随着无人机技术的快速发展,无人机在各种领域的应用越来越广泛。然而,无人机滥用、非法入侵和恶意攻击等问题也日益严峻,对国家安全、公共安全和个人隐私等造成了严重的威胁。因此,研发高效、快速且安全的无人机防御系统成为当前较为迫切的需求。在目前正在开发的反无人机技术中,只有高功率微波(HPM)技术是针对无人机蜂群设计的。近年来,美国十分重视高功率微波武器这一新兴战斗力的生成与运用,研发了多种高功率微波武器系统,开展了大量的作战概念开发、样机研制和演示验证活动,大力推进高功率微波武器的发展与部署应用。
高功率微波技术原理
高功率微波是指用功率密度超过1MW/cm2的微波进行辐射,基于微波与物质相互作用的物理过程,当高功率微波作用于无人机时,会产生热效应、电磁效应和非线性效应,从而对无人机的电子设备和元件造成损坏或干扰。高功率微波所产生的热效应会导致无人机内部的元件温度升高,进一步造成热损伤或烧毁;电磁效应则会对其电子系统形成干扰,导致信号失真或设备故障;非线性效应可能引发无人机内部的电磁脉冲,从而破坏其电子系统。在这些效应的共同影响下,高功率微波能使无人机失去控制或实现将其迫降的目的。高功率微波反无人机系统能够快速识别、跟踪和反制敌方无人机或无人机蜂群,有效削弱敌方获取信息的能力和作战能力,从而提高战场优势。
美军高功率微波武器盘点
一、Phaser
Phaser是由美国雷神技术公司(Raytheon Technologies)研发的陆基微波武器系统,使用高功率微波电磁辐射来打击敌方无人机和无人机蜂群。该系统通过真空管技术来产生辐射功率,并通过反射器天线来产生锥形波束,使其能够在短距离内一次性摧毁多架无人机。Phaser以柴油为动力,安装在20英尺(约6米)高的集装箱上,在搜索雷达的引导下跟踪无人机,通过碟形天线向目标无人机方向发射高功率微波,烧毁目标无人机内部的电子元件。
该系统主要由3部分组成:AN/MPQ-64“哨兵”(Sentinel)地空警戒雷达、近程战术雷达和高功率微波地面站。三者呈三角形布局,正对无人机可能出现的方向,其中高功率微波地面站在前,方便地空警戒雷达和近程战术雷达发挥其探测距离远、扫描范围广的优势。该系统杀伤时间仅需几毫秒,而激光武器要摧毁目标通常需要聚焦目标数秒的时间。其单发成本仅几美分(1美分≈人民币7分),与导弹成本相比几乎可以忽略。
二、战术高功率作战响应器(Thor)
战术高功率作战响应器(Thor)是由美国空军研究实验室为空军基地防御而开发的一款反无人机蜂群电磁武器。在探测到无人机群时,Thor会发射大范围的微波能量,使多架无人机同时失效,从而非常有效地应对旨在压制常规防御系统的大规模无人机协同攻击。
该系统部署性强,操作简单,可安装在各种平台上,包括车辆、集装箱或其他地面装置。该系统可由两人在2至3小时内完成组装,因此具有较强的机动性。可在一台笔记本电脑上对整个系统进程控制,操作员通过手持遥控器可将天线转向任何方向,快速进行360度水平旋转和上下移动,能够在极短时间内打击来自不同方向上的无人机,提供全方位的防御。发射高能微波的天线装置以圆锥形对朝向区域发射“光束”,而被光束照射到的无人机会瞬间瘫痪坠毁。
另外,Thor武器的弹仓实际上是无限的,仅受其电源的限制,因此可提供持续的防御解决方案,而无需弹药补给。面对未来大量来袭无人机,传统反无人机防御系统只能提供有限的保护,而该系统可以一次性击落50架以上的无人机。
三、高功率微波反电子增程型空军基地防空(CHIMERA)系统
由于处于保密状态,尚无有关雷神技术公司研发的CHIMERA系统的详细信息。现有资料表明,CHIMERA系统的目的是在更大范围内消除电子威胁,提供额外的防御层。该系统旨在建立能够有效对抗无人机群的多层防御。2024年初,雷神技术公司和美国空军研究实验室已在新墨西哥州白沙飞弹靶场成功完成了为期3周的CHIMERA测试。在本次测试中,CHIMERA对空中目标进行了捕捉和追踪,并将定向能应用于多个不同目标,展示了端到端的火力控制。
四、Leonidas反无人机固态微波武器
Leonidas系统是由美国Epirus公司于2020推出的高功率微波系统,通过定向辐射高功率电磁脉冲毁伤目标,该系统号称是世界上首台小型化高功率微波系统。为适应不同的任务需求,Epirus公司正在对该系统进行能力扩展,开发单兵型和地面机动型、无人机载吊舱型以及舰载型等系列化高功率微波武器。
Leonidas系统采用数字波束形成、软件定义、GaN固态放大器等新技术,可一次性击落数十架无人机。该系统搭载于一个小型拖车上,工作于低频段,发射功率为270MW,有效辐射功率270MW,作用距离可达300米,天线阵面高约2.6米,宽约1.2米,每秒发射数千次可转向的电磁脉冲波束。系统响应速度快,可在30分钟内完成从运输状态到作战状态的转换,部署完成后,可在数分钟内发射电磁脉冲。该系统采用固态发射和多波形发射,不产生电离辐射,人员操作区辐射强度与传统微波炉或手机相当,确保操作人员安全并提供360度前方作战基地保护。
Leonidas系统用于保护前沿作战基地、固定站点、机动部队,免遭无人机的威胁。根据不同的作战任务,可工作于精确模式和扇区模式。在精确模式下,可针对特定目标,通过精确数字波束形成,形成窄波束,从多个目标中筛选出个别目标,聚集能量,实施精确攻击。在扇区模式下,可针对蜂群目标,通过数字波束形成生成宽波束,形成“力场”效应,击落扇区扫过区域内的所有无人机目标。
五、反电子高功率微波先进导弹(CHAMP)
CHAMP导弹由美国波音公司鬼怪工程部依托“反电子系统高功率微波先进导弹”(CHAMP)项目研发,于2012年测试成功,2019年投入使用。CHAMP导弹可由B-52轰炸机等飞机搭载并发射,导弹从低空进入目标区域时,其搭载的微波武器可发射高功率微波,令敌方目标或建筑物内的电子设备瘫痪,同时不造成附带损害。
CHAMP导弹所发射的微波可穿透掩体,摧毁地下工程和核设施的电子设备,或使无人机、战斗机、坦克、舰艇和导弹上的电子系统失效。另外,该导弹在前往和撤离预设目标时,会导致敌方探测雷达失效。目前,该导弹已部署在中东的美军基地,用来对付无人机和简易爆炸装置。
六、高功率联合电磁非动能打击(HiJENKS)
HiJENKS武器在依托CHAMP项目研发的可集成在无人机、巡航导弹或机载武器吊舱等平台上的空基高功率微波武器系统,可对重要战略目标进行先遣电磁打击,对夺取战场制电磁权具有重要意义。2023年,美海军和空军在美国加利福尼亚州的中国湖海军航空站对HiJENKS系统进行了为期两个月的测试,试验表明该武器系统可阻断电子系统,能够破坏、降级或摧毁陆基/舰载C4I系统,增强美军电子战和网络作战能力,具有非动能、低附带损害等特点。
七、墨菲斯(Morfius)
Morfius系统是一种可重复使用的高功率微波拦截器,由美国洛克希德·马丁公司(Lockheed Martin)专为对抗无人机和无人机群而设计研发的,可以返回基地进行改装以进行下一次任务。Morfius系统以无人机平台搭载高功率微波武器模块,能够迅速飞抵敌方无人机附近,发射吉瓦量级(1吉瓦=1百万千瓦)的高功率微波将敌方无人机击落。Morfius系统选用Altius 600小型固定翼无人机(最大载荷重量不超过3.18千克,最高飞行速度达167千米/小时,巡航速度为111千米/小时,续航时间超4小时,航程达440千米)作为载体,通常封装在直径约15厘米的发射管中,装配一个导引头,全重不超过13.6千克。
该系统目前展现出以下几个主要特点:
1)可重复使用:该系统完成作战任务后,可返航至基地充电供下次使用;
2)发射平台多样化:该系统可由地面车辆、舰船、运输机等多个平台发射,提高了系统的灵活性和适用性;
3)附带损害低:该系统能够在空中一次性摧毁多个无人机,不会对地面、车辆等造成损害;
4)开放式设计:该系统能够快速集成到多种指挥控制系统中,为指挥官提供更加灵活、便捷的操作手段。
八、郊狼-3(Coyote Block-3)
Coyote Block-3是一款具有自主集群作战能力的小型、消耗性、管式发射的无人机,可以从地面、空中和海军舰艇上进行发射。尚无与该无人机的非动能效应能力相关的具体技术,但该无人机旨在利用非动能弹头来反制敌方无人机,减少潜在的附带损害。