HELMA-P、HELIOS、HELCAP、SSL-TM、ODIN，这些首字母缩略词只是法国和美国正在进行的多个高能激光 （HEL） 计划的一个例子。许多其他项目（例如英国的 DragonFire）正在全球范围内进行，尽管速度各不相同，以期在通往 HEL 的道路上超越潜在对手。
HEL 武器的受欢迎程度是由它们似乎提供的众多优势推动的。从目标跟踪和参与的便利性，到低参与成本与杂志深度的非常有吸引力的比率。一些海军将这些武器视为未来海战的关键能力。然而，HEL 计划在全球范围内的不同进展水平也表明，无论是在物理层面、组织层面还是两者兼而有之，仍然存在一些挑战，这一点在美国海军 （USN） 中最为明显。
所以问题仍然存在：HEL 是一场战场革命，还是仅仅是分层防御的演变？
赫尔 101
HEL 是主流开发中的三种主要定向能武器 （DEW） 类型之一，其中还包括高功率微波 （HPM） 和毫米波武器 （MWW）。后者与 HPM 非常相似，但工作频率更高，波束更窄。每种类型的武器都利用电磁 （EM） 频谱的不同区域来产生各种效果。存在其他类型和子类型的 DEW，例如粒子束和 Masers，但尚不清楚这些是主流 DEW 研发工作的一部分。
图片来源：美国 GAO
在海军领域，绝大多数人都倾向于 HEL 计划，原因有两个。
首先，与 HPM 和 MWW 等分散光束相反，HEL 等集中光束允许用户在更大的范围内（尽管仍在视线 （LoS） 范围内）对抗目标，或刺穿更多种类的材料。这个射程可以通过提高用于为 HEL 提供动力的能量水平来进一步扩展，这会增加武器的射程和强度。应该注意的是，增加 HPM 和 MWW 的功率也会增加它们的有效射程。
其次，正如负责 CIAS 激光部门的 Arnault Gagnepain 告诉 ESD 的那样：“[HEL 的集中光束] 意味着这些武器通常很简单，很容易在机上集成，因为没有色散锥，因此不会干扰其他设备。HPM 和 MWW 则不能这样说。因此，在作战层面对 HEL 武器的期望很高。
HEL 的光明面 – 运营优势
正如 2023 年 8 月发布的国会研究服务 （CRS） 报告《国防部定向能武器：国会的背景和问题》附件中所指出的，与传统替代品相比，HEL 武器预计将呈现四个主要优势。
首先：接洽时间短。HEL 武器的瞄准时间几乎是即时的，这意味着与传统弹药相比，无需考虑弹道学来计算拦截路线。在实践中，这也应该转化为在短时间内与多个目标交战的可能性，因为不需要重新加载或进行另一组计算。
HEL 武器的第二个显着优势是它们能够对抗机动或敏捷目标。由于这些武器的工作原理是保持对目标的光束，因此它们被设计为跟随目标直到威胁被消除（丧失能力或摧毁）。在 2024 年 1 月发表在《今日物理学》上的一篇题为“新型激光武器”的文章中，Thomas Karr 和 James Trebes 解释说，300 kW 的 HEL 可以在大约 2.5 秒内击败铝壳目标，在不到一秒的时间内击败塑料目标。
第三，HEL 的光束使它们成为高精度武器。“武器会击中操作员的目标，”Gagnepain 解释说，因此不仅消除了弹道学上的担忧，还大大降低了附带损害风险。
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最后，使用强度可调的光束可以让武装部队在一个武器系统中产生可扩展的效果。从光电传感器眩目等非致命效果，到光学传感器烧毁等有限伤害，再到目标的完全无效化，HEL 武器有望提供理想的可扩展响应。
因此，美国武装部队以及世界各地的其他武装部队正在制定 HEL 开发计划，以应对从无人驾驶飞行器 （UAV） 和潜在的无人水面车辆 （USV） 到弹道和高超音速导弹防御的各种威胁。然而，这些计划的时间表和雄心水平差异很大，因为武装部队以非常不同的方式努力解决 HEL 武器有据可查的限制。
欧洲节制 – 法国和英国 HEL
尽管 HEL 武器具有所有预期的操作优势，但也存在许多限制。几十年来正在进行的 HEL 开发计划已经很好地记录了这些局限性，尤其是在美国。
至少到目前为止，HEL 的主要限制之一是它们的射程。这主要是因为，从本质上讲，光束只能在 LoS 范围内工作。除此之外，这些系统容易受到大气条件的影响，因为 HEL 在 EM 波长光谱的红外端工作。因此，正如 CRS 报告所指出的：“大气中的物质——尤其是水蒸气，还有沙子、灰尘、盐颗粒、烟雾和其他空气污染——会吸收和散射光，而大气湍流会使激光束散焦。
船载系统特别可能不得不应对水蒸气的问题，水蒸气也比陆基系统更能吸收光。然而，随着这些系统的发展，海军将能够找到减轻这些影响的解决方案——例如，CRS 报告提到了将激光器设计为发射受水蒸气影响较小的波长的光的可能性——但整体性能将继续降低。该报告还提到了使用自适应光学器件对光束进行连续快速调整，以响应大气干扰，从而在更广泛的条件下保持光束的功率。
迄今为止的另一个关键限制是尺寸、重量和功率 （SWaP）。为了使 HEL 武器成功瘫痪和/或无效化大型和可能硬化的目标，需要更大的功率来发射更强的光束。然而，更多的功率将不可避免地影响系统本身的尺寸和重量，进而影响其在主机平台上的占地面积（空间和电力需求）。
这些众所周知的局限性解释了为什么迄今为止，法国 HELMA-P 和英国 DragonFire 等欧洲计划主要集中在 >100kW 级的光束上，用于中和无人机、火箭和简易爆炸装置 （IED） 等较小目标。
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在与 ESD 谈论 HELMA-P 时，Gagnepain 解释说，目前，该系统由三个约 1m 的块组成3每个：带有所有电气装置的激光发生器、冷却系统和转塔 - 公认，转塔甚至小于 1m3.它直接从船舶系统获取电力和冷却。
“在实践中，这意味着我们的系统可以很容易地集成到任何船只上，从护卫舰到航空母舰，”Gagnepain 指出。一旦它收到船舶指挥与控制 （C2） 系统的目标指定，它就可以自主跟踪、交战和消除威胁——始终有一个人在回路中。
目前，该系统专门用于对抗小型和微型无人机。超出此范围的任何事情都需要更多的电力，并且不可避免地会导致并非所有船舶都能承受的大量电涌——或者至少在所有其他系统都可用时无法承受。“但我们正在与法国海军和其他武装部队密切合作，继续扩大我们的系统，使其能够应对更大、更坚固的目标，”Gagnepain 总结道。例如，这将包括 USV、导弹，并可能（最终）使用激光对付卫星。
HELMA-P 成功向法国采购机构（Direction Générale de l'Armement;DGA） 于 2023 年 6 月在地平线级护卫舰福尔宾 （D620） 上安装和操作。第一批系统计划于 2025 年年中交付，尽管 Gagnepain 无法评论法国海军是否会收到任何系统，但他提到“一开始就足够所有服务使用”。CILAS 正在与 Ariane Group 合作，并准备扩大生产规模。
在英国，DragonFire 计划也在向前推进，国防部最近宣布再次承诺在 2030 年代之前部署这种武器。DragonFire 是一款 50 kW 级 HEL 演示器，由 MBDA 领导的财团开发，包括 Leonardo（负责光束导向器）和 Qinetiq（负责激光源），可能会安装在陆地和海军平台上。
信用：Dstl
与 HELMA-P 类似，DragonFire 演示器由三个独立的单元组成：一个 C2 舱、一个热装置和一个激光效应器容器。这些装置的规模仍然未知，尽管作为演示者，它的占地面积似乎比法国系统略大。根据国防部的相关新闻稿，DragonFire 演示器于 2023 年底在国防部的赫布里底群岛靶场成功测试，展示了其“在远距离以非常高的精度跟踪移动的空中和海上目标”的能力。
目前尚未宣布确切的交付日期，但国防部已表示打算将运营日期从最初的 2030 年代提前。迄今为止，也没有关于哪些船只将配备这些武器的明确计划，但皇家海军 （RN） 的 45 型驱逐舰和 26 型护卫舰已被列为可能的候选者。
因此，这两个欧洲计划都在快速推进，并开始在短期 （FR） 和中期 （UK） 期间部署 >100 kW 级 HEL 武器。这表明希望尽快开始将 HEL 作为补充武器系统，作为分层防御的一部分。它还将有助于逐步开发 CONOPS。
要么做大，要么回家 – USN HEL 困境
在大西洋彼岸，HEL 的格局有些不同，多年来 - 花费数百万美元 - 用于持续开发已经招致了严重的批评。在 2024 年 1 月于华盛顿特区举行的水面海军协会活动期间，美国海军水面战需求主任 Read Admiral Fred Pyle 成为头条新闻，他表示：“我对定向能武器的速度不满意。我们必须兑现这项技术给我们带来的承诺。
美国海军在为其许多水面舰艇部署HEL武器方面缺乏稳定进展，最好地说明了与这些武器计划相关的局限性。这些在美国政府问责局 （GAO） 于 2023 年 4 月发布的报告《定向能武器——国防部应专注于过渡规划》中得到了很好的记录，也许可以用这句话来最好地概括：“几十年来，国防部一直优先考虑投资于技术的早期研发。这导致缺乏远见，因此难以与成熟的收购计划竞争资金。
图片来源：美国国防部/Jim Trebes 博士
这反过来又导致国防工业基地内的代表对在没有政府明确承诺的情况下投资开发 HEL 技术表示担忧。正如 GAO 报告所指出的，利害攸关的主要问题是，由于缺乏 DEW 或关键技术的商业应用，无法利用商业产品。这不可避免地导致行业合作伙伴的高开发成本。
相比之下，英国的 DragonFire 财团一直在表示，它正在利用 COTS 向前发展，随后将努力加固材料或寻找替代品——从而推动该计划向前发展。
在过渡工作中缺乏远见也导致国防部缺乏用于 DE 武器计划和加强工业基础的稳定资金。这个问题在全球多个国防部门都很明显。2024 年 7 月 30 日发表在《麻省理工科技评论》上的一篇论文《美国及其盟友如何重建经济安全》就是一个例子。基于无人机制造——这是目前另一种“热门”技术——的分析，他们解释说，许多欧洲国家已经引导他们的制造业基地向东滑，大大损害了他们生产关键能力的能力。
另一个问题是 USN 开发和过渡 HEL 技术的过程。基于海军科技界与项目执行办公室 （PEO） 综合作战系统之间的合作伙伴关系，这种伙伴关系仅非正式地为开发界记录了武器使用数据。再加上这些武器的战术和作战概念 （CONOPS） 仍在开发中，缺乏关于开发人员和用户之间开发迭代的正式记录可能会显着减缓工业化和采用。
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其中许多问题主要源于这样一个事实，即美国海军正在寻求实现更高功率的 HEL，但未能成功将演示者整合到船上。同时，工业能力不足，无法在这些被证明有用的系统上增加生产活动。因此，迄今为止，USN 已经经历了四个 HEL 计划，这些计划的影响范围有限，有时影响有限。
固态激光技术成熟 （SSL-TM） 最终于 2019 年在波特兰号航空母舰上安装 150 kW 级激光武器系统演示器 （LWSD），该计划将于 2024 年结束。海军光学耀眼拦截器 （ODIN） 旨在用 60 kW 级激光器使无人机眼花缭乱，仅部署在七艘 Arleigh Burke Flight IIA 驱逐舰上。具有集成光学眩光和监视功能的高能激光器 （HELIOS） 是另一种 60 kW 级激光器，尽管用于眩目和拦截——有可能增长到 120kW——于 2022 年安装在阿利伯克级驱逐舰普雷布尔号上，并于 2023 年进行了海上试验，但计划继续进行测试至 2028 年。
最后，旨在达到 300 kW 功率水平的高能激光反 ASCM（反舰巡航导弹）项目 （HELCAP） 将在 2028 年之前进行实验，但尚未安装在任何舰艇上。因此，关于如此大的电力和冷却需求的可行性的问题在很大程度上仍然未知。
通往 HEL 的高速公路
HEL 武器可能前景广阔，但它们仍然面临的限制意味着最明智的前进道路是渐进式进化。正如法国和英国的计划所表明的那样，努力将较小的 HEL 投入使用到更多平台上，将它们用作分层防御方法的一部分，为工业、武装部队及其平台提供了更多的适应时间。
另一个值得注意的例子是以色列公司 Rafael 的 Iron Beam HEL，这是一种 100 kW 级武器，旨在补充以色列低层的空中和导弹防御系统。这可能是所有提到的最接近作战部署的，制造商预计以色列国防军 （IDF） 将在 2025 年底对其进行部署。
信用：拉斐尔
美国海军以及其他美国军种部门可能将目光投向了更大的系统，这些系统有望为弹道导弹威胁提供灵丹妙药——这一预期尚未被证明是正确的——但与此同时，它未能正确部署现有技术。因此，不仅 CONOPS 没有取得进展，而且该国的工业基础也没有准备好满足其海军的需求。
“今天，我们正在努力部署激光武器，同时也在为未来做准备，因为我们正在考虑赋予它们更多的力量并将它们集成到更多平台上，”Gagnepain 总结道。也许这种“缓慢但肯定”的方法确实是通往 HEL 最有把握的高速公路。
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