2023年8月，美海军研究实验室（NRL）发布“高功率电磁系统开发、应用和测试”项目需求通知，寻求高功率射频、高功率微波以及高能激光武器测试、评估和样机开发方面技术支持，推进定向能技术转化为舰队作战能力。该项目的实施将有利于新技术突破，加速技术向能力转化，为水面舰船提供新型保护能力。
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一、项目背景
随着无人技术的快速发展，水面无人艇、自杀式无人机及蜂群等非对称军事威胁日益严峻，持续开发及改进舰船防御策略对于支持舰队任务至关重要。舰船防御项目须能应对从射频频段到毫米波、红外光谱区的全电磁频谱威胁，需要开发大型和小型船只拦截技术以及传感器致盲和毁伤技术。高功率射频（HPRF）和高功率微波（HPM）、高能激光（HEL）系统等定向能技术是应对该威胁、满足舰船防御项目需求的适用技术。美海军在定向能武器方面投入大量资金，研制出或正在开发多型样机，目前处于测试、评估以及技术迭代阶段。
美海军研究实验室负责执行美海军定向能相关项目样机设计和研发管理工作。面对当前不断发展的威胁，在利用前期电磁系统研究成果的基础上，海军研究实验室还需要额外设计、开发和快速样机制造以及生产工作。为此，美海军研究实验室向业界寻求支持样机系统开发、测试和评估以及分析任务，加快新能力交付以满足海军的近期需求。
二、项目研究基础
（一）高能激光系统
1、高能激光武器
美海军将高能激光武器作为对抗无人机、巡航导弹、水面舰艇等威胁的一种手段，充分利用国防部和工业界在固态激光方面技术成果，开发出多型激光武器样机并积极推动上舰测试，完成了激光武器系统(LaWs)、海上激光演示（MLD）项目和战术激光系统（TLS）等样机集成验证试验。由海军研究办公室主导研发的30千瓦级“光学眩目拦截器”（ODIN）于2019年底部署海军“杜威”号导弹驱逐舰上，计划最终共部署九艘导弹驱逐舰。洛·马公司开发的60+千瓦级可扩展至150千瓦的“高能激光与综合光学杀伤监视系统”（HELIOS）于2022年8月集成到海军阿利·伯克级驱逐舰普雷贝尔号上，计划于2023财年投入使用。海军水面作战中心达尔格伦分部开发的300+千瓦级“高能激光反舰巡航导弹计划”（HELCAP）将于2024财年全面测试。2022年1月，海军透露了其下一代驱逐舰DDG(X)计划，该舰将配备2套600千瓦和1套150千瓦激光武器用于防御导弹和无人机威胁。2023年8月，海军研究办公室授予Applied Energetics公司合同，开发高峰值/高平均功率超短脉冲激光系统。目前，更高功率的紧凑型反无人机、反舰巡航导弹和反高超声速高能激光武器、与人工智能相结合的智能化激光武器正在开发之中。
2、激光源技术
在高能激光器方面，主要有海军研究办公室开发的30千瓦级高能激光器、洛·马公司开发的60+千瓦级高能激光器、海军水面作战中心达尔格伦分部开发的300+千瓦级高能激光器。在超短脉冲激光器方面，通快科学激光公司2018年为美海军研究实验室开发出用于对抗电子战和电子攻击的超短脉冲激光器，工作波长1030纳米，脉冲重复率为10千赫，脉冲能量为75毫焦耳。
（二）高功率微波系统
1、高功率微波武器
自2015年起，美军开始大力推进高功率微波武器研究。海军研究办公室重点支持高重复频率且频率可调的高功率微波武器系统开发，以解决目前高功率微波武器系统能量转换效率不高和杀伤力有限问题。在海军研究办公室的支持下，美国普渡大学于2021年3月研制出一种新型基于复合材料的非线性传输线（NLTL）系统，有助于实现高功率微波系统小型化和轻量化。使用NLTL产生高功率微波，可远距离破坏或摧毁敌方电子设备，已在国防领域得到有效验证。2021年4月，美国伊庇鲁斯系统公司开发出一款可摧毁无人机群的小型“奥尼达斯”（Leonidas）微波武器系统，具备尺寸小、重量轻和功耗低优势，可搭载于皮卡车和水面舰艇上。2022年6月，海军研究办公室和空军研究实验室完成“高能联合电磁非动能攻击武器”（HiJENKS）新型高功率微波导弹研究，并开始进行“顶点试验”，HiJENKS可用于军事基地保护，对抗无人机和蜂群。此外，HiJENKS体积较小，可集成到更广泛海军系统上。
2、理论、建模和仿真
在电磁时间反演技术理论、建模和仿真方面，美海军研究实验室持续开展深入研究，取得了丰富成果。2013年，使用电磁时间反演技术将任意射频脉冲聚焦在一定距离处；2015年，使用致密混谐腔内无源脉冲压缩产生超短微波脉冲；2017年至2020年期间，获得《生成高功率射频超短波形方法》、《波聚焦在移动目标上》、《用于产生高功率超宽带（UWB）脉冲的方法和装置》、《超宽带脉冲压缩方法与装置》四项美国专利，拥有高功率超宽带脉冲产生、射频脉冲聚焦理论及方法。2020年，对超宽带阵列源开展同步化研究，初步解决了高功率、固态化及散热问题。2020年6月，开发出高增益超短脉冲压缩器，并采用电磁时间反演技术获得紧凑、高增益、高功率、超宽带微波脉冲压缩器，工作频带5GHz至18GHz，全波仿真和测量结果显示，压缩增益超过21.2dB，效率达到22%，瞬时峰值输出功率39.2千瓦。2021年10月，提出使用电磁时间反演技术在单端口腔中进行超宽带脉冲压缩方法，并仿真和演示了该技术，在6.5-17GHz范围内系统增益增加3dB。
三、项目要求
（一）研究目标
通过开展定向能效应、现象和统计研究（DEEPSTAR）项目，促进定向能系统应用研发，研究用于电子攻击影响敏感电子设备的能力（包括不同频带宽度电磁源毁伤机理），实现从概念到设计、系统实验室和现场演示及项目转化，与行业合作研究对抗敌方电子攻击方法。
（二）研究内容
1、理论、建模和仿真
应用电磁理论、机体外壳中波传播理论、电路理论、信号和系统以及概率和统计等已知理论，对定向能武器不同波形选定的设施和电子信息系统及组件产生电场和感应电压建模；模型应在全波电磁仿真、基于电路的仿真和MATLAB软件中一般数值建模等方面进行数值分析和计算机仿真；利用分析和仿真结果，确定定向能效应、现象和统计研究项目感兴趣的效应现象，得出波形与电子设备和设施相互作用的结果；该结果用于指导实验设计及实验验证；实验相关结论将为定向能武器系统开发提供支撑。
具体要求包括：基于电磁时间反演技术基础理论，实现电子设备最佳电磁耦合的实时波形估计；使用SolidWorks仿真软件或等同功能软件，为电磁源和系统设计及集成建模。
2、实验设计、实验室测量和数据分析
验证理论、仿真中或通过其他方式确定的技术；开展测试，收集数据并分析。
具体要求包括：迭代时间反演技术和时间反演脉冲压缩技术；操作NRL规范5745超短脉冲激光进行电子战对抗；对各种目标进行高功率微波效应测试，包括直接注射测试（设计、制造和分析实际射频和微波接收机系统数据）、微波暗室测试（测试目标包括无人机系统、计算机和网络设备、工业控制设备、雷达设备和其他设备）和千兆赫横向电磁波室测试（测试目标同暗室测试）。
3、定向能系统和源开发
支持新型定向能系统和源设计、制造和测试，包括电源、驱动电路、电磁源、天线和匹配网络设计和制造、电磁源测试和系统性能分析。
具体要求包括：设计和开发使用漂移阶跃恢复二极管、其他硅和/或碳化硅开路开关高峰值输出电压脉冲发生器，以及其他固态技术，包括但不限于产生高功率输出脉冲的非线性传输线技术。
4、现场测试支持
支持并执行场外测试，包括但不限于海军水面作战中心达尔格伦分部、沃洛普斯岛、白沙导弹靶场、海军空战中心中国湖和帕塔克森特河海军航空站。
四、结语
几十年来，美国在高功率微波和高能激光武器方面投入了大量人力、物力，研制出多型样机并进行了大量测试、评估和技术迭代工作，但距战场实用和形成战斗力尚有一定差距。从技术向作战能力转化是美军目前努力的重点，同时也在不断寻求新技术、新体制，试图获得新的技术突破。借鉴其技术发展思路，加速相关技术发展，努力寻求关键技术突破，实现技术超越并引领该领域发展，才能在未来的冲突中立于不败之地。
编译：前哨
