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无人机在任何环境中都可能构成威胁，因为它们很难被发现和击落。这就是为什么 Raytheon Intelligence and Space 在 2018 年开始研究高能激光武器系统，以帮助美国军队及其盟友防御它们。

“我们的防御性激光武器使用自动目标提示和全光谱的光电/红外传感器来跟踪、识别并快速击落与战术相关的距离的无人机，”雷神情报与空间公司高能激光器总工程师贾斯汀·马丁说。

构建高能激光武器系统

2019年，美国空军在海外部署了雷神情报与太空公司的第一个高能激光武器系统（HELWS））（见图1）。它已通过战斗使用认证，多个系统已经投入战区。

HELWS 是一种 15 kW 级激光武器系统，可发射无声的近红外光束来击落无人机或在防御领域内进行所谓的“硬杀伤”（见图 2）。它能够消灭至少 40 架向它袭来的无人机，并且射程相当长（尚未公开）。

“我们的高能激光器在陆地、空中和海上工作，提供 360 度覆盖，以保护基地、机场、体育场和其他高价值军事或民用资产，”Martin 说。“这些坚固耐用的系统采用开放式架构和可扩展功能设计，可轻松适应任务需求。”

HELWS 可以用作独立系统，也可以安装在各种平台上。“它基于战备雷神技术的组合，包括高能激光模块和光束控制系统，”他说。

高能激光模块设计利用了商用硬件的组合，包括商用现成的光纤激光放大器、锂离子电池和最先进的热管理系统。“我们扩展了现有的光谱光束组合器设计，并且我们的架构经过调整以减小尺寸和重量，同时提高效率，”Martin 说。

HELWS 的光束控制系统基于称为多光谱瞄准系统 （MTS） 的光电/红外传感器，该系统具有 360 度方位角旋转和全半球视野。大孔径最大限度地提高了光学检测范围和昼夜性能，可实现 24/7 全天候操作。

“通过为跟踪传感器和高能激光器使用通用孔径，我们消除了相机光圈与 HEL 或视轴误差之间的任何视差，”Martin 说。“我们的光束导向器可以识别高度机动的威胁并被动跟踪它们，它还可以向您想要瞄准的威胁（例如有效载荷、雷管或机翼）的确切位置发射激光束。”

雷神智能与空间团队使用的光纤激光技术正在迅速发展，这要归功于利用商业激光切割和焊接行业的投资和规模经济的能力。

为什么选择高能激光器？

高能激光器提供几乎无限的射击次数、最少的物流和精确的精度以及非常低的附带伤害——所有这些都使其成为传统弹药的经济实惠的替代品。无需补充、清点或储存弹药，培训快速简单。一旦你有了 HELWS，每次注射的成本基本上就是为其供电的电力成本。

它们的定向能表亲高功率微波也是美国国防部多层方法的一部分。它使用的技术与家用微波炉基本相同，但威力要强大数百万倍，可以使其电磁脉冲范围内的所有蜂群无人机失效。

部署定向能技术比传统效应器（如导弹或加农炮（枪支和榴弹炮））以及非动能效应器（如电子干扰和网络部署系统）具有显着优势。“传统的导弹和加农炮效应器可以带来巨大的杀伤力，但会带来巨大的干扰和费用，”Martin 说。

与蜂群无人机的交战最有可能发生在道路、商业或工业建筑附近或人口稠密地区内。“导弹或大炮造成的附带损害在这些环境中构成了重大风险，”他指出。“作战人员的对手了解这些导弹的成本，并将其用作一种关键战术，有目的地部署大量低成本无人机，为美军制造成本高昂的交战。”

高能激光器的另一个重要特性是它们能够插入现有的防空系统（例如国家先进地对空导弹系统），以快速发现和投放无人机。“HELWS 通过聚焦激光定向能量系统增强了现有传统防空战术设备的能力，”Martin 说。“它通过在目标上的精确点上施加聚焦的激光导向能量来快速检测、识别和击败不对称威胁，从而在最小甚至没有附带损害的情况下提供硬杀伤。”

尽管非动能效应器是更便宜的解决方案，并且比导弹或大炮造成的附带伤害更小，但它们根本无法提供对这些威胁的有效防御。“WiFi 和 GPS 干扰技术通常为对手所理解，并且通过简单的调整，无人机威胁可以抵抗这些技术，”Martin 说。“由于小型无人机威胁的独特机动性和不断变化的飞行模式，其他解决方案（如网络部署系统）已被证明很容易避免。”

雷神情报与空间已经完成了在一系列战术地面车辆、商用车辆以及阿帕奇攻击直升机上的全面高能激光器安装和测试。

扩大规模

更强大的激光武器等同于更强大的功能，例如更远的射程和更快的击败能力。“例如，50 kW 级激光器可以在小型消费类无人机上瞬间烧出一个洞，同时在几秒钟内引爆或偏转迫击炮，”Martin 解释说。“在许多情况下，不需要更多的功率，而 15 kW 级激光器是合适尺寸的解决方案。”

当雷神智能与空间团队在管理热问题和保持光束质量的同时需要更多功率时，他们希望快速扩展到 50 kW 级激光器。他们没有像 15 kW 级激光器那样使用 4 到 6 个光纤激光放大器模块，而是将其增加到 20 到 25 个模块，以创建 50 kW 级版本。

“光纤激光放大器模块是坚固的构建块，我们可以将其堆叠起来以获得任务所需的功率和光纤，”Martin 解释说。“但真正的诀窍是将所有这些单独的光束对准一束光，使其具有适合激光武器的特性。”

该计划是继续减小尺寸、重量和功率需求（这对军事应用至关重要），同时增加激光功率以支持在尽可能多的任务和平台上使用高能激光器。

“我们还将继续自动化杀伤链，通过人工智能 （AI） 和机器学习的增强功能，在尽可能短的时间内解决尽可能多的威胁，”他说。“另一个重大挑战是制造一种能够应对战场严酷条件的激光武器，并使其能够在工厂环境中高效生产它们。”

HELWS 还具有软件功能，可提供一些自动化功能，以便在交战期间帮助士兵。但是，人类仍在循环中，以积极地目视识别目标，并决定使用和发射激光。Martin 说：“随着部署了越来越多的系统来应对不断增加的威胁和威胁场景，人工智能/机器学习在继续推进系统自动化和参与以提高有效性方面发挥着作用。

2022 年部署 HELWS 系统

雷神智能与太空的高能激光器的下一步是与美国陆军一起部署定向能机动短程防空系统（DE M-SHORAD）50-kW系统，并教士兵如何操作它。

在 DE M-SHORAD 模拟器中训练的士兵对整辆车和激光系统进行虚拟演练。在训练期间，士兵们学习激光的基础知识、激光安全以及如何操作新武器系统。然后，他们在虚拟环境中度过一周，然后参加实弹演习。

该系统具有大光圈摄像头，因此激光武器炮手可以瞄准目标，监控并积极识别它，然后按下按钮向它开火。

DE M-SHORAD 的工作人员很高兴能测试一种全新的武器，“在他们用手指轻敲击败无人机后，你可以从他们的脸上看到它，”Martin 说。“他们被收买并准备推进更多参与和困难的交战。座位上的激光武器炮手——一架又一架地击落无人机——在那之后就是信徒。

在 2021 年俄克拉荷马州锡尔堡的实弹演习期间，士兵们操作该系统并有效地跟踪、识别和交战各种目标。“几天之内，Stryker 机组人员每人有三名士兵——一名驾驶员、机组指挥官和激光炮手——从训练到操作系统和与目标交战，”Martin 说。

而最近，在2022年，在为期四周的连续实弹演习中，由雷神情报与太空领导的团队用集成在Stryker战车上的50-kW级高能激光器击败了多发60毫米迫击炮弹（见图3）。他们还击败了小型、中型和大型无人机。

第一个操作原型用于系统表征，吸取的经验教训正在融入该系统和正在构建的其余三个操作原型中。最终原型将于 2022 年以排的形式交付。

与日本防卫省和收购、技术和物流局（ATLA）合作，川崎重工（KHI）展示了其高能激光系统。

对于基于激光的超短程防空 （VSHORAD） 系统，KHI 于 2000 年开始收集必要的技术。该计划始于 2000 年，当时开发了化学激光器和一些初步工作，然后继续致力于无人机识别和未来系统的目标定位。

2010 年，该项目从 10kW 激光器升级到 50kW 激光器，使其成为一项重要的研究计划。到 2020 年，KHI 的 VSHORAD 项目已转向固态激光器，激光功率从 50kW 增加到 100Kw。在KHI，一个重要的研发项目正在进行中，以创建一个基于高能激光的反火箭、火炮、迫击炮（C-RAM）系统。该系统将被搁浅。KHI 还展示了放置在车辆上的轻型 C-UAS 激光系统的唯一原型。四轮川崎 Mule Pro-FX 车辆配备了 2kW 高能激光系统。跟踪成像仪是激光系统的一部分，安装在万向节系统上。目前，它可以与最远 100 米距离的目标交战。日本空降兵使用这种全地形车。反无人机系统将使用 24.8 吨车轮的重型卡车进行更大的改装运输。

宙斯盾驱逐舰有朝一日可能会配备反无人机系统。制造商对这种不寻常的武器的技术规格保密。

该系统是应日本采购、技术和后勤局 （ATLA） 的要求开发的，ATLA 是一个大致类似于 DARPA 的组织，旨在将尖端技术融入该国的自卫队。展示了一个 2 千瓦的电源、一个跟踪器、一个高能激光器、一个用于平衡和保持激光器焦点的万向节以及一个激光系统。它只能在 328 英尺（100 米）处杀死无人机，但可以跟踪最远 984 英尺（300 米）的目标。它安装在 Mule Pro-FX 上，这是一款三座全地形车，建议零售价为 15,000 美元。

3 月 15 日至 17 日在东京郊外举行的日本国防和安全设备国际 （DSEI） 会议演示了激光和 ATV 的组合。该展览为世界各地的各种武器生产商提供了一个聚会的场所，并向潜在的合作伙伴或政府展示他们的产品。今年由日本主办的第二届会议有 66 个国家和 178 家公司参加。