欧美高能激光武器技术发展概述

　　武器的流行是由它们似乎提供的众多优势推动的。从目标跟踪和参与的便利性，到低参与成本与弹匣深度的极具吸引力的比率。一些海军将这些武器视为未来海战的关键能力。然而，项目在全世界内不同程度的进展也表明，无论是在物理层面、组织层面还是两者兼而有之，都存在一些挑战，而这一点在美国海军（

　　HEL是主流发展中的三种主要定向能武器（DEW）之一，其中还包括高功率微波（HPM）和毫米波武器（MWW）。后者与HPM非常相似，但工作频率更高，光束更窄。每种类型的武器都利用电磁（EM）频谱的不一样的区域来产生各种效果。存在别的类型和子类型的DEW，如粒子束和脉泽，但这些尚未成为主流DEW研究和开发工作的一部分。

　　▲如上图所示，很多类型的定向能武器（DEW）使用电磁（EM）频谱的不同部分对目标产生各种影响

　　首先，与高功率微波（HPM）和毫米波武器（MWW）的分散光束不同，HEL等集中光束允许其用户在更大范围内（尽管仍在视线范围内）对抗目标，或穿透更广泛的材料。通过提高HEL的能量水平，能更加进一步扩大射程，从而增加武器的射程和强度。应该指出的是，增加HPM和MWW的功率也会增加其有效范围。

　　其次，正如法国激光工业公司（CILAS）激光部门负责人阿尔诺·加涅潘表示：“[HEL的集中光束]意味着这些武器通常简单易行，易于在机载集成，因没有色散锥，因此不会对别的设备产生干扰。”HPM和MWW则不然。因此，在作战层面对HEL武器的期望很高。

　　正如2023年8月发布的国会研究服务部（CRS）报告附件《国防部定向能武器：国会的背景和问题》所述，HEL武器预计将比传统替代品具有四个主要优势。

　　第一：短时间接触。HEL武器的瞄准时间几乎是即时的，这在某种程度上预示着与传统弹药相比，不需要仔细考虑弹道学来计算拦截过程。在实践中，这也应转化为在短时间内打击多个目标的可能性，因为不要重新加载或进行另一组计算。

　　HEL武器的第二个显著优势是其预期的对抗机动或敏捷目标的能力。由于这些武器的功能是将光束保持在目标上，因此它们被设计为跟随目标，直到威胁被中和（丧失能力或被摧毁）。300千瓦的HEL可以在大约2.5秒内击败铝壳目标，在不到一秒钟的时间内击败塑料目标。

　　第三：HEL的光束使它们成为高度精确的武器。阿尔诺·加涅潘解释说：“武器将击中操作员的目标”，从而不仅消除了弹道学问题，而且大幅度的降低了附带损害风险。

　　▲一张有关英国龙火（DragonFire）高能激光武器系统在夜间进行交战的彩色照片，HEL倾向于使用红外（IR）波段，因此在现实中，HEL光束通常肉眼不可见

　　最后，使用强度可调的光束可以使武装部队在一个武器系统中产生可扩展的效果。从光电传感器的炫目等非致命效果，到光学传感器烧坏等有限伤害，再到目标的完全中和，HEL武器有望实现理想的可扩展响应。

　　因此，美国武装部队以及世界各地的其他武装部队正在开展HEL开发计划，以应对从无人驾驶飞行器（UAV）和潜在的无人水面潜航器（USV）到弹道导弹和高超音速导弹防御的各种威胁。然而，随着武装部队以截然不同的方式应对HEL武器有据可查的局限性，这些开发计划的时间表和目标水平差异很大。

　　尽管HEL武器具有预期的作战优势，但也存在一些局限性。几十年来正在进行的HEL开发计划，特别是在美国，已经很好地记录了这些局限性。

　　至少到目前为止，HEL的主要局限性之一是它们的范围。这还在于，从本质上讲，光束只能在LoS（瞄准线）范围内工作。除此之外，这些系统容易受到大气条件的影响，因为HEL在电磁（EM）波长光谱的红外端起作用。因此，正如国会研究服务部（CRS）报告中所指出的那样：“大气中的物质，特别是水蒸气，还有沙子、灰尘、盐颗粒、烟雾和其他空气污染，会吸收和散射光线，大气湍流会使激光束散焦。”

　　船载系统可能比陆基系统更需要应对水蒸气的问题，水蒸气也会吸收激光。然而，随着这些系统的发展，海军将能找到减轻这些影响的解决方案——例如，CRS报告提到了设计激光武器以发射受水蒸气影响较小的波长的可能性——但整体性能将继续降低。该报告还提到，使用自适应光学器件对光束进行连续快速调整，以应对大气干扰，在更广泛的条件下保持光束的功率。

　　迄今为止的另一个关键限制是尺寸、重量和功率（SWaP）。为了使HEL武器成功地使大型和潜在的硬化目标失效和/或中和，需要更大的功率来发射更强的光束。然而，更多的电力将不可避免地影响系统本身的大小和重量，进而影响其在主机平台上的占地面积——体积和电力需求。

　　这些众所周知的局限性解释了为什么迄今为止，法国HELMA-P和英国龙火（DragonFire）等欧洲计划主要侧重于100kW级的激光波束，用于消除无人机、火箭和简易爆炸装置（IED）等较小目标。

　　▲2023年6月，法国采购局（DGA）、CILAS和法国海军成功地在法国海军的地平线级护卫舰福宾号上进行了HELMA-P的第一系列测试

　　目前，该系统由三个模块组成，每个模块约1立方米：带所有电气装置的激光发生器、冷却系统和炮塔——诚然，炮塔甚至小于1立方米。它直接从舰船的系统中获取电力和冷却。

　　阿尔诺·加涅潘指出：“在实践中，这在某种程度上预示着我们的系统很容易集成到任何船只上，从护卫舰到航空母舰。”。一旦它从舰艇的指挥和控制（C2）系统收到目标指定，它就可以自主跟踪、交战和消除威胁——总是有人在回路（Human-in-the-loop）。

　　目前，该系统专门用于对抗小型和微型无人机。除此之外的所有的事情都需要更加多的电力，并且不可避免地会导致并非所有船只都能承受的巨大电力浪涌压力，或者至少在所有其他系统都运行时不会。阿尔诺·加涅潘总结道：“但我们正在与法国海军和其他武装部队密切合作，继续扩大我们的系统，使其能够应对更大、更坚固的目标。”。例如，这将包括无人驾驶汽车、导弹，以及可能（最终）使用激光对抗卫星。

　　HELMA-P于2023年6月在法国采购局（DGA）成功演示，当时它是在地平线）上安装和运行的。首批系统计划于2025年中期交付，尽管阿尔诺·加涅潘无法评论法国海军是否会收到任何系统，但他提到“从一开始就有足够的系统供所有服务使用”。CILAS正在与阿丽亚娜集团合作，并准备扩大生产。

　　在英国，“龙火（DragonFire）”高能激光武器计划也在向前推进，英国国防部最近宣布再次承诺在2030年代之前部署该武器。龙火是由欧洲导弹集团（MBDA）领导的财团开发的50千瓦级HEL演示器，包括Leonardo（负责光束引导器）和Qinetiq（负责激光源），可能会安装在陆地和海军平台上。

　　▲英国的龙火（DragonFire）高能激光武器系统提供了有效的超短程防空（VSHORAD）能力的前景，而每次射击的成本只是传统替代品的一小部分

　　与HELMA-P类似，龙火（DragonFire）原型演示器由三个独立的单元组成：一个C2舱、一个热电厂和一个激光效应器容器。这些单元的大小仍然未知，尽管作为演示器，它的占地面积似乎比上述法国MBDA系统稍大。根据英国国防部的一份相关新闻稿，“龙火”原型演示器于2023年底在英国国防部的赫布里底群岛靶场成功进行了测试，展示了其“在距离上以非常高的精度跟踪移动的空中和海上目标”的能力。

　　尽管国防部表示打算将投入使用日期从2030年代初提前，但目前还没有宣布确切的交付日期。到目前为止，还没明确的计划来确定哪些船只将配备这些武器，但皇家海军的45型驱逐舰和26型护卫舰已被视为可能的候选者。

　　因此，这两个欧洲项目都在快速推进，并开始在短期（法国）和中期（英国）部署100千瓦级HEL武器。这表明希望尽快开始将HEL作为补充武器系统投入到正常的使用中，作为分层防御的一部分。它还将有利于慢慢地发展作战概念。

　　在大西洋彼岸，HEL的格局不一样，美国多年来在持续发展上花费的数百万美元引起了极大的批评。2024年1月，在华盛顿特区举行的水面海军协会活动中，美国海军水面战需求主管里德·派尔上将（Fred Pyle）成为头条新闻，他说：“我对定向能武器的速度不满意。我们一定要兑现这项技术给我们的承诺。”

　　美国海军在向其许多水面舰艇部署HEL武器方面缺乏稳定进展，这最能说明这些武器计划的局限性。这些在美国政府问责局（GAO）2023年4月发布的一份报告《定向能武器——国防部应专注于过渡规划》中有很好的记录，最好的总结可能是这样一句话：“几十年来，国防部一直优先投资于技术的早期研究和开发。”这导致缺乏远见，因此难以与成熟的采购计划竞争资金。

　　这反过来又导致国防工业基地的代表对在没有明确政府承诺的情况下投资开发HEL技术表示担忧。正如美国政府问责局的报告所指出的那样，主要的问题是由于DEW或关键技术缺乏商业应用，无法利用商业产品。这不可避免地导致行业合作伙伴的高开发成本。

　　相比之下，英国的龙火（DragonFire）高能激光武器联盟一直在沟通，它正在利用COTS（商用现成品或技术）向前发展，随后将努力加固材料或寻找替代品，从而推动该计划的进展。

　　过渡工作缺乏远见也导致国防部缺乏对DE武器计划和加强工业基础的稳定资金。这样的一个问题在全球多个国防部门都很明显。2024年7月30日发表在《麻省理工学院技术评论》上的一篇论文“美国及其盟友如何重建经济安全”就是例证。根据他们对无人机制造的分析——这是目前另一项“热门”技术——解释说，许多欧洲国家已经导致其制造基地向东下滑，这在很大程度上损害了其生产关键能力的能力。

　　另一个问题是美国海军开发和过渡HEL技术的过程。基于海军科技界与综合作战系统项目执行办公室（PEO）之间的合作伙伴关系，该合作伙伴关系仅非正式地记录了开发界的武器使用数据。再加上这些武器的战术和作战概念（CONOPS）仍在开发中，缺乏关于研发人员和用户之间开发迭代的正式记录可能会大大减缓工业化和采用。

　　其中许多问题主要源于这样一个事实，即美国海军正在寻求实现更高功率的HEL，但未能成功地将者整合到船上。与此同时，工业产能不足，无法在那些被证明有用的系统上增加生产活动。因此，到目前为止，美国海军已经经历了四个HEL项目，但覆盖范围有限，有时影响也有限。

　　固态激光技术成熟（SSL-TM）最终于2019年在波特兰号航空母舰上安装了150千瓦级激光武器系统演示器（LWSD），该计划将于2024年结束。海军光学炫目（ODIN）旨在用60千瓦级激光致盲无人机，目前仅部署在7艘阿利·伯克II型驱逐舰上。另一种60千瓦级激光器，即集成光学眩光和监视的高能激光器（HELIOS），尽管旨在用于眩光和拦截，但有可能增长到120千瓦，于2022年安装在阿利·伯克级驱逐舰“普雷布尔”号上，并于2023年进行了海试，但计划接着来进行测试直到2028年。

　　最后，旨在达到300千瓦功率水平的高能激光对抗反舰巡航导弹项目（HELCAP）将在2028年之前进行实验，尚未安装在任何船只上。因此，关于如此大的电力和冷却需求的可行性问题在很大程度上仍然未知。

　　HEL武器可能有很多希望，但它们仍然面临的局限性意味着最明智的前进道路是渐进式进化。正如法国和英国的计划所表明的那样，努力将较小的HEL部署到更多的平台上，将其作为分层防御方法的一部分，为工业、武装部队及其平台提供了更多的适应时间。

　　另一个有必要注意一下的例子是以色列拉斐尔公司的铁束（Iron Beam）高能激光武器系统，这是一种100千瓦级武器，旨在补充以色列较低级别的防空和导弹防御系统。它可能是所有提到的最接近作战部署的产品，制造商预计以色列国防军（IDF）将在2025年底部署它。

　　▲以色列拉斐尔公司开发的铁束（Iron Beam）高能激光武器系统可能是其竞争对手中最接近实战的

　　美国海军以及其他美国军种可能着眼于更大的系统，这些系统有望为弹道导弹威胁提供灵丹妙药——这一预期尚未被证明是正确的——但与此同时，它未能正确应用现存技术。因此，不仅作战概念没取得进展，而且该国的工业基础也没有准备好满足海军的要求。

　　阿尔诺·加涅潘总结道：“今天，我们正在努力部署激光武器，同时也在为未来做准备，因为我们大家都希望赋予它们更多的力量，并将其整合到更多的平台上。”。也许这种“缓慢但肯定”的方法确实是通往高能激光（HEL）的最可靠的高速公路。