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智能化战争正加速从概念走向实战,无人作战系统成为重塑战场规则、夺取战略主动的核心力量。长航时、不间断滞空、持续任务执行能力,是衡量无人作战体系实战效能的核心指标。长期以来,电池容量、燃料携带量、地面补给依赖构成无人机作战的三大瓶颈,严重制约其在长周期情监侦、持续区域封控、跨域协同作战等场景中的应用。当前,全球军事大国竞相布局无人长航作战能力,激光无线能量传输已成为核心赛道。

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近期,美国克劳斯·哈姆达尼宇航公司与能源光(PowerLight)公司在南卡罗来那州空军基地成功完成无人机空中激光充电技术实机演示,在约1524米高度向K1000ULE太阳能长航无人机稳定传输近1千瓦激光能量,标志着美军在“无限航时”无人作战领域迈出实质性一步。该技术不仅突破传统能源补给范式,更折射出未来侧重国防科技创新体制、军地协同研发、多路径技术布局对破解我无人机长航时作战能源桎梏、完善无人作战体系、抢占未来战争制高点,具有重要现实意义。

一、美推动无人机激光充电技术发展的核心做法

(一)顶层政策牵引构建“军方主导、多元参与”的创新生态。五角大楼将无人机激光充电技术纳入国防科技战略重点,通过国防部、DARPA、中央司令部等多部门联动,形成战略规划、项目资助、试验验证、采购列装的闭环推进体系。

1.专项计划持续发力。核心项目包括DARPA的POWER(持续光学无线能量中继)、PTROL-UAS(激光向无人机输电)、Super PBD(无处不在的能量补充)等,明确以千瓦级传输、数公里距离、复杂环境稳定供能为目标。

2.采购制度改革降低门槛。五角大楼近年大幅精简审批、压缩周期、开放竞争,不再局限于传统军工巨头(洛马、雷神等),主动向国防初创企业、民营科技公司、高校团队开放项目与预算,形成“巨头+新锐”多元竞争格局。

3.高强度资金投入。仅PowerLight公司就与美国空军中央战斗实验室签署2.7亿美元工程化合同,标志技术从演示验证进入实战化部署阶段。要特别关注的是,资金来源覆盖国防预算、风投、产学研联合基金等,有效分散风险、加速技术的研发迭代。

(二)国防企业深度参与形成“军工+科创”双轮驱动格局。五角大楼充分发挥私营企业技术敏捷、创新活跃、成本可控优势,将国防科技创新从“国家队独揽”转向“全社会协同”。

1.传统军工企业深耕系统集成。洛克希德·马丁、RTX等巨头参与大功率激光源、精密跟踪瞄准、指挥控制链路研发,依托成熟军工体系保障可靠性、安全性、环境适应性。

2.初创企业突破核心技术。PowerLight、KinetixBeam、Teravec等公司聚焦激光发射/接收、光束控制、光电转换等关键环节,快速迭代、快速试错,在轻量化、高效率、低成本上形成突破。例如PowerLight开发的2.7公斤机载接收器,可将激光高效转化为电能,并集成双向通信功能。

3.军地协同机制高效顺畅。军方提出作战需求与技术指标,企业负责技术攻关与工程实现。军方提供试验场地、飞行资源、安全认证,企业开放技术成果、测试数据、专利授权。双方联合开展实战化演训、性能评估、战法研究,实现“需求、技术、能力”无缝对接。

(三)双路线并行,地面激光发射为主、空中中继为辅。美国在激光充电技术路线上采取“地面优先、空中补充、分步推进”策略,形成地面固定式/机动式发射与空中平台中继两条技术路径,兼顾近期实战可用与远期全域覆盖需求。

1.地面激光充电路线(当前主力、成熟度高)。其核心架构是地面大功率激光发射站+机载轻量化接收器,依托高精度光学跟踪+自适应光束控制,在视距内实现千瓦级、数公里距离稳定能量传输。优势是功率大、效率高,地面可部署数十千瓦级激光源,能量转化效率达30%–40%,远高于太阳能。不仅部署灵活、成本可控,可依托固定阵地、车载平台、舰艇甲板部署,模块化设计、快速机动、隐蔽性强而且技术成熟、实战风险低,当前已完成1524米高度、1千瓦实机演示,通过安全认证,具备工程化条件。当然,也存在一定局限,一个是视距依赖,其无法穿透云层、山体、建筑物,复杂地形和恶劣气象下效率骤降;另一个是易被反制,地面发射站位置相对固定,在高强度对抗中易遭侦察打击。

2.空中激光充电路线(远期方向、潜力巨大)。其核心架构是借助大型母机或高空平台搭载激光发射系统+无人机接收,或无人机集群中继,实现超视距、跨区域、多机同时充电。优势是覆盖广、机动性强,高空平台可规避地形遮挡,实现数百公里范围覆盖,快速响应多方向任务需求。同时生存性高、抗毁伤能力强,空中发射平台可机动规避,难以被一次性摧毁。可构建多节点中继网络,单点失效不影响整体效能。重点是支持集群作战,可同时为多架无人机充电,支撑大规模无人集群持续作战。当然,空中局限比地面局限更大,首先需解决高空平台稳定发射、远距离高精度跟踪、强湍流补偿、多机协同控制等难题,技术难度极大。还有是需改造大型运输机/高空长航无人机作为发射平台,载机依赖强,研发与维护成本高。

二、无人机激光充电技术面临的共性问题

(一)核心技术瓶颈突出。高精度动态跟踪难。无人机高速机动、姿态多变,复杂环境下持续锁定、稳定跟踪难度大,易出现光束漂移、能量中断;能量传输效率低。大气散射、吸收、湍流导致能量损耗严重,电光/光电转换效率仅30%–40%,难以满足大功率需求;核心元器件自主可控难。大功率激光芯片、高灵敏度光电传感器、高效转换材料依赖进口,产业链不完整。

(二)实战化环境适应性弱。气象与地形限制。阴雨、雾霾、沙尘、强对流天气下,激光衰减严重、传输距离大幅缩短,山地、城市、丛林等复杂地形易造成遮挡 ;安全风险与国际规则空白。高功率激光存在误照射、误伤人员和装备风险,国际社会尚未形成激光军事应用、空中能量传输的明确规则,存在舆论与法律风险。

(三)成本与规模化列装矛盾。研发与装备成本高。大功率激光发射装备、高精度跟踪系统、机载接收器造价昂贵,单套系统成本达数千万美元,大规模列装压力大;维护保障复杂。装备精密、易损、校准要求高,需专业技术人员与设施支撑,后勤保障难度大。

三、对我国发展无人长航作战能力的战略启示与建议

(一)强化顶层设计,构建“政策引领、军地协同、多元投入”的创新体系

1. 纳入国家战略规划。将无人机激光无线能量传输技术纳入国防科技重点研发计划、无人作战体系发展规划,明确战略定位、发展目标、路线图、时间表。
2. 改革采购与资助机制。借鉴美国经验,扩大供应商范围、降低准入门槛、简化审批流程,积极吸纳民营科技企业、高校、科研院所参与研发,形成“国家队+民企+高校”协同创新格局。
3. 加大资金投入与风险分担。设立专项科研基金,支持核心技术攻关、试验验证、装备研发;鼓励风投、产业基金参与,构建“国防预算+社会资本”多元投入机制,分散研发风险。

(二)坚持双路线并行,优先突破地面激光充电、同步布局空中中继

1. 主攻地面激光充电,快速形成实战能力。建议通过五年时间,突破千瓦级地面激光发射、高精度动态跟踪、高效光电转换技术,研发车载机动式、固定式激光充电系统,适配中小型侦察无人机、长航时察打一体无人机;这五年的重点任务是研发轻量化、高效率机载接收器(重量≤3kg,转换效率≥35%)。需要突破自适应光学矫正、大气湍流补偿、智能光束控制技术,实现8公里距离、1500米高度、亚米级跟踪精度。构建安全防护体系,实现障碍物快速检测、光束自动关断、双向通信加密,通过军品安全认证 。
2. 布局空中激光中继,拓展全域覆盖能力。再通过五到十年,突破高空平台激光发射、远距离多机跟踪、中继组网技术,完成大型无人机或改装运输机搭载激光发射系统演示,构建空地一体激光能量网络 。这需要研发高空长航激光发射母机(基于现有大型无人机/运输机改装),突破多目标同时跟踪、多光束协同控制、跨平台数据融合技术,支持10架以上无人机同时充电,探索无人机集群自组网中继技术,提升系统抗毁伤、强对抗环境生存能力 。

(三)聚焦核心攻关,实现关键技术与元器件自主可控

1. 激光发射技术。研发高功率、高效率、高光束质量半导体激光源/光纤激光器,突破千瓦级输出、长寿命、高可靠性技术。
2. 精密跟踪瞄准技术。开发红外/可见光复合探测、高速图像处理、智能算法,实现无人机高速机动下的实时锁定与稳定跟踪。
3. 光电转换与热管理技术。研发高效率光电转换材料、轻量化接收模块、高效散热(液冷)技术,解决大功率下热累积、效率衰减难题。
4. 核心元器件自主化。建立激光芯片、光电传感器、特种光学材料、高精度伺服电机等关键零部件研发生产体系,摆脱对外依赖。

当然还有其他的技术,后续看发展情况。

(四)完善作战体系,推动技术与无人作战深度融合

1.军方推动创新战法研究。围绕长航时持续侦察、区域封控、通信中继、集群协同打击等场景,研究激光充电支撑下的作战编成、任务规划、协同流程、保障模式,形成配套作战理论与战术规范。
2. 一体作战强化体系融合。推动激光充电系统与指挥信息系统、情报侦察系统、火力打击系统、电子对抗系统深度对接,打通数据链路、统一时空基准、实现协同联动,构建“侦察、决策、补给、打击”一体化无人作战链路。
3. 跨兵种构建多维度保障体系。一是装备保障,建立专业化维护保障队伍、备件供应体系、快速维修机制,提升装备战场可靠性与持续作战能力。二是安全保障,制定激光装备使用安全规范、操作流程、应急处置预案,加强人员培训、安全防护、风险评估。

(五)深化军地协同,激发创新活力、加速成果转化

1. 健全军地协同创新机制。打破军地科研壁垒,推动军工科研资源与民用科技资源共享共用,鼓励新质新域民用高科技企业参与军用激光充电技术研发、装备生产,依托民用领域在激光技术、新能源、智能控制等方面的优势,提升整体研发水平。
2. 完善成果转化机制。建立军地技术成果转化平台,推动民用前沿技术向军用领域转化、军用成熟成果向民用领域辐射,实现军地技术双向赋能、协同发展。
3. 加强专业人才培养。依托高校、科研院所、军工企业,构建全链条人才培养体系,培养一批兼具军事理论与前沿技术的复合型科研人才、作战指挥人才、保障人才,为无人长航作战能力建设提供坚实人才支撑。

(本文为开源文献,由军融国动智库研究人员编译/写,仅代表个人观点)