在軍事領域，定向能技術可謂一項變革性技術。與子彈、導彈等常規動能武器對目標實施物理打擊不同，定向能武器使用集中電磁能量以光速對目標實施破壞性或淪陷性打擊。此外，與動能武器相比，定向能武器使用成本低廉。在大國競爭的軍事戰略主導下，美軍將定向能武器作為優先投入以獲得長期有利競爭的新興技術。2023年5月，美國防部釋出【國防科技戰略】，將定向能武器列為美軍科研工作的重點和投資的十四大關鍵技術領域之一。過去幾年，美國防部每年花費10億美元用於定向能武器的開發，計劃將其與動能武器相配合，與傳感器、地空導彈、指控系統構成綜合分層防禦體系，應對包括無人機、巡航導彈在內的一系列威脅。
何為定向能武器
自20世紀60年代起，美國防部就一直致力於套用電磁能量打擊、摧毀敵人的武器、裝備、器材和人員。定向能武器包括兩大類：高能激光和高功率微波。兩者都使用電磁能量打擊目標，區別在於高能激光使用一束或多束能量聚焦單個目標，以損壞傳感器或透過提高局部溫度摧毀目標。高能激光系統包括：自適應光學元器件，用於代償大氣幹擾的影響，提升武器射程；精密傳感器，用於辨識和追蹤目標；先進的熱能管理系統，用於冷卻武器；軟件模型，用於輔助確定瞄準點。高功率微波發射能量波，可以同時擾亂或破壞整個目標區域內多個目標的電子元件。高功率微波系統包括：電容器，用於儲存、釋放能量；天線，將微導波向目標區域；真空裝備，用於減少器材內殘留的氣體量，保障高功率微波的生成。
定向能武器的潛在優勢
發射成本低：盡管有些定向能武器前期成本高昂，但其單發成本可低至每發1—10美元，而防禦性導彈每次發射成本可能高達數百萬美元。
彈藥充足：電能充足、熱能管理系統運轉正常的情況下，定向能武器可以實作無限次發射。
殺傷力強：高功率微波可瞬時擊毀大量目標，其殺傷力可以媲美成百上千枚炮彈。
高功率微波和高能激光防禦設施概念描述
定向能武器的局限性
射程受限。定向能武器受距離影響較大，距離越遠，殺傷力越小。就高能激光武器而言，距離會導致光束扭曲，空氣中的粒子和水蒸氣都會對能量造成消耗。
受環境因素影響較大。風亂流強度過大時，高能激光武器殺傷力大幅降低。空氣中的粒子和水蒸氣會吸收或扭曲高能激光光束。
部件易受損。高能激光武器透過光學透鏡和離鏡發射光束，這些光學元件極易受到汙染或損壞。
美軍參與定向能武器研發和測試的部門
美軍定向能武器研究現狀
美國防部和軍事機構采取多項措施促進定向能技術研發，包括協調多部門合作，制定發展規劃，建造啟用實驗室，進行仿真推演和測試實驗，制定審查程式等，加速定向能實戰技術套用。
多部門協作推進定向能技術研發。2021年釋出的定向能發展路線圖中，美國防部詳細明確各部門之間應合作研發、互為補充、共享成果、共同應對挑戰。為此，美國防部成立定向能聯合轉化辦公室，其職責包括：加速定向能武器能力開發與部署；為相關演示驗證提供建議；支持定向能能力需求的制定和驗證；協調美國防部範圍聯合定向能投資組合。此外，美國防部還成立多個定向能專項工作群組，工作群組由美陸軍、美海軍、美空軍代表組成，其目的是：分析和評估各部門現有及正在研發中的定向能技術；制定共享現有技術和研發成果策略；明確實驗和部署策略；系統分析定向能武器系統殺傷力。
高能激光和高功率微波圖解
目前，明確定向能發展需求，並參與研發和測試的部門和組織多達數十個。
最佳化測試程式和技術。為了有效測試定向能武器，測試資源管理中心投資建設必要的測試基礎設施，釋出並逐年更新定向能測試路線圖。測試路線圖明確了對測試基礎設施、先進儀器和代表現代威脅的測試目標進行優先投資。
制定定向能武器審查流程。美國防部制定了定向能武器審查和批準程式，所有原型機在部署前都要接受審查。定向能武器審查組由各軍事機構代表、美國防部長辦公室和聯合參謀部構成。審查要求作戰司令部明確定向能武器使用的作戰概念，並對定向能武器的有效性、殺傷力、可接受性、可行性進行審查，確定武器是否達到預期目標。
多措並舉提升定向能武器效能。過去十年間，美國防部研發並測試了20余種定向能武器系統。美陸軍、美海軍、美空軍在研發定向能武器系統方面均有不同程度進展。應對無人機方面，美國防部對10-60千瓦級功率的高能激光武器進行多次實地演示，結果顯示，與傳統動能武器相比，高能激光武器在打擊無人機方面有不可比擬的優勢。傳統動能武器造價高昂，爆炸產生的氣流和彈片會不可避免地造成附帶損傷。而高能激光武器價格低廉，能夠對無人機實施精準打擊，避免造成附帶損傷。美國防部一直致力於加大激光武器功率，提升效能，應對更廣泛的威脅。早在2019年，美國防部就釋出了「高能激光縮放計劃」，該計劃明確提出透過提高輸出功率、改善激光能量質素、開發高效能源和激光生成系統來提升定向能武器效能、擴大武器任務範圍。此外，美國防部和其他軍事部門還開發了一系列高功率微波裝備，用於應對導彈或無人機蜂群攻擊。
除了對武器本身進行研發，美國防部和美陸軍、美海軍、美空軍等軍事部門還研究如何更好地將定向能武器與移動搭載平台進行融合。美海軍正在研發艦載能量儲藏室（一種能量儲存裝置）來滿足定向能武器和傳感器執行所需的大量能量。傳統的艦載發電機以額定功率持續執行，定向能武器和傳感器執行時功率會猛然加大，傳統艦載發電機難以負荷。正在研發的能量儲藏室可以在定向能系統不啟動時充電，系統啟動、電量負荷加大時作為補充彌補傳統發電機的不足，在為定向能系統提供足夠能量的同時，保障艦載發電機平穩執行。這種能量儲藏室的問世可以使現有的艦船搭載定向能武器和傳感器。
美陸軍投資建設定向能武器系統生產工業基地，其目的是要降低定向能武器系統關鍵部件的生產成本、提升生產速度，目前，這項投資已經取得一定進展，某些部件的生產速度提升了100%～400%。
美空軍投資研發多項新技術促進定向能系統和飛行器進行融合。飛行器高速移動產生的震動要求對定向能武器系統進行加固防震。此外，飛行器高速飛行時會產生紊流，會破壞或扭曲高能激光武器光束，美空軍投資研發技術降低紊流對定向能武器系統的影響。這項投資和研究能夠使定向能武器在高速飛行或機動中的飛行器上正常運轉。
美國防部還和各軍事部門協作投資一系列關鍵技術，提升定向能武器效能。一是確定打擊潛在目標更有效的瞄準點，對各種威脅進行脆弱性評估。美國防部計劃建立定向能武器系統目標數據庫，對各種目標進行詳細描述，以便找到定向能武器系統更有效的打擊方式。二是采用自適應光學元件提升光束質素，增大武器有效射程。三是將定向能武器與指控系統進行融合，這意味著定向能武器能夠獲得即時的威脅資訊，從而快速辨識、追蹤和精準打擊目標。
美軍定向能武器面臨問題
盡管美軍定向能技術及其他關鍵技術發展迅速，但在實用化方面遭遇了瓶頸。一是搭載平台空間、動力不足。將定向能武器系統與車輛、艦船或飛機等搭載平台相融合需要一定的空間，高能激光武器執行中，能源利用比率僅有25%到40%，這意味著其余能量均會轉化為熱量，由冷卻裝置吸收或轉移，這些冷卻裝置會占據大量空間，這對本身空間相對狹小的飛機和車輛帶來了一定挑戰。此外，定向能武器系統執行所需動力由搭載平台直接提供，這就需要對原有平台重新規劃進行改造以滿足需求。
二是測試受限。為了了解新型武器系統效能、殺傷力和局限性，進行大量實地測試是武器系統實用化必不可少的步驟。然而由於武器自身特殊性，定向能武器系統實地測試受到了諸多限制，例如，在進行高能激光武器打擊空中目標的測試中，激光有可能對衛星的敏感元件造成損毀。因此，進行定向能武器實地測試需要滿足諸多條件，這也導致其實用化進展緩慢。
三是新戰術、技術和作戰程式有待研究。作為一項全新的技術，傳統動能武器系統采用的戰術、操作技術和作戰程式顯然不適用。在作戰環境中，在什麽時刻、以何種方式套用定向能武器，如何更好地發揮定向能武器系統優勢，這些問題都有待解決。
艦載激光武器系統
四是維護成本高昂。定向能武器內部結構脆弱，需要特殊環境進行維護。曾有進行實地測試的定向能武器由於電池及冷卻裝置故障返回原廠進行維修。這些都降低了系統的可用性。降低維護成本、提高維修效率是推進武器實用化行程必經的一環。
五是使用者安全顧慮。許多美軍官兵對於使用定向能武器存在顧慮，認為定向能武器會給使用者身體帶來一定損傷，例如激光致盲等。美國防部采取了多種措施，如嚴格測試武器安全性、制定防護措施、進行安全教育等，以期打消官兵顧慮，推廣新技術。
結 語
長期以來，美軍大力發展定向能武器，加速推動定向能武器與動能武器的一體化作戰使用。在促進定向能發展方面，美軍加強跨部門合作、最佳化測試程式和技術、制定武器審查流程，在大力發展武器系統的同時，加大投資開發組建技術，促進定向能武器系統與不同平台融合，與此同時，建立目標數據庫，有針對性地提升武器系統效能和殺傷力。但在武器系統實用化方面，仍存在諸多問題，如搭載平台的空間及動力不足、與新技術相匹配的技戰術及作戰程式的開發，甚至包括官兵的心理問題等都有待解決。
責任編輯：劉靖鑫
