近年來，無人機(jī)成了一個(gè)非常熱門的話題。2022年10月，俄羅斯使用殺傷性無人機(jī)和巡航導(dǎo)彈對烏克蘭各地的能源和電力基礎(chǔ)設(shè)施發(fā)動(dòng)了大規(guī)模攻擊。盡管俄羅斯許多導(dǎo)彈和巡飛彈（包括伊朗提供的“沙赫德-136/-131”）的技術(shù)水平并不高，但其發(fā)射數(shù)量達(dá)到了數(shù)百枚，有時(shí)單次發(fā)射多達(dá)十幾枚甚至更多，目的是靠數(shù)量壓制烏克蘭的防空系統(tǒng)。

烏軍稱在這些襲擊中至少擊落了俄方四分之三的無人機(jī)和巡航導(dǎo)彈。這些戰(zhàn)果幾乎完全依賴于數(shù)量有限的射頻和紅外制導(dǎo)的地空導(dǎo)彈，不過俄羅斯對能源基礎(chǔ)設(shè)施25%的命中率仍然給烏克蘭造成了嚴(yán)重問題。烏克蘭用價(jià)值20萬美元的地空導(dǎo)彈去攔截價(jià)值2萬美元的無人機(jī)，會(huì)造成烏克蘭成本上的失衡。但在戰(zhàn)場上，在得到更好的武器之前，也只能使用現(xiàn)有的武器。

在未來沖突中，許多國家極有可能也會(huì)面臨對手武器化的無人機(jī)。正如烏克蘭戰(zhàn)爭所表現(xiàn)的那樣，地空導(dǎo)彈和雷達(dá)制導(dǎo)的防空高炮系統(tǒng)并不能完美地解決這個(gè)問題。雖然它們具備更遠(yuǎn)的射程和更高的精度，但主要是用于攻擊戰(zhàn)斗機(jī)、轟炸機(jī)以及巡航導(dǎo)彈，而不是數(shù)量多、成本低的無人機(jī)。對付無人機(jī)這類目標(biāo)需要能夠以低成本（非動(dòng)能）的方式，快速多次發(fā)射的系統(tǒng)，并且最好能以光速與目標(biāo)交戰(zhàn)。換言之，防空部隊(duì)需要利用定向能武器來對付無人機(jī)和巡航導(dǎo)彈的攻擊。

過去十年，美國、以色列和一些歐洲國家在定向能武器發(fā)展上取得了重大進(jìn)展。與其他類型的動(dòng)能和非動(dòng)能武器相比，高功率微波武器具有若干優(yōu)勢。它通常能在不到一秒的時(shí)間內(nèi)發(fā)射，而且最新型的系統(tǒng)擁有在短時(shí)間內(nèi)多次發(fā)射的能力。高功率微波武器可以對目標(biāo)產(chǎn)生一系列效應(yīng)，包括摧毀或損壞靈敏的電子元器件、降低其性能或使其重啟。高功率微波系統(tǒng)通過目標(biāo)的射頻和微波天線將射頻和微波能注入到目標(biāo)的處理器和其他邏輯器件中，或者注入到未采取電磁防護(hù)的線路和電路中。此外，由于高功率微波系統(tǒng)通過天線發(fā)射電磁波，其波束寬度可以根據(jù)天線孔徑進(jìn)行調(diào)整。使用小孔徑的寬波束天線，高功率微波系統(tǒng)可同時(shí)攻擊多個(gè)目標(biāo)；使用大孔徑的窄波束天線，可將能量集中到一個(gè)目標(biāo)之上。此外，配備有源電掃陣列的高功率微波系統(tǒng)可以根據(jù)需求快速切換波束形狀。

美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室“戰(zhàn)術(shù)高功率作戰(zhàn)響應(yīng)器”（THOR）的原型樣機(jī)

美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室的另一型高功率微波反無人機(jī)系統(tǒng)“相位器”（Phaser）

發(fā)展現(xiàn)狀

高功率微波系統(tǒng)一般用于毀傷武器系統(tǒng)中脆弱的電子元器件，但針對無人機(jī)、無人機(jī)蜂群等目標(biāo)，所需要的只是干擾其電子設(shè)備或使其無法工作，并不需要使用高功率超寬帶脈沖將其摧毀。這意味著高功率微波系統(tǒng)不一定需要發(fā)射吉瓦級(jí)的功率來摧毀單個(gè)目標(biāo)，功率大小只需要能使其傳感器無法工作或影響導(dǎo)航或飛行控制系統(tǒng)即可。自雷聲公司2006年研制出“雄鷹”（Valiant Eagle）系統(tǒng)以及BAE系統(tǒng)公司研制出“Bofors高功率微波管制”（HPM Blackout）系統(tǒng)以來，這種能力在過去15年里已經(jīng)得到了驗(yàn)證。

在過去幾年里，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室開發(fā)和評估了至少四種高功率微波演示系統(tǒng)，其中包括雷聲公司的“相位器”（Phaser）系統(tǒng)。該系統(tǒng)將高能射頻匯聚到一部反射面天線上，其圓錐形的波束意味著單個(gè)脈沖可一次性攻擊空中的多架無人機(jī)，使其非常適用于對抗無人機(jī)蜂群。

美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室的“戰(zhàn)術(shù)高功率作戰(zhàn)響應(yīng)器”（THOR，簡稱“托爾”）系統(tǒng)由雷多斯公司、BAE系統(tǒng)公司和Verus研究公司聯(lián)合研制而成。該系統(tǒng)已經(jīng)展示了同時(shí)使100架無人機(jī)失效的能力，目前已被部署到非洲進(jìn)行作戰(zhàn)評估?？哲娧芯繉?shí)驗(yàn)室在“托爾”系統(tǒng)的基礎(chǔ)上正在開發(fā)下一代高功率微波系統(tǒng)，用于使威脅軍事基地的無人機(jī)蜂群失效，該系統(tǒng)被命名為“雷神之錘”（Mj?lnir）?？哲娧芯繉?shí)驗(yàn)室已經(jīng)授予雷多斯公司一份價(jià)值2600萬美元的合同，用于開發(fā)“雷神之錘”的原型樣機(jī)，并定于2024年初交付。

最后，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室正與雷聲公司合作開發(fā)“反電子高功率微波增程空軍基地防御”（CHIMERA）系統(tǒng)。顧名思義，與針對近距離目標(biāo)的“相位器”和“托爾”系統(tǒng)不同，該系統(tǒng)旨在攻擊距離更遠(yuǎn)的空中目標(biāo)。

值得注意的是，“托爾”和“相位器”等類型的高功率微波系統(tǒng)都使用真空管技術(shù)產(chǎn)生所需的輻射功率。其體積都相對較大，更適用于固定站點(diǎn)，例如防御軍事基地免受無人機(jī)和火箭炮攻擊。

美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室和海軍研究實(shí)驗(yàn)室還一直在開發(fā)另一類高功率微波武器，這種武器的體積更小，專為導(dǎo)彈和無人機(jī)平臺(tái)而設(shè)計(jì)。波音公司和空軍研究實(shí)驗(yàn)室2012年展示的“反電子高功率微波先進(jìn)導(dǎo)彈項(xiàng)目”（CHAMP），以AGM-86常規(guī)空射巡航導(dǎo)彈（CALCM）為載體，搭載了雷聲公司研制的高功率微波有效載荷，一次任務(wù)可發(fā)射多枚高功率微波彈。作為CHAMP的后繼型號(hào)，“高功率聯(lián)合電磁非動(dòng)能攻擊武器”（HiJENKS）也采用高功率微波技術(shù)使對方的電子系統(tǒng)失效。HiJENKS運(yùn)用了體積更小、更耐用的高功率微波技術(shù)，可以集成到更廣泛的平臺(tái)系統(tǒng)中。在空軍研究實(shí)驗(yàn)室和海軍研究辦公室的共同資助下，為期五年的HiJENKS項(xiàng)目于2022年夏天在加利福尼亞州中國湖海軍航空站完成了最終測試。

由氮化鎵驅(qū)動(dòng)

高功率微波技術(shù)的最新發(fā)展是使用有源相控陣和基于固態(tài)（氮化鎵）的射頻功率放大器來產(chǎn)生所需的射頻功率，而不是靠真空管。一家成立于2018年的初創(chuàng)企業(yè)伊庇魯斯（Epirus）獨(dú)立研制了“列奧尼達(dá)斯”（Leonidas）系列高功率微波系統(tǒng)。

“列奧尼達(dá)斯”是該公司的可擴(kuò)展高功率微波產(chǎn)品，最初的型號(hào)采用拖車配置，并對用于無人機(jī)的機(jī)載吊艙型進(jìn)行了測試。此外，該公司在2022年10月公布了一個(gè)集成到“斯瑞克”戰(zhàn)車上的機(jī)動(dòng)型號(hào)。與有源電掃陣列系統(tǒng)一樣，“列奧尼達(dá)斯”利用波束控制將能量集中在一個(gè)或多個(gè)目標(biāo)上，同時(shí)劃定一個(gè)禁飛區(qū)使己方部隊(duì)能夠繼續(xù)作戰(zhàn)?！傲袏W尼達(dá)斯”可以安裝在相對較小的地面車輛上，每秒發(fā)射數(shù)千次。“列奧尼達(dá)斯”采用開放式系統(tǒng)架構(gòu)，并依賴于基于氮化鎵的現(xiàn)場可更換放大器組件，可迅速發(fā)射一連串獨(dú)特的波形，以利用容易對無人機(jī)目標(biāo)造成影響的頻率。

該公司強(qiáng)調(diào)，“列奧尼達(dá)斯”不是通過中斷無人機(jī)用于通信的衛(wèi)星導(dǎo)航信號(hào)來干擾其數(shù)字化電子設(shè)備，而是作為一種電磁脈沖發(fā)生器，用覆蓋甚低頻到甚高頻的電磁能“包裹”住目標(biāo)。伊庇魯斯首席產(chǎn)品官安德魯·洛厄里（Andrew Lowery）稱：“我們不關(guān)心無人機(jī)的工作頻率，我們是一個(gè)電磁脈沖系統(tǒng)，所以頻率并不重要。使數(shù)據(jù)鏈路或GPS失效相對簡單，很多公司都可以做到。而我們可以從遠(yuǎn)距離覆蓋目標(biāo)，遠(yuǎn)超動(dòng)能武器甚至‘托爾’系統(tǒng)的作用范圍?！?/p>

該公司僅將“列奧尼達(dá)斯”的作用距離定義為“戰(zhàn)術(shù)”距離，這通常意味著大約10公里。洛厄里稱，“我們的波束實(shí)際上不是很窄，3dB波束寬度約為6度。如果我想干掉一個(gè)無人機(jī)群，會(huì)以每秒一千次的速度進(jìn)行掃描，這樣任何進(jìn)入的無人機(jī)都會(huì)撞到一堵無形的電磁能墻。”

“我們想要形成一個(gè)巨大的電場，由于目標(biāo)的空腔和其他進(jìn)入點(diǎn)在某些頻率下更容易受到攻擊，因此我們創(chuàng)建的是能量罩而不是發(fā)射一枚‘能量子彈’，任何飛入能量罩的東西都會(huì)被破壞。即使有很小的間隙和各種其他進(jìn)入點(diǎn)，如果在開關(guān)上施加10或20伏電壓，也足以擾亂電子設(shè)備，將其關(guān)閉。這就是高功率微波的威力，它會(huì)影響計(jì)算機(jī)、相機(jī)、引擎控制或其他任何電路。”

伊庇魯斯公司研制的“列奧尼達(dá)斯吊艙”（Leonidas Pod）高功率微波系統(tǒng)

“列奧尼達(dá)斯”使用該公司獨(dú)有的“智能電源”（SmartPower）電源管理技術(shù)，優(yōu)化了射頻的性能，確保系統(tǒng)在不會(huì)過熱的情況下產(chǎn)生高功率脈沖?！爸悄茈娫础笔且粋€(gè)由硬件、軟件和機(jī)器智能算法組成的專用技術(shù)平臺(tái)，采用實(shí)時(shí)人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)，最高可降低70%的功耗，從而降低系統(tǒng)的功率需求和對大功率電源的需求，并且比基于真空管的系統(tǒng)所需要的冷卻更少。

該系統(tǒng)采用數(shù)字技術(shù)監(jiān)控能量的轉(zhuǎn)換，例如從交流電到直流電。洛厄里稱，“數(shù)字架構(gòu)提高了功率，因?yàn)槟繕?biāo)中的所有非線性電路都被無源網(wǎng)絡(luò)圍繞，將其置于適當(dāng)?shù)钠脳l件下。它優(yōu)化了非線性電路的性能，并且我們采用了一系列動(dòng)態(tài)控制，因此超越了無源靜態(tài)系統(tǒng)的能力。也就是說，我們利用機(jī)器學(xué)習(xí)，通過調(diào)節(jié)漏極、柵極和輸入信號(hào)來管理電路，以優(yōu)化每個(gè)轉(zhuǎn)換指標(biāo)。”

洛厄里稱，“我們還在應(yīng)用的脈寬內(nèi)和上升/下降時(shí)間上面執(zhí)行包絡(luò)跟蹤、預(yù)失真和算法。這消除了傳統(tǒng)非線性轉(zhuǎn)換中產(chǎn)生的大量浪費(fèi)，提高了效率并減少了熱量，因此所需的冷卻要少得多。我們盡全力使目標(biāo)的等效全向輻射功率最大化，因?yàn)槊總€(gè)信道都低于‘托爾’等單信道方案所需的等效全向輻射功率?！?/p>

由于該系統(tǒng)采用軟件定義技術(shù)，可以實(shí)時(shí)修改波形的帶寬和其他參數(shù)，以便在擁塞的頻譜環(huán)境中瞄準(zhǔn)特定目標(biāo)，這意味著“列奧尼達(dá)斯”可以對付己方裝備附近的單架敵方無人機(jī)，同時(shí)降低大規(guī)模無人機(jī)蜂群的威脅。人工智能和機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的運(yùn)用也使“列奧尼達(dá)斯”系統(tǒng)能隨著時(shí)間的推移進(jìn)行學(xué)習(xí)，因?yàn)樗鼤?huì)接觸到新的目標(biāo)數(shù)據(jù)。該系統(tǒng)可以在空中進(jìn)行軟件升級(jí)，以優(yōu)化參數(shù)，有助于對抗新的目標(biāo)。

現(xiàn)實(shí)問題

高功率微波技術(shù)正在迅速成熟，與1970年代和80年代一樣，來自作戰(zhàn)方面的需求正在增加，目前主要應(yīng)用于防空和機(jī)載武器，用于攻擊敵方傳感器到射手網(wǎng)絡(luò)中的許多非動(dòng)能弱點(diǎn)（即未采取電磁防護(hù)的線路和未受保護(hù)的數(shù)字化組件）。

在當(dāng)前的俄烏沖突中，如果烏克蘭武裝部隊(duì)可以獲得這些高功率微波系統(tǒng)，一定會(huì)很有幫助。俄羅斯的無人機(jī)和巡航導(dǎo)彈對這些系統(tǒng)而言是絕佳的現(xiàn)場測試，但這似乎不太可能發(fā)生。據(jù)報(bào)道，“托爾”和“相位器”已經(jīng)被美國部署到海外地區(qū)進(jìn)行作戰(zhàn)評估，“列奧尼達(dá)斯”還沒有。洛厄里表示，伊庇魯斯公司已經(jīng)研制出四種型號(hào)的“列奧尼達(dá)斯”樣機(jī)，已經(jīng)準(zhǔn)備好進(jìn)行低速率初始生產(chǎn)（LRIP），并可在2023年部署至烏克蘭。

審核編輯 ：李倩