2023年8月，美海軍研究實驗室（NRL）發布“高功率電磁系統開發、應用和測試”項目需求通知，尋求高功率射頻、高功率微波以及高能激光武器測試、評估和樣機開發方面技術支持，推進定向能技術轉化為艦隊作戰能力。該項目的實施將有利于新技術突破，加速技術向能力轉化，為水面艦船提供新型保護能力。
（本文根據原文編譯整理，僅供交流參考，觀點不代表本機構立場。）
一、項目背景
隨著無人技術的快速發展，水面無人艇、自殺式無人機及蜂群等非對稱軍事威脅日益嚴峻，持續開發及改進艦船防御策略對于支持艦隊任務至關重要。艦船防御項目須能應對從射頻頻段到毫米波、紅外光譜區的全電磁頻譜威脅，需要開發大型和小型船只攔截技術以及傳感器致盲和毀傷技術。高功率射頻（HPRF）和高功率微波（HPM）、高能激光（HEL）系統等定向能技術是應對該威脅、滿足艦船防御項目需求的適用技術。美海軍在定向能武器方面投入大量資金，研制出或正在開發多型樣機，目前處于測試、評估以及技術迭代階段。
美海軍研究實驗室負責執行美海軍定向能相關項目樣機設計和研發管理工作。面對當前不斷發展的威脅，在利用前期電磁系統研究成果的基礎上，海軍研究實驗室還需要額外設計、開發和快速樣機制造以及生產工作。為此，美海軍研究實驗室向業界尋求支持樣機系統開發、測試和評估以及分析任務，加快新能力交付以滿足海軍的近期需求。
二、項目研究基礎
（一）高能激光系統
1、高能激光武器
美海軍將高能激光武器作為對抗無人機、巡航導彈、水面艦艇等威脅的一種手段，充分利用國防部和工業界在固態激光方面技術成果，開發出多型激光武器樣機并積極推動上艦測試，完成了激光武器系統(LaWs)、海上激光演示（MLD）項目和戰術激光系統（TLS）等樣機集成驗證試驗。由海軍研究辦公室主導研發的30千瓦級“光學眩目攔截器”（ODIN）于2019年底部署海軍“杜威”號導彈驅逐艦上，計劃最終共部署九艘導彈驅逐艦。洛·馬公司開發的60+千瓦級可擴展至150千瓦的“高能激光與綜合光學殺傷監視系統”（HELIOS）于2022年8月集成到海軍阿利·伯克級驅逐艦普雷貝爾號上，計劃于2023財年投入使用。海軍水面作戰中心達爾格倫分部開發的300+千瓦級“高能激光反艦巡航導彈計劃”（HELCAP）將于2024財年全面測試。2022年1月，海軍透露了其下一代驅逐艦DDG(X)計劃，該艦將配備2套600千瓦和1套150千瓦激光武器用于防御導彈和無人機威脅。2023年8月，海軍研究辦公室授予Applied Energetics公司合同，開發高峰值/高平均功率超短脈沖激光系統。目前，更高功率的緊湊型反無人機、反艦巡航導彈和反高超聲速高能激光武器、與人工智能相結合的智能化激光武器正在開發之中。
2、激光源技術
在高能激光器方面，主要有海軍研究辦公室開發的30千瓦級高能激光器、洛·馬公司開發的60+千瓦級高能激光器、海軍水面作戰中心達爾格倫分部開發的300+千瓦級高能激光器。在超短脈沖激光器方面，通快科學激光公司2018年為美海軍研究實驗室開發出用于對抗電子戰和電子攻擊的超短脈沖激光器，工作波長1030納米，脈沖重復率為10千赫，脈沖能量為75毫焦耳。
（二）高功率微波系統
1、高功率微波武器
自2015年起，美軍開始大力推進高功率微波武器研究。海軍研究辦公室重點支持高重復頻率且頻率可調的高功率微波武器系統開發，以解決目前高功率微波武器系統能量轉換效率不高和殺傷力有限問題。在海軍研究辦公室的支持下，美國普渡大學于2021年3月研制出一種新型基于復合材料的非線性傳輸線（NLTL）系統，有助于實現高功率微波系統小型化和輕量化。使用NLTL產生高功率微波，可遠距離破壞或摧毀敵方電子設備，已在國防領域得到有效驗證。2021年4月，美國伊庇魯斯系統公司開發出一款可摧毀無人機群的小型“奧尼達斯”（Leonidas）微波武器系統，具備尺寸小、重量輕和功耗低優勢，可搭載于皮卡車和水面艦艇上。2022年6月，海軍研究辦公室和空軍研究實驗室完成“高能聯合電磁非動能攻擊武器”（HiJENKS）新型高功率微波導彈研究，并開始進行“頂點試驗”，HiJENKS可用于軍事基地保護，對抗無人機和蜂群。此外，HiJENKS體積較小，可集成到更廣泛海軍系統上。
2、理論、建模和仿真
在電磁時間反演技術理論、建模和仿真方面，美海軍研究實驗室持續開展深入研究，取得了豐富成果。2013年，使用電磁時間反演技術將任意射頻脈沖聚焦在一定距離處；2015年，使用致密混諧腔內無源脈沖壓縮產生超短微波脈沖；2017年至2020年期間，獲得《生成高功率射頻超短波形方法》、《波聚焦在移動目標上》、《用于產生高功率超寬帶（UWB）脈沖的方法和裝置》、《超寬帶脈沖壓縮方法與裝置》四項美國專利，擁有高功率超寬帶脈沖產生、射頻脈沖聚焦理論及方法。2020年，對超寬帶陣列源開展同步化研究，初步解決了高功率、固態化及散熱問題。2020年6月，開發出高增益超短脈沖壓縮器，并采用電磁時間反演技術獲得緊湊、高增益、高功率、超寬帶微波脈沖壓縮器，工作頻帶5GHz至18GHz，全波仿真和測量結果顯示，壓縮增益超過21.2dB，效率達到22%，瞬時峰值輸出功率39.2千瓦。2021年10月，提出使用電磁時間反演技術在單端口腔中進行超寬帶脈沖壓縮方法，并仿真和演示了該技術，在6.5-17GHz范圍內系統增益增加3dB。
三、項目要求
（一）研究目標
通過開展定向能效應、現象和統計研究（DEEPSTAR）項目，促進定向能系統應用研發，研究用于電子攻擊影響敏感電子設備的能力（包括不同頻帶寬度電磁源毀傷機理），實現從概念到設計、系統實驗室和現場演示及項目轉化，與行業合作研究對抗敵方電子攻擊方法。
（二）研究內容
1、理論、建模和仿真
應用電磁理論、機體外殼中波傳播理論、電路理論、信號和系統以及概率和統計等已知理論，對定向能武器不同波形選定的設施和電子信息系統及組件產生電場和感應電壓建模；模型應在全波電磁仿真、基于電路的仿真和MATLAB軟件中一般數值建模等方面進行數值分析和計算機仿真；利用分析和仿真結果，確定定向能效應、現象和統計研究項目感興趣的效應現象，得出波形與電子設備和設施相互作用的結果；該結果用于指導實驗設計及實驗驗證；實驗相關結論將為定向能武器系統開發提供支撐。
具體要求包括：基于電磁時間反演技術基礎理論，實現電子設備最佳電磁耦合的實時波形估計；使用SolidWorks仿真軟件或等同功能軟件，為電磁源和系統設計及集成建模。
2、實驗設計、實驗室測量和數據分析
驗證理論、仿真中或通過其他方式確定的技術；開展測試，收集數據并分析。
具體要求包括：迭代時間反演技術和時間反演脈沖壓縮技術；操作NRL規范5745超短脈沖激光進行電子戰對抗；對各種目標進行高功率微波效應測試，包括直接注射測試（設計、制造和分析實際射頻和微波接收機系統數據）、微波暗室測試（測試目標包括無人機系統、計算機和網絡設備、工業控制設備、雷達設備和其他設備）和千兆赫橫向電磁波室測試（測試目標同暗室測試）。
3、定向能系統和源開發
支持新型定向能系統和源設計、制造和測試，包括電源、驅動電路、電磁源、天線和匹配網絡設計和制造、電磁源測試和系統性能分析。
具體要求包括：設計和開發使用漂移階躍恢復二極管、其他硅和/或碳化硅開路開關高峰值輸出電壓脈沖發生器，以及其他固態技術，包括但不限于產生高功率輸出脈沖的非線性傳輸線技術。
4、現場測試支持
支持并執行場外測試，包括但不限于海軍水面作戰中心達爾格倫分部、沃洛普斯島、白沙導彈靶場、海軍空戰中心中國湖和帕塔克森特河海軍航空站。
四、結語
幾十年來，美國在高功率微波和高能激光武器方面投入了大量人力、物力，研制出多型樣機并進行了大量測試、評估和技術迭代工作，但距戰場實用和形成戰斗力尚有一定差距。從技術向作戰能力轉化是美軍目前努力的重點，同時也在不斷尋求新技術、新體制，試圖獲得新的技術突破。借鑒其技術發展思路，加速相關技術發展，努力尋求關鍵技術突破，實現技術超越并引領該領域發展，才能在未來的沖突中立于不敗之地。
編譯：前哨
