。雖然它們提供了一種獨特的高能物質相互作用方法,但這些系統仍處於早期研發階段。電力需求、束流控制和操作穩定性等技術挑戰目前限制了其更廣泛的部署。

-毫米波武器-

毫米波武器 (Millimeter wave weapons, MMWs) 工作在1至10毫米波長範圍內,能發射超過1千瓦的定向電磁能。這些系統發出的高頻輻射主要作用於目標表面層,通過分子激發引起局部快速升溫。

輻射通過迴旋速調管等裝置產生,並通過天線或波導引導至目標區域。毫米波武器以其更廣的能量擴散而著稱—能在特定覆蓋區域內同時影響多個表面或組件。


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雖然主要設計用於非破壞性應用,但高強度照射仍會產生熱效應。毫米波平台可調節的能量輸出和定向控制能力使其非常適合需要可控、短程能量傳遞且最小化物理損害的場景。

-全球定向能計劃-

龍火(英國)

“龍火”是英國主要的激光定向能平台,由英國國防科學與技術實驗室(Dstl)與 MBDA、萊昂納多(Leonardo)和奎奈蒂克(QinetiQ)合作開發。該系統集成了一個配備三個光學孔徑的光束定向器,可支持廣域掃描、中程跟蹤和高精度瞄準。

該系統能產生高能激光束,在1公里的射程內實現亞厘米級精度。每次使用成本估計低於10英鎊,“龍火”展示了低成本、高精度能量傳遞的潛力,為傳統攔截技術提供了一種可擴展的替代方案。

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雷神(美國)

戰術高功率微波作戰響應器(Tactical High-Power Microwave Operational Responder,THOR)是美國空軍研究實驗室開發的一款高功率微波(HPM)系統,旨在應對無人機蜂群等集群空中技術帶來的新興挑戰。它通過發射廣域微波能量脈衝,可同時癱瘓多架無人航空系統(UAS)。

“雷神”系統置於一個20英尺集裝箱內,可由C-130運輸機運送,並且操作員經過最少培訓即可在三小時內完成部署。經過兩年評估,該系統在2023年的野外測試中成功展示了其廣域電子干擾能力。

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太陽神(美國)

集成致盲與監視功能的高能激光器(High Energy Laser with Integrated Optical-dazzler and Surveillance,HELIOS)是由洛克希德·馬丁公司為海上應用開發的60千瓦級定向能平台。它將高能激光交戰能力、光學致盲能力和監視能力集成在一個單一系統中。

“太陽神”以光速運行,憑藉堅固的能量存儲架構設計實現持續使用。其海洋化結構確保了在海軍環境中的持續部署能力,而模塊化設計則支持未來在功率容量和控制軟件兩方面的升級。

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隨着定向能技術持續成熟,它們在現代防禦體系中的作用預計將不斷增強。儘管技術和法規挑戰依然存在,但持續的研究正在穩步提升其性能和可靠性。

-機會-

  • 作為常規武器的補充。定向能武器利用能量以光速發射,因此比導彈速度更快,單次發射成本也更低。一些定向能武器幾乎擁有無限彈藥,只要有電就能發射。

  • 易於分級響應。國防部可以根據任務需求定製定向能武器,從非致命到致命響應。例如,激光聚焦於目標的時間越長,造成的傷害或破壞就越大。

  • 推進其他用途。定向能武器的研發也可惠及民用領域。例如,開發高能激光器可以幫助那些利用定向能將能量輸送或“發射”到偏遠和貧困地區的項目。

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-挑戰-

  • 技術限制。定向能武器距離目標越遠,其效力通常越低,而且大氣條件和冷卻要求也會限制其效力。例如,霧和暴風雨會降低激光束的射程和質量。

  • 戰場使用。關於如何以及何時使用定向能武器或常規武器的決定可能具有挑戰性。例如,光束更寬的定向能武器(例如高功率微波或毫米波武器)會影響區域內的所有資產,無論是敵方還是友方。 

  • 倫理與健康問題。儘管存在潛在的相關國際法律和準則,但它們對定向能武器的適用性並不總是明確界定。定向能武器對有意或無意暴露於定向能武器的人員的長期健康影響存在不確定性,這引發了人們對使用定向能武器的倫理問題的擔憂。

-DEW 開發-

定向能武器從研發到投入使用面臨諸多挑戰。其有效性會隨着距離增加和大氣條件惡化而降低。

在作戰上,定向能武器的效用可能比最初認為的要有限,因為寬束定向能武器可以同時影響影響範圍內的友軍和敵軍資產,而且它們可能難以對付屏蔽良好的目標或在視線受阻的環境中發揮作用。

此外, 與定向能武器相關的國際規範和法規尚處於起步階段,並沒有提供一個明確的框架來降低其使用風險。此外,現有工業供應鏈是否有能力大規模生產定向能武器也存在一些懸而未決的問題。 

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-實際應用-

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定向能武器可提供實用的防空和水面防禦應用。 

具體而言,它們最適合通過干擾或摧毀電子元件和制導系統來對抗無人機、火箭彈、火炮和迫擊炮等速度較慢且成群結隊的威脅。定向能武器經常被認為具有導彈防禦潛力,包括洲際彈道導彈,但目前此類應用的技術挑戰令人望而卻步。

定向能武器有可能對抗反艦和對陸攻擊巡航導彈等速度較慢的導彈威脅, 其基本邏輯是,定向能武器是一種以較低成本擊敗不太先進的空中威脅的方式,這樣就可以將更昂貴的攔截器留給定向能武器無法可靠攔截的速度更快、更麻煩的彈道威脅。

定向能武器能力也可能用於 對付敵方水面艦艇和自主海上航行器,以及對抗性情報、監視和偵察能力。 

所以為了保家衛國,我們應該也要在發展定向能武器的發展和防衛。

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