【High-PowerMicrowave】美国海军对高功率微波武器下大赌注

云脑智库 2022-02-05 00:00


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尽管激光在有关美国海军定向能武器的讨论中占主导地位,但该军种近期成立了一个新的办公室,专门负责研发测试微波武器系统。美国海军水面战中心达尔格伦分部NSWCDD近期成立了一个新部门,专门研究和开发高功率微波(HPM)定向能武器。与海军同期大力投资的激光武器不同,这类新兴的武器系统利用微波能量爆发来破坏或摧毁敌方各种系统内的电子设备,包括无人机、小型船只和导弹。由于不对称的威胁继续对高价值的军事资产构成威胁,如果美国海军的这项研究和开发工作取得成功,这些武器可能很快为提供额外的防御层。

美国海军水面战中心达尔格伦分部的统计学家Nhan Bui和科学家Thomas Salvato正在研究如何使用高功率微波技术损毁来访舰艇发动机以达到使之停止的作战意图
在这次重组之前,NSWCDD已有一个研究部门同时负责激光武器和高功率微波武器。在美国海军海上系统司令部1月5日宣布成立新部门的新闻稿中,武器系统部门负责人凯文·科格利(Kevin Cogley)表示说,HPM武器实际上可以激光武器的有效补充手段,而不是与它们竞争。

凯文·科格利表示:“HPM和激光在很多领域都是平行工作的。在HPM领域的一个独特之处在于,我们可以有渐进式的效果。在HPM中,我们可以对目标产生一系列的影响,包括从基本上干扰一个设备到物理上破坏电气系统。 虽然这类武器本身并不新鲜,但在小型化和效率方面持续的技术进步正在使微波对各种新的应用产生吸引力。”

凯文·科格利还简要介绍了高功率微波武器提供的独特优势和能力:“HPM与许多其他武器系统非常不同,因为在许多情况下,你在交战期间可能看不到任何外在的物理效应,但会看到对目标的作战性能几乎是瞬时的结果。使用HPM,我们可以给我们的海军作战人员提供一种能力,这可能是发射动能武器的一个理想的替代方案。”


高功率微波和其他定向能系统最吸引人的方面之一是它们提供了比动能武器低得多的每发子弹发射成本——动能武器的单发子弹成本有时可达数百万美刀。与动能武器相比,定向能武器具有另一个独特的优势:弹夹深度。动能武器有固定的弹夹尺寸,而且必须重新装填,而HPM武器可以有一个无限的弹夹,至少在物理意义上是这样。


此外,HPM系统有可能以非致命的方式运作,这意味着它们可能能够使有人驾驶的车辆失效,而不直接伤害车内的人员。这种能力可能会改变交战规则,并允许海军舰艇在不对其乘员造成身体伤害的情况下参战并使小型载人舰艇失效。

NSWCDD的一张幻灯片概述了几种破坏船只和车辆的非致命性方法
除了与水面载具作战外,HPM武器非常适合用于反无人机(cUAS)作战场景。小型无人机对海军和国防部的各种资产的威胁越来越大,而一些防空系统难以跟踪并瞄准它们。与通常在短时间内发射聚焦光束的激光器不同,HPM 武器可以发射广域锥形光束,使其能够同时与多个无人机交战。

“列奥尼达斯”(Leonidas)现场测试:反电子系统|摧毁蜂群与精确打击(翻译&字幕 by 防务菌

雷声公司导弹系统业务部定向能首席技术专家唐·沙利文((Don Sullivan))在2018年谈到其提供给空军的一套HPM系统时说:“你可以同时跟踪并立即转移到下一个目标,以解决不仅是一个蜂群,而是多个蜂群,这是一个很大的优势。这些广域效应和光速能力意味着HPM武器甚至可以攻击那些机动速度极快、动能拦截器无法击中的目标。

雷声公司的“相位器”(Phaser)高功率微波反无人机系统

由于这些原因,以及可能还有更多没有被披露的原因,美国海军定向能高级技术专家弗兰克·彼得金(Frank Peterkin)博士表示,HPM和其他定向能武器“提供了有效的、负担得起的舰艇防御解决方案,解决了我们投射力量和保护海洋自由的能力所面临的日益增长的威胁。”

美国空军研究实验室(AFRL)的“战术高功率作战反应器”(THOR)

根据NAVSEA的机构重组公告,这使NSWCDD在HPM测试方面处于领先地位随着这次新的重组,NSWCDD成为美国国防部仅有的两个拥有专门HPM部门的设施之一,与位于新墨西哥州科特兰空军基地的美国空军研究实验室(AFRL)定向能源局并列。根据美国海军海上系统司令部(NAVSEA)的说法,这两个实验室“在全国最大的HPM项目、进攻应用、反无人机和综合防空课题上进行合作”。HPM系统也正被关注用于带有非动能有效载荷的导弹,如美国空军/海军的“高功率联合电磁非动能打击”(HiJENKS)联合项目,以及用于太空中的反卫星系统,尽管这些技术仍然高度保密。

美国空军/海军的“高功率联合电磁非动能打击”(HiJENKS)联合项目

美国国防部认为其并不是唯一在努力使用HPM武器的国家,因为潜在的匹敌竞争者也在积极追求它们。然而,它们仍然是军事研究中比较模糊的领域之一,而且围绕这一主题存在着高度的混乱和错误信息。像高功率微波这样的定向能武器也有很多缺点,包括射击之间可能的停顿时间、大气和气象干扰、电磁屏蔽对策和范围限制。


由Epirus设计的舰载高功率微波系统的效果图
尽管如此,鉴于美国国防部各实验室在测试用于防空系统和反无人机技术的高功率微波系统方面已经取得了成功,我们不难理解为什么美国海军会更加重视高功率微波系统,并成立专门的研究部门来开发这些系统。应对小型无人驾驶飞行器技术所带来的新威胁的防御系统的需求很迫切,这是美国海军目前经常面临的一个问题。

HPM系统很适合应对这些不断增长的威胁,并有可能抵御更多的传统空中威胁,如来袭的导弹。很可能在不久的将来,这些定向能系统可以补充现有的防空和近程武器系统,保护在公海上巡逻的美国海军舰艇。

当前,随着无人机技术在军事领域的深度应用,能力越来越强的敌对无人驾驶航空系统(UAS)正在迅速扩散到整个战场和近距离竞争的区域。美军认为这些系统对其及盟军构成了直接威胁。威慑和击败这些威胁需要一个由开放架构技术组成的分层防御方法,该技术可以随着自主威胁的发展而发展。

定向能反无人机基地防护(翻译&字幕 by 防务菌)
为了应对这些不断变化的威胁,美国军工巨头诺斯罗普·格鲁曼公司和初创公司伊庇鲁斯(Epirus)公司建立了战略伙伴关系,并推出了“列奥尼达斯”(Leonidas,来源于希腊语,意为“狮子”,这里可能设想系统一开动就像佛门狮子吼,敌对无人机纷纷坠落)这一革命性的高功率微波(HPM)系统,旨在保护前沿作战基地、固定地点和机动部队免受敌对无人机系统的影响。作为一种尖端的反无人机系统,Leonidas可与诺斯罗普·格鲁曼公司的前沿区域防空指挥与控制(FAAD C2)系统完全集成。

“列奥尼达斯”(Leonidas)系统介绍

Leonidas是一个革命性的固态HPM系统,具有新颖的数字波束成形功能。通过这种能力,Leonidas的定向能量波束可以以数字速度扫过整个空域,产生类似于力场的效果,或者在狭小、拥挤的蓝军和城市地形环境中精确瞄准单一系统。通过软件定义的波形和频率敏捷传输,Leonidas可以用相同的硬件完成许多任务:反无人机系统、反蜂群、车辆和船只拦截,以及其他反电子任务,同时它还能适应不断变化的威胁。

“列奥尼达斯”(Leonidas作战示意图

Leonidas主要特点包括:
  • 击败蜂群:允许同时瞄准和打击多个无人机系统,从而节约动能拦截器;

  • 精确打击:数字波束形成的天线优化了目标上的功率,同时大幅降低了周围空间的功率;

  • 动态禁飞区:可编程的禁飞区允许友方无人机系统在目标敌方无人机系统附近飞行;

  • 互操作性:开放的系统结构与FAAD C2以及诺斯罗普·格鲁曼公司的综合防空和导弹防御作战指挥系统(IBCS)的指挥和控制(C2)系统集成;

  • 快速射击。能够以精确射击或蜂群模式每秒脉冲1000次。


Leonidas对作战人员的价值包括:
  • 与目前的传统HPM系统相比,其尺寸、重量和功率都很高效;

  • 可扩展的HPM方法允许轻松适应,系统可根据需要配置为安装式或非安装式操作

  • 超过了目前的大功率微波运输要求,公路、铁路、空运(C130、C17,通过吊索旋转)和海运均可;

  • 可在30分钟内快速安装;

  • 连续发射模式,或根据需要进行脉冲发射;

  • 频率灵活性使配置控制适用于不同的目标集;

  • 易于维护/紧凑,需要最少的士兵接触;

  • 处理宽广的瞬时区域(数字光束扫描,多波束);

  • 蓝军保护(能量零点,频率锁定,波束外小信号);

  • 通过线路可更换的放大器模块(LRAMs),现场可升级范围 ;

  • 操作员安全:低工作电压和固态设计防止有害辐射。

“列奥尼达斯”(Leonidas作战效果图
随着陆基移动式反无人机群系统竞争进入白热化,昨天(10月25日),通用动力陆战系统公司(GDLS)宣布与Epirus公司达成正式合作协议,其中包括将后者的Leonidas大功率微波武器集成到8x8“斯特赖克”轮式装甲车的一个变体上。两家公司正在向美国陆军推销这一组合,陆军计划用携带定向能武器的版本来补充其新的火炮和导弹武装的短程防空(SHORAD)“斯特赖克”。GDLS和Epirus的提案将与多个配备激光器的设计相抗衡,其中包括来自雷声公司和Kord技术公司团队的一个已经在进行陆军测试的设计。

拟配备Epirus公司Leonidas高功率微波定向能武器的“斯特赖克”变体的效果图
通用动力陆战系统公司的一份新闻稿称,其与Epirus公司的新战略合作协议还将涉及一些项目,这些项目可能会看到Leonidas安装在“其他载人和自主地面战斗车辆”上,而不是 “斯特赖克”装甲车。GDLS公司生产了许多不同的无人地面车辆,包括多功能战术运输车(MUTT)系列和履带式机器人10吨(TRX),美国陆军一直在测试这两种车辆的各种配置。


通用动力陆地系统公司总裁丹尼·迪普(Danny Deep)在一份声明中说:“通用动力陆地系统公司将继续以下一代创新和高科技解决方案来发展陆军最大和最可靠的地面作战车队。与Epirus公司的这种合作关系通过提供最先进的、反电子和反包围的能力使陆军的‘斯特赖克’移动SHORAD编队受益。”

据Epirus公司首席执行官利·马登(Leigh Madden)介绍说:“随着Leonidas集成到通用动力的战斗车队中,我们正在释放新的SHORAD和反电子能力,为我们的作战人员配备战斗力强的系统,瓦解当前和未来的威胁。我期待着继续与我们的通用动力陆地系统公司的同事合作,我知道,我们一起能够满足我们客户的任务需求。”


一般来说,高功率微波(HPM)定向能武器能够破坏或禁用目标上的电子系统——如果武器的威力足够大的话,直接就可以把它们烧毁。一个HPM系统的功率水平和它如何聚焦其波束对其射程和同时对付多个威胁的能力也有影响。

根据Epirus对外宣传材料介绍Leonidas背后的技术通过使用“人工智能控制的固态功率放大器来实现极高的功率输出水平”,使其特别高效。该公司表示,这使得这种定向能量武器的核心部件也具有高度可扩展性。

美国陆军对安装在“斯特赖克”上的定向能武器系统的兴趣主要是关于短程防空,特别是对无人机的关注,包括对抗大型无人机或甚至完全联网的无人机群的攻击。根据其最终选择的系统的确切能力,它有可能被用来对付更多的传统飞机,以及低空飞行的巡航导弹,甚至是地面上的威胁。陆军之前获得并实地测试了一种微波武器,表面上是为非致命的人群控制而设计的。

由于其特有的锥形波束,HPM武器在过去被吹捧为比激光器更有潜力对付无人机群,因为激光器必须一次集中于一个目标。同时,在过去,缩小和降低HPM系统的功率要求,使其更加可行,特别是在移动的、基于地面的情况下,这已被证明具有挑战性。Epirus公司的网站特别指出,Leonidas有能力“在几分钟内启动,而不是几小时”,此外,它还有一个相对紧凑的设计。

同时,美国陆军已经在测试由雷声公司和Kord技术公司提供的安装在“斯特赖克”上的50千瓦级激光武器系统,该系统在今年早些时候的射击比赛中获胜,是正式称为“定向能机动短程防空”(DE M-SHORAD)计划的一部分。雷声公司称,其武器还能够对付火箭弹、炮弹和迫击炮弹,这种任务集通常被称为反火箭弹、火炮和迫击炮(C-RAM),此外还有无人机和其他低空飞行的威胁。

雷声公司和Kord技术公司的激光武装的“斯特赖克”,美国陆军已经在测试
诺斯罗普·格鲁曼公司最初被设定为参与该测试,但“未能达到签出合同时商定的标准”,该公司在8月告诉《国防新闻》表示。雷声公司领导的团队随后在9月赢得了一份提供另外三辆激光装备的“斯特赖克”的合同,这足以让一个实验排出动,以探索使用这些配备定向能武器的车辆版本的行动概念。


然而,美国陆军表示,当快速能力和关键技术办公室(RCCTO)将DE M-SHORAD项目移交给导弹和空间项目执行办公室(PEO)时(预计将在2023财年的某个时候发生),它将举行新的竞争,这可能导致为全速生产选择一个最终设计。值得注意的是,陆军多年来一直在试验用较低功率的激光器武装的地面车辆,包括用五千瓦级类型的“斯特赖克”。

因此,本月早些时候,洛克希德·马丁公司公布了它自己提议的激光武装的“斯特赖克”,以期待未来的机会。该公司的“短程防空机动定向能拦截器”(DIEMOS)是另一种50千瓦级的激光武器。

洛克希德·马丁公司提议的激光装备的“斯特赖克”的艺术概念
无论美国陆军最终选择何种系统组合作为DE M-SHORAD竞赛的获胜者,该军种暂时称之为“守护者”,都将成为陆军正在努力获得的新的分层防空能力阵列的一部分。近年来,短程防空一直是美国陆军和其他军种严重忽视的一个领域。

DE M-SHORAD竞赛的获胜者,将暂时被称之为“守护者”
特别是无人机日益增长的威胁,以及来袭的巡航导弹,近年来重新激发了美军对SHORAD的兴趣。小型无人机和巡航导弹对在国外战区作战的美国军队以及军事设施、关键基础设施和其他非战场目标,包括美国境内的目标,都是非常真实的危险。较低级别的,但仍然非常危险的无人驾驶飞机和巡航导弹能力甚至越来越多地被非国家行为者所掌握,这只会增加这类攻击的可能性。

美国陆军已经开始购买和使用另一种M-SHORAD版本的“斯特赖克”,现在被称为“掠夺者”,它配备有热寻的“毒刺”导弹和毫米波雷达制导的“长弓”地狱火导弹,以及一门30毫米自动炮。该部门的计划是最终将“掠夺者”和“守护者”并列使用,以提供互补的效果。然后这些系统可以通过新的综合作战指挥系统整合到一个更广泛的防空网络中。

现在被称为“掠夺者”的另一种M-SHORAD版本“斯特赖克”

其他短程防空系统的开发在整个美国军队的其他地方也在进行。这包括以定向能武器为特征的设计,包括激光和HPM,后者包括美国空军的“战术高功率作战反应器”(THOR)演示验证机和8月份刚刚宣布的该项目后续项目,名为“雷神之锤”(Mjolnir)。这些努力大多主要集中在应对无人驾驶飞机带来的不断扩大的威胁上。过去,HPM也被建议作为美国海军舰艇的一种可能的近距离武器系统选择。


关于美国陆军的DE M-SHORAD项目,竞争正在升温,看起来将为陆军提供一个机会,以决定HPM或激光最适合其装备定向能武器的的“斯特赖克”的要求。

- The End

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