DOI:10.19486/j.cnki.11-1936/tj.2024.07.008
“守护者”机动激光防空武器系统是美国陆军新推出的一种采用“斯特赖克”A18×8轮式装甲车底盘的伴随式野战激光近程防空武器系统。该武器系统由美国陆军“快速能力与关键技术办公室”负责牵头，旨在用于保护美国陆军师旅一级战斗队，使其免受敌方无人机、榴弹、迫击炮弹、火箭弹、巡飞弹、巡航导弹等空中来袭兵器的威胁。同时，其有效作用射程内，也能用于打击固定翼有人驾驶飞机和直升机。此外，“守护者”陆基激光防空武器系统还能用于执行ISR/反ISR（ISR：情报、监视和侦察）以及精确瞄准射击任务。由于DE-M-SHORAD相对于传统野战防空系统技术跨度过大，所以美国陆军采取了分阶段的2步走。即先用技术成熟的“蝎尾狮”机动弹炮结合防空武器系统（IMSHORAD，“初始型机动近程防空系统”）过渡，然后再转向DEM-SHORAD。事实上，在美国陆军的新编制中，出现了一个名为防御旅（Protection Brigade）的特殊单位，所有5种陆军师皆编有防御旅，旨在为陆军师提供掩护支援。令人感兴趣的是，防御旅的核心装备也是基于“斯特赖克”底盘的。防御旅是以先前美军的机动增强旅（MEB）为基础改建的新编制单位，防御旅组成包括1个工兵营、1个宪兵营、1个“机动近程防空”营（M-SHORAD）、1个核生化防护营、1个旅支援营。其中最为重要的是M-SHORAD防空营，该单位主要装备“蝎尾狮”（IMSHORAD）与“守护者”（DE-MSHORAD），为师内单位提供近程防空/反无人机掩护火力。
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野战防空是相对要地防空而言的，主要是指军队在野战条件下进行有组织的防空作战。绝大多数国家都高度重视野战防空，将其作为合成作战的重要组成部分，采用可伴随机械化部队高速行军的机动式防空系统，有效保障地面部队作战行动。但由于强大的制空权能力，历史上的美国陆军没有重视野战防空的传统，对于相应的装备发展并不热心。即便在冷战高峰时期，面对苏联这样的对手，也只是有限装备了M16320毫米自行高炮、“复仇者”机动近程防空导弹系统。前者是由20毫米加特林机关炮、轻型火控雷达和M113装甲人员输送车组合而成，后者则是基于“悍马”底盘的多联装“毒刺”单兵防空导弹。显然，从上述系统的技术成份来看，美国陆军对于野战防空的漫不经心并非泛泛而谈。至于高端昂贵的野战防空系统，如DIVID师属野战防空系统项目下的T249自行高炮（采用M48A1或M48A2中型坦克底盘的陆地机动型“密集阵”）、M247“约克中士”自行高炮（采用M48A1或M48A2中型坦克底盘、2门博福斯公司的40毫米L70火炮和F-16战斗机上使用的APG-66雷达组成），M1AGDS自行高炮系统（由M1坦克底盘、40或30毫米机炮、APG-66雷达以及“阿达兹”防空/反坦克两用导弹构成）则从来没有被允许定型投产。及至冷战结束苏联军队瓦解，这一切令美国军队失去了强大的对手，美国陆军野战防空系统建设干脆进入了近乎“荒芜”的状态，即便是M16320毫米自行高炮、“复仇者”机动近程防空导弹系统也被退役封存，聊胜于无的只有单兵“毒刺”导弹和少量半路出家的M6防空战车（加装“毒刺”导弹的M2“布雷德利”步兵战车）。不过，这种情况在美国宣布重新进入大国竞争状态后发生了变化，由于认定在新一轮大国竞争中，美国军队的制空权能力将不再可靠，并且无人机、巡飞弹等新型空中攻击手段的大规模扩散，美国陆军不得不重视地面防空能力建设，试图重新构建野战防空系统。2018年，美陆军启动M-SHORAD（“机动近程防空系统”）项目，计划研制一种机动式野战防空系统，为旅级战斗队提供针对无人机、旋翼/固定翼飞机、火箭弹和迫击炮弹等的野战伴随防空能力。项目一经提出，吸引了不少军工巨头参与竞标。在经过一系列方案竞型后，美陆军选中意大利雷昂纳多公司的设计方案。2020年10月，美通用动力陆地系统公司获得一份价值约12亿美元的合同，将意大利人设计的防空炮塔集成到“斯特赖克”A1装甲车底盘上，为美陆军生产M-SHORAD野战防空系统，代号“蝎尾狮”（“斯特赖克”A1是“斯特赖克”的升级版，采用了双V车底设计，换装了包括450马力卡特彼勒C9柴油发动机、6.0版悬架系统、910安培交流发电机、智能电源管理系统等在内的新装备。因此，相比过去的“斯特赖克”底盘，A1拥有更好的防护和机动性能）。按照计划，首批“蝎尾狮”M-SHORAD防空系统应于2020年装备部队，2022年完成交付144辆，建立4个防空营。由于新冠肺炎疫情的爆发，美军不得不推迟该计划。五角大楼2023年4月23日宣布，美国陆军防空和导弹防御司令部下属的第4防空炮兵团第5营装备了“蝎尾狮”，掀开了几十年来美国陆军更新野战防空系统的序幕。不过，此时的M-SHORAD野战防空系统只是一个过渡性产品，实际上是各种现有传统武器的拼凑。炮塔中央是一门30毫米M230机关炮和一艇7.62毫米M240并列机枪，另有一套四联装“毒刺”红外制导地空导弹和一套两联装“长弓地狱火”毫米波反坦克导弹，分别位于炮塔左右两侧。
这样的野战防空系统显然是差强人意的，所以美国陆军在其前面悄悄加了一个前缀“I”（initial），即IM-SHORAD“初始型机动近程防空系统”。IMSHORAD是过渡型，那么在美国陆军心目中，理想的M-SHORAD究竟是怎样的？由激光武器武装起来的“守护者”DE-M-SHORAD被认为是答案之一。
高能力定义的产物
尽管同样基于“斯特赖克”A1底盘，但“守护者”DEM-SHORAD是一种高能力定义的产物。在美国陆军当前和未来需要应对的战场环境中，小型低成本无人机、巡飞弹及其蜂群使用为代表的新一代空中攻击手段成为主要的空中威胁之一。美军自己就正在不断持续推进“山鹑”无人机蜂群、“进攻性蜂群使能战术”（OFFSET）、“小精灵”（Gremlins）等项目，对小型低成本无人机、巡飞弹及其蜂群使用的战场效能十分清楚。无人机成本低廉，技术门槛低，易于大规模生产，经简单改装即可携带小型爆炸装置，具有成本低、数量庞大、目标侦测处置难等特点，而且在高能战斗部的升级下，微型无人机虽然载荷更少，但毁伤威力并不弱于常规重型战斗部。再加上人工智能指挥控制系统的不断发展，无人机“蜂群”作战系统已经成为对抗传统部队的利器。但传统以小口径高炮、导弹为代表的野战防空手段对这些目标的拦截效果有限，这些装备可在一定程度上完成无人机防御任务，但是存在反应速度慢、打击精度低、引战匹配难、附带损伤大、效费比低等问题，这也是为什么“蝎尾狮”是过渡型IMSHORAD的原因，需要另辟蹊径寻找新的解决方案。目前，非传统反无人机手段主要包括干扰阻断、定向能直接摧毁、拦截捕获和诱骗控制等。干扰阻断是利用电磁波、声波扰乱无人机通信或机载陀螺仪工作，使其失效坠落。拦截捕获是通过发射捕捉网捕获无人机。诱骗控制是利用信号干扰等方式，迫使无人机降落。与前几种方式不同，直接摧毁是使用定向发射的高能波束，破坏无人机机体表面或内部电子元器件，造成无人机失能或直接爆炸。这种有别于传统毁伤模式的硬杀伤手段，以响应速度快、命中率高和多目标同时打击等突出优势受到关注，逐步发展为主要反无人机作战样式之一。而在定向能武器诸多技术路线中，激光武器被认为是最有可行性的选择。强激光武器具有光速攻击、作战隐蔽、作战持续能力强、火力转移迅速、抗电磁干扰、附带损伤小、单发拦截成本极低等特点。非常适合用于低空、超低空战场的防御。强激光武器通过发射激光远距离照射飞行器，在目标表面沉积能量，直接或间接烧蚀其传感器、动力系统、飞控或驱动部件等，使其失去飞行能力而坠毁。激光武器反无人机作战运用经历了从无到有、从次到主、从弱到强的发展过程，如今已部署在卡车、舰艇和飞机等不同平台上，经过多国实战验证，成为实用型武器系统。美国最早使用激光武器进行反无人机作战，并将激光武器作为舰艇应对小型无人机的主要手段。2014年，美军首次将激光系统安装在军舰上进行测试，成功摧毁小型无人机，成为激光武器反无人机作战的标志性事件。2021年，美海军研究办公室在“波特兰”号两栖船坞登陆舰上部署激光武器系统，用于打击低、慢、小无人机以及其他空中目标。2022年，美海军接收首套由驱逐舰搭载的大功率激光武器，可与舰载“宙斯盾”系统联网使用。2022年3月，沙特阿拉伯使用“沉默猎手”车载激光武器系统，击落13架胡塞武装的无人机，这是激光武器反无人机作战首次取得实战成果。2021年6月，以色列埃尔比特系统公司与以色列空军联合进行机载激光武器系统测试，从不同距离和飞行高度进行反无人机作战测试，验证了机载激光武器的反无人机作战效能。不过即便如此，DE-M-SHORAD仍是一种高能力定义的产物。
“守护者”与“沉默猎手”同属车载战术激光防空/反导武器系统的范畴，2019年在阿联酋阿布扎比防务展上展出了“沉默猎手”车载低空激光防空系统的实物，该激光器采用的是陕汽SX2300型6×6卡车底盘承载一个大方舱，左侧白色激光器和后部雷达系统、右侧光电观瞄系统都安装在方舱顶部，可以360度旋转实现目标搜索、捕获、锁定/跟踪和射击全自动化。其实这套系统在之前IDEX2017展会就已经出现，但展出的模型分为两种，一种是可以布置在楼顶的固定版，可以进行要地防空，另一种则为车载版，可以换用各种卡车平台，直接承载激光器的自带发电系统的方舱，也可以外接电源，机动快速。而在2022年3月沙特阿拉伯首届世界防务展期间，“沉默猎手”又推出了“猛士”底盘承载的新版本。 一般来讲，所谓的战术激光指的就是100千瓦级别，这个范围其实比较广，一般拦截无人机以及其他机动小目标与炮弹以及火箭弹和导弹等所需要的功率不一样：拦截小型无人机需要20~50千瓦；拦截迫击炮弹或小型火箭弹要100千瓦；拦截炮弹与高速导弹则需要300千瓦以上。在实战中，“沉默猎手”以最高功率对低成本无人机的拦截半径为4千米，对付中大规模无人机“蜂群”作战可能有些勉强。 为了在实战中成功实施拦截，必须将“沉默猎手”部署在目标周围或防空导弹阵地之上，还需要部署其他武器装备对其进行保护。在实战中更接近于一种要地防空系统的辅助火力，而不是伴随式野战防空装备。
最大标定功率达50千瓦的DEM-SHORAD，理论上更能符合实战要求，真正能够作为独档一面的野战防空系统发挥作用。“守护者”陆基激光防空武器系统的主要武器为一座美国雷声智能与航天公司研制的采用光纤激光器的高能固态激光发射装置，该装置可发射功率为50千瓦的高能激光束，拥有体积小、重量轻、功率大等特点（激光器由车载450马力“卡特彼勒-C9”柴油发电机充电的高容量电池进行供电）。同时，其发射的50千瓦高能激光束，不仅质量高，且能在距离较远的目标上紧密聚集，从而达到更好更快摧毁目标的目的。此外，“守护者”还配备了包括使用氮化镓天线的Ku波段Ku720多用途有源相控阵雷达、“蝗虫”独立目标截获与跟踪系统、车载战斗管理、通信与指挥控制系统、电源和热管理系统等在内的装备。其中DE-M-SHORAD主传感器设备是安装在车体上部的四面多任务半球型Ku波段Ku720多用途有源相控阵雷达。该雷达是S波段频率的有源成像阵列雷达。由于其高灵敏度和锐度以及强大的后端软件处理技术，不仅可以捕捉空中目标，还可以监视地面目标。雷达的功能非常强大，最多可以同时跟踪上百个目标，或者在四周监控时实时跟踪几个特定目标。该雷达有三种任务配置：PRS-40敌火探测型：系统自动探测、跟踪、分类和定位向己方部队开火的威胁，主要包括火箭弹、手榴弹、迫弹、导弹和肩射火箭弹，并实时计算炮弹的原点和落点。PRS-42战术空中监视和探测型：能最有效地探测、分类和跟踪各类空中目标，搜索战斗机、直升机、无人机、运输机等飞行目标。PRS-44全面边境保护：可对空中和水面目标进行探测、分类和跟踪，搜索人员、车辆、船只、直升机、无人机、轻型和超轻型飞机等目标。而且操作人员只需要更换雷达后台软件，就可以在三种任务配置之间进行切换。“蝗虫”独立目标截获与跟踪系统则是一套集成了可见光照相机、短波红外照相机、中波红外焦平面阵列、激光指示仪、激光测距仪等装置的综合光电探测系统，该系统应用了更新的算法，能在更远的距离上发现诸如无人机等在内的空中来袭目标。车载战斗管理、通信与指挥控制系统的运用，能让DE-M-SHORAD实现自动、半自动和手动模式下的目标获取、瞄准点选择与管理功能，且能让“守护者”系统与美国陆军现役使用的作战管理系统进行互联互通。所以“守护者”系统也能够执行ISR任务，作为前线侦察车使用，任务拓展性上也更为理想。
服役列装前景
2021年8月，美国陆军在俄克拉荷马州西尔堡对DE-M-SHORAD系统的原型进行了测试。2021年9月，美国陆军在一份价值1.239亿美元的合同中选择了雷声和科尔德科技两家公司为3台安装在“斯特赖克”A18×8轮式装甲车底盘的DE-M-SHORAD系统提供相应的部件。其中，科尔德科技公司作为该合同规定的主要集成商，主要提供3台“守护者”所需的电源管理系统和冷却系统，而雷声公司则主要为3台DE-M-SHORAD提供所需的高能激光器、光束定向器、多功能雷达等部件。2022年5月16日，美国雷声公司发布消息称，其和美国陆军在白沙导弹试验场对DE-MSHORAD系统原型机进行了为期4周的实弹测试，在测试中，“守护者”多次击落包括60毫米迫击炮弹和无人机在内的目标。据雷声公司宣称，DE-M-SHORAD系统在测试中表现还不错，激光器在几秒钟的照射后就能引爆或偏移迫击炮弹，而常规的小型无人机能在瞬间被激光破坏外壳。理论上来说这套激光系统有能力应对无人机、迫击炮炮弹、火箭弹等速度相对较低的小型目标。DE-M-SHORAD的50千瓦激光器使用了20~25个光纤激光放大器模块，增强了激光器的功率，但将这些单独的光束整合到一起形成一股杀伤激光被认为是整个项目最困难的部分之一，显然雷声公司已经解决了这个问题。另外，一辆DE-M-SHORAD需要配置3人：驾驶员、车长和武器操作手，因为不需要弹药架，更不需要装填弹药，腾出来的空间可以用来安装设备，有可能还会增大油箱。尽管是新的武器系统，但是使用操作并不复杂，参与原型车测试的士兵经过几天的训练就已经掌握相关操作。 当前，DE-M-SHORAD已被移交给美国陆军“导弹和空间项目办公室”负责，后者计划在2025年开始采购升级版的“守护者”系统，即DE-M-SHORADBLOCK1。未来，“守护者”和“蝎尾狮”将一起构成美国陆军新的、完整的野战近程防空武器系统，其中DEM-SHORAD在该系统内的装备数量将不低于1/3，并随着时间的推移，逐步扩大这一数字。美国陆军方对此发布消息称，“DE-MSHORAD系统从开始研制到生产交付首套原型样机，总共用了不到两年时间，并进行了全面的性能试验和作战试验，参与各类演习并取得很好的试验效果，初步进行了部队列装适用。该系统严格按照试验鉴定程序，完成了规定步骤，保障了批量生产全面列装配发部队的装备性能可靠性。该系统后续将继续参与各类演习训练后的部队适用性和效能评估。为正式采购服役进行准备。”不过，如果就此认为DE-MSHORAD的列装服役前景一片光明却未免有些太过乐观。事实上，考虑到完全基于成熟技术集成而来的“蝎尾狮”IM-SHORAD，其服役时间尚且推迟了19个月，那么完全有理由对大技术跨度的DE-MSHORAD能否如期履行其项目节点表示怀疑。
一般认为，可能导致DE-MSHORAD项目卡壳的技术瓶颈有二：一是在沿海地区作战，DE-MSHORAD必须要解决激光器大气扰动问题。近红外波段的高能激光在传输过程中，会被海上或濒海地区大气中密集的水蒸气、盐粒和其他污染物吸收和散射，导致激光功率损失和光斑的漂移、抖动甚至畸变，从而降低到靶激光功率密度和光斑的稳定性。大气吸收对激光传输产生两方面影响，一方面会直接削弱激光能量，另一方面会加热大气分子，导致热晕等非线性效应。大气散射是激光与大气分子或气溶胶等粒子相互作用，使激光在各个方向重新分布，造成能量的衰减。 湍流是由大气无规则随机运动引起，其内部温度起伏导致大气折射率随机分布，造成激光随机漂移、强度起伏和光斑扩散。激光器与目标之间的激光传输效率降低，使DE-M-SHORAD这样的固态高能激光武器的有效射程缩短。雷声当前的解决方法是，利用“引导”光束测量大气中的水分和盐分含量，然后在高能激光发射前对大气扰动进行补偿。但这种方法在试验中的效果有限，所以美国陆军和雷声公司试图通过参与美国海军主导的“减少大气悬浮颗粒以利高能激光传输”项目来寻求解决之道。在该项目的征询书中，美国海军提出以全新的方式，运用现有的光学（电磁）技术，减小大气悬浮颗粒对激光的吸收和散射。其关键是降低激光传输路径内的大气粒子密度，实质就是让大气更“干净”。征询书提出利用“连续波”激光器或超短脉冲激光器，或结合利用这两种手段，在大气中打通一条激光通道。 另一个严重的问题是激光器的热平衡管理问题，以及由热效应产生的光束质量问题。DE-M-SHORAD的激光器由雷声公司设计，以掺稀土元素的光纤材料为增益介质，通过级联放大结构获得高功率激光输出。这种技术路线的优点是热管理相对简单、电光效率高、单纤光束质量好、战场环境适应性强，适合装载于各种战术移动平台。不过，尽管光纤激光器转换效率高，产生的废热较少，对冷却要求较低，但其热管理的简单也只是相对而言。 热效应对光束质量的影响主要是热应力、热透镜等。比如，由于温度分布不均匀，工作物质外部较冷区域制约着内部较热区域，外部限制了内部的膨胀，于是光纤中的温度梯度便产生了机械应力。热应力的大小取决于工作物质中的温差。根据温度分布，可以算出工作物质的应力。当温差过大，造成热应力超过光纤的抗张强度，就会引起热断裂。再比如，如果采用的热管理技术效果较低，在长时间连续进行射击后，光纤由于热效应，中心膨胀的最厉害，向外逐渐减少，与透镜的情况十分相似，所以称为热透镜效应。热透镜效应是各种热效应中对光束质量影响最大的，它使激光光束发散角增大，方向性变差。所以热管理问题很可能是拖延DE-MSHORAD研发进度的一个关键技术瓶颈。DE-M-SHORAD只有拥有成熟的热管理系统，才能让武器系统快速实现其全部子系统的供电和冷却，并保证其在作战状态下，拥有足够多的能量发射更多的高能激光束，以保证其具备较强的可持续作战能力。值得注意的是，“守护者”DE-M-SHORAD采用的光纤激光器技术路径，还可能由于非线性效应、模式不稳定性等效应的限制，单纤近衍射极限输出功率存在物理极限，光束合成是其进一步提高技术效率的必由之路。当前，雷声公司的解决方案是最为直接的空间合束方式，将多路子光束通过空间排布直接拼接成大光束孔径，实现多束激光的功率到靶合成。该合束技术方式的优点就是拼接方式简单，易于独立控制每路激光的出射方向，不足之处是由于大气的作用使每路到靶激光的光斑存在抖动和漂移的问题，致使合成功率密度较低。所以在DE-M-SHORAD定型过程中，雷声公司很可能还在不断调整空间合束技术方式，如相干合束输出技术或是光谱合束输出技术之间进行选择。前者的优点是通过补偿校正使得到达目标处的光斑较为均匀，在光斑内可以形成多个强点，较好地提升毁伤能力，不足之处是技术实现较为复杂，大气的传输作用会导致激光相干性变差，影响合束效果；而后者则是通过激光逆色散原理将多束波长临近的激光进行光谱合束，利用单光栅或者双光栅可以实现接近衍射极限的激光合束输出，提升激光亮度，而且可以增加合束的路数，不影响光束质量，不足之处是对激光器的线宽要求高，光谱带宽对光束质量影响大。
余论
由于战争形态不断演变、新型科技层出不穷，大量智能化、无人化军事装备不断推出，其中最典型的就是军用无人机，军用无人机依靠其隐身性、微型性、多作战功能、高机动性、高智能性等属性，在敌人未察觉前就能完成各种作战任务。军用无人机主要分为察打一体无人机、忠诚僚机、蜂群化低成本无人机、侦察无人机等，蜂群化低成本无人机以低成本、大规模、高智能等优点使其作战效能尤为突出，得到广泛的军事应用。目前各类低成本无人机在俄乌冲突中所展现出的作战效能良好，相比于传统的机械化武器，其所带来的作战收益是巨大的。美国陆军认为无人机是“五大威胁平台”（固定翼飞机、无人机、弹道导弹、巡航导弹和直升机）中最具有破坏力的空中威胁之一，并认为在可预见的时间内，无人机蜂群将是低成本无人机战场使用的主要方式。受到生物群体行为的启发，模拟蜂群高效协作、紧密耦合的特点，将使用大规模、低成本微型无人机组成无人机蜂群，依靠规模优势、高机动性等特点遂行侦察监视、信息干扰、通信中继、火力打击等作战任务并提高整体作战效能，所以反无人机/无人机蜂群作战是陆军的时代命题。反无人机/无人机蜂群作战的最终目的是拦截，最保底的手段也是拦截。美国陆军“黑镖”系列反无人机/蜂群年度军演结果表明，现有防空系统对付体积较大的无人机/蜂群效果良好，但对于小型低成本无人飞行器，激光系统及HPM（高功率微波）武器实验更好。在2018年3月的“机动火力综合试验”（MFIX）演习中，雷声公司利用高功率微波武器和高能激光武器击落了45架无人机，也验证了通过体系集成，综合激光和高功率微波武器技术优势，可有效压制小型无人机蜂群。所以，美国陆军对于“守护者”DE-M-SHORAD列装服役的需求较为紧迫。另外，M-SHORAD实际上还有一个同样基于“斯特赖克”A1底盘的高功率微波野战防空系统，即由美国通用动力公司与伊庇鲁斯公司合作研发的“斯特赖克·列奥尼达斯”机动式高功率微波（HPM）阵列反无人机系统，其能力重心同样在反无人机/无人机蜂群作战，这让人们深刻地感受到美国陆军对这一时代命题给予了怎样的态度。
结语
无人机威胁是战场环境的新变量。而以往的伴随式野战防空系统并不能很好地适应这一新情况。如何在遍布无人机威胁的战场上进行部队有效运作是一个棘手的问题。所以美国陆军以十分迫切的心态，着力推进“守护者”DE-MSHORAD野战防空系统的研发、列装、服役。值得注意的是，美国陆军急于将激光化的野战防空系统实用化，其实又反映了美国在军备竞争中对技术的强烈偏好。长久以来，美国在防务建设中对技术带有强烈的选择偏好，甚至表现出“技术中心论”的倾向。科学技术被美国当作一种资源禀赋，用以支撑其赢得军备竞争的胜利。