中航工业李俊：美军谋求制能权确保“焦特”优势

　　孙子兵法中的“兵马未动，粮草先行”，本质上是在强调作战体系中能量作用巨大。美及各军种强力推进能量战略，带动新概念核技术、高含能非核技术、光电磁聚能等能量领域技术快速发展，抢占“能量优势”、谋取“制能权”的潜在意图。能量与信息综合形成的体系作战能力可定义为“焦特”，能量优势与信息优势一旦叠加，恰似如虎添翼，必将形成压倒一切对手的体系作战“焦特优势”。

　　武器装备的发展，本质上是一个对不同能量形式的开发、利用、、运用的过程，作战体系能量利用经历了生物能、机械能、化学能、电磁能、核能的漫长发展过程，并正在向实战运用光电磁聚能的目标迈进。

　　孙子兵法中有“兵马未动，粮草先行”的战法，所谓粮草，其实是个广义的称谓，不仅包括了人马所需的粮食、草料，还包含了一切后勤军需物资，在古代主要以肌肉力量作战的冷兵器时代，这些物资的作用无疑是为作战部队提供生物能量，到了机械能和化学能为主的时代，生物能占比已大幅度下降，粮草的含义可进一步延伸，可泛指武器弹药、燃料、电能等一切驱动、运转装备体系的能量。“知己知彼，百战不殆”的战法，无疑强调的是体系中信息的巨大作用；装备体系中，能量和信息，是两种最基本的要素，能量与信息综合运用，才能形成的强大体系作战能力，为了形象理解，可将这种能力取名为“焦特”，代表了能量单位“焦耳”和信息量单位“比特”的综合表述。

　　当前武器装备能量利用形式已经完成了从化学能层级转入电磁能层级的阶段，并且完成了弱电磁能充分利用的阶段。以美国为首的世界主要军事强国，基本掌握利用弱电磁能进行通信、隐身、制导等军事应用技术，以弱电磁能为载体的信息技术的迅猛发展已经基本完成信息化装备建设步骤。目前，正在向强电磁能利用的方向发展。强电磁能，包括高能激光、高能微波等聚能武器技术，可为武器装备提供新型毁伤能力，大量的新型燃料、新型高含能弹药、新型核能技术、新型燃料和推进剂技术，还可能催生一系列新概念装备种类，为作战体系获的“能量优势”，夺取“制能权”提供支持。

　　由于部分军种领先启动了能量战略，在军种能量战略的基础上，美酝酿了美国国家层面的军事能量战略的调整。2011年6月，美颁发了首份《作战能量战略》。考虑到目前美军作战能量约占能量消耗总量的3/4，这份《作战能量战略》首次将能量视作可为战略优势的战场作战能力之一；同时，这也是首次为各作战防务单位提供把握作战能量安全的统一指导，且首次依照国防授权法的要求制定军事能量方案。通过制定这一战略，希望在作战能量方面实现三重目标：第一，增加作战频次，降低能量损耗；第二，促使燃料选择多元化，降低供应风险；第三，强化作战能力，削减作战成本。

　　2012年3月，又出台了《作战能量战略实施计划》，为各军种落实《作战能量战略》列出的三重目标拟订细化目标与操作线，设定了完成目标的时间节点与各军种应承担的责任与协调义务，为各军种完善和修订各自的能量计划指明了方向。

　　美陆军早在2009年就公布了《陆军能量安全实施战略》，计划在美国国内军事设施中部署混合动力车辆与低速电力车辆，至2020年将5座军事设施打造为“净零能耗”设施，至2030年再增加25座。

　　美陆军2009年1月公布的《陆军能量安全实施战略》封面（左图）和2015年6月公布的《陆军能量安全和维持战略》封面（右图）（美陆军图片）

　　2009年10月14日，美海军提出“伟大绿色舰队”（Great Green Fleet）计划，即至2016年成功打造一支由核动力舰只、生物燃料混合动力舰只与生物燃料动力战机组成的航母战斗群。至2020年将一半的设施为“净零能耗”设施，海军陆战队的计划是到2025年将液态化石燃料的需求量降低一半。

　　2010年5月，美空军首次发布《空军能量计划》，用以支持多种任务，实现“在航空、航天、网络电磁空间中作战并取胜”。计划旨在帮助空军巩固能量安全态势，应对当前和未来的能量挑战，发展更为可靠的长期可持续能量资源。计划提出了降低能量需求、扩大能量供给、改变用能文化的各种方法。

　　2012年2月，美空军在《空军能量计划》、《作战能量战略》以及《国家航空研究和发展规划》的基础上又制定了《能量地平线年能量科学技术展望》。

　　美空军历史上首次针对能量相关科技发布的科技规划：《能量地平线年能量科学技术展望》封面。该文件由美空军首席科学家主持制定，由时任美空军部长和美空军参谋长联合签发，是一份具有指导规范效力的顶层设计文件（美空军图片）

　　2013年3月，美空军又根据最新《作战能量战略实施计划》要求，在《能量地平线年《空军能量计划》进行改版，正式发布了最新一轮的《空军能量战略计划》。

　　《能量地平线年能量科学技术展望》中统计和展望的2000－2040年美空军各型军机燃料消耗（美空军图片）

　　能量在美空军规划中被理解为任何适于使用的煤炭、石油制品、蒸汽、电力、天然气和丙烷型能源，包括采购和产生或生产的燃料和可燃物，例如核能、可替代燃料和可再生能源，后者包括合成燃料、太阳能、风能、地热能和生物能。

　　《能量地平线年能量科学技术展望》从空气动力学、推进与动力、材料与结构（上图上部）、航空行动（上图下部）、能量获取、改变游戏规则的概念、其他技术7个领域，分3个阶段规划了美空军未来能量科学技术发展重点（美空军图片）

　　美空军的能量愿景就是推动“将能量问题纳入所有工作的考虑之中”，包括了解“能量如何影响空军全球警戒、全球到达、全球力量这三大关键能力”，以及如何“确保在航空、航天、赛博空间和基础设施领域保持稳固的能量优势”。

　　美海军为了实施其能量计划，还专门设立“能量协调办公室”，用于组织、协调和管理能量技术发展，预计未来其他军种或，仍然有可能设立专门的能量管理组织机构。

　　B61-12，是一种小型智能精确打击核弹，使用了智能化设计，体现在具有更准确的打击精度以及可控制的爆炸当量，同时拥有制导系统，体积小，可由一架隐身战机或非隐身战斗机携带。美军计划在未来30年使用B61-12核弹替换现役的B61-3/-4/-7/-10这4型核航弹。

　　B61-12与B61系列中现役主要的4型之间的关系示意图，B61-12将取代图中右侧所示的4型核航弹（美国科学家联合会图片，中国航空工业发展研究中心汉化）

　　冲击波增强型核弹是一种增强冲击波和光辐射而削弱剩余辐射的战区核武器。它可以用来机场跑道，摧毁建筑物或较小的硬目标和地下指挥所，也可以炸出一条障碍，对方前进。据国外分析，这种核武器可能是一种小型的聚变弹。

　　核爆电磁脉冲弹是突出核爆炸电磁脉冲效应的一种核武器，它能敌方的电子设备，中断指挥通信，甚至造成一定范围的停电。

　　这种激光武器利用核爆炸产生的X射线激励X射线激光，并定向射出，用以摧毁来袭的导弹。

　　波音公司计划使用核聚变及激光技术来为飞机提供动力。在波音的新型发动机中，高能激光首先激发推进器里的核材料，引发核聚变反应，这些小型爆炸出的高能中子将推进航空器前进。波音公司现在已经将这项技术申请了专利，并且希望除了飞机之外，未来还能将其应用在导弹、火箭和飞船上。

　　美国能源部将在2019年生产新的以钚-238为燃料的核电池以供美国航空航天局（NASA）深空探测任务使用，橡树岭国家实验室将在2019年启动更大批次约400克同位素的生产。钚-238核电池也被称为放射性同位素电源，这种核电池通过热电偶装置把放射性同位素钚-238衰变产生的热能直接转换为电能，来提供给深空探测器的各项仪器设备使用，它已被应用在“新视野”号，“卡西尼”号与“好奇”号火星车上。在2020年后，核电池可能被应用到大量深空探测计划，以及空间飞行器中。

　　供“好奇”号使用的多任务同位素热电式发电机（MMRTG）。该电池设备直径约64厘，长约66厘米，质量45千克，至少可以14年的供能。除了深空探测用途之外，美国防科学委员会在其于2013年10月发布的《支撑2030年优势的技术与创新》研究报告中，明确提出应发展单兵放射性同位素电池来增强部队效能。该报告指出：目前美军士兵平均40～50千克的负重中有9～14千克与电源有关，放射性同位素电池的能量密度是电化学电池的2～3万倍，是化石燃料的3～5千倍，可大大减轻单兵电源重量并提高其耐久性。该报告美指令国防高级研究计划局（DARPA），为1个或2个此技术产学研一体化应用研究团队投资，并在未来五年中每年为此投资2500万美元，发展并演示验证安全、经济上可承受、可运输、轻质的放射性同位素电池，该电池应可在3～5年内连续提供5瓦左右的功率输出。这表明美国防领域最高科学咨询组织认为：这种电池可在2020年前完成发展，2030年前投入战术应用（NASA图片）

　　2008年5月，美国得克萨斯大学物理学教授卡尔·柯林斯（Karl Collins）为美国防高级研究计划局和中央情报局演示一次铪武器的原理和威力。计算机模拟出的画面相当震撼：一名男子挥杆猛击一个高尔夫球，被高尔夫球击中的地点随即腾起一朵的蘑菇云。画面弹出一行红字：“一个装着同质异能素的高尔夫球，出的能量相当于10吨的当量！”

　　柯林斯的演示还显示，铪武器出的穿透性伽马射线，能穿过坚固的物质，渗透到生物细胞内。一束强伽马射线可以穿透掩体，里面的任何生物，无论是人还是病菌都难以幸免。此外，一盎司（约为28克）铪-178同质异能素的能量可煮沸120吨水，一油箱的铪-178同质异能素则能让一辆汽车绕着地球跑520圈。

　　最吸引美方眼球的是，威力如此巨大的铪武器，由于不涉及原子，并不会违反国际核军控条约的和对发展核武器的。如果将其制成铪手雷，那将是有效的战术威慑武器；将其制成铪导弹或铪炮弹，还可以对地或在空中、外太空中融化、拦截敌方导弹。

　　尽管铪武器被反对者为“”，但美方仍然投入巨资支持研究，无论如何，这是一个重要的能量技术研究方向。

　　卡尔·柯林斯教授在其位于德克萨斯大学的实验室中。美在2002年修订其《军事关键技术清单》时，将基于铪-178m2的“伽马射线武器”列入，并称它“如此巨大的能量密度有可能使战争发生全方位”（Such extraordinary energy density has the potential to revolutionise all aspects of ware）。国防高级研究计划局（DARPA）也投入数百万美元开展基于铪的武器试验，因为当时美国之外的国家正在进行他们的同质异能素武器研究。不过DARPA在实验中发现，以当时的技术条件，即使在最好的条件下制造铪-178，每克也需要花费大约100万美元，生产设施投资至少要300亿美元；他们还发现基于铪-178的武器即使被成功，其能量也不会被完全消耗，因此这样的将会产生极其严重的放射性沾染

　　在历经近一个世纪之后，哈佛大学的科学家终于成功地将曾经的理论变为现实——他们创造了这个星球上最稀有的，也是最有价值的材料：金属氢。这一材料，是由哈佛大学自然科学系教授伊萨克·席尔瓦拉（Isaac Silvera）和他的博士后研究员兰加·迪亚兹（Ranga Dias）共同发现的，并与2016年10月公布了这一结果（后来宣布制备完成的该材料消失了）。金属氢的理论比冲竟达到了1700秒。金属氢不仅具有变革人类在地球上生活的巨大潜力，同时作为世界上已知的最强力的火箭推进剂，它还将帮助人类探索遥远的太空。“金属氢的制备消耗了大量的能量。因此，如果将它回氢，将所有蕴藏的能量，这将使得金属氢成为人类已知的最为强大的火箭推进剂，并彻底的变革航天领域”。

　　美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的化学家戴维·查维斯（David Chavez）合成出了一对新颖的，其中之一具有独特的融合三环结构，这些材料可能用于研制一类新型，能提供高能量输出并增强安全性。第一种是一个二硝基二氨基化合物，显示出接近传统高性能材料的性能，而对冲击火花和摩擦不，使其处理起来非常安全。第二种是一个称为三环1,2,3,4-四嗪的新的杂环系统，其性能和安全性更像传统含能材料，并形成合成类似结构未来材料的基础。这些材料可以应用在需要含能材料的几乎任何地方，它们可能取代不能满足今天安全要求的和推进剂。

　　2005年《美空军2025年战略规划》在未来武器构想中提出发展空基高功率微波武器，要求这种武器对地面、空中和空间目标具有不同的杀伤力，它用一组低轨道（500～916千米）卫星把超宽带微波投射到地面、空中和空间目标上，在几十到几百米的范围内产生高频电磁脉冲，摧毁或干扰目标区内的电子设备，而且具有一定的气象修正能力。

　　美国在陆基微波武器的研究中也取得明显突破，2004年美空军已经研制出一种叫做“主动系统”（ADS）的微波武器，2006年8月，美陆军发起了一项迫击炮射或炮射高能微波武器研究。高能微波弹能够使用155毫米火炮、120毫米迫击炮或坦克炮射击，在储存期间不需要。另外，在2006年还研发了一种用于反导的高能微波武器，该武器可以产生宽带脉冲微波能量，具有在160千米范围内干扰电子设备和在10～20千米内电子设备的能力。

　　美国雷神公司在美空军研究实验室资助下发展的“主动拒止系统”（ADS）。上图为ADS的技术演示验证机，下图为作战型系统（美空军图片）

　　目前已投入使用的陆基微波武器系统主要有主动拒止系统、“鹰”系统以及美军用于对抗战术导弹的高功率微波炮等。雷神公司的高功率微波验证机是为美陆军设计建造的，配备了用于目标与引导提示的火控雷达，以实现空中全覆盖，可无人机并确定是否向目标发射高功率微波。该武器以高功率磁控管为基础，能在一次脉冲中发射充足的微波能量，可清除数千平米区域内的无人机。

　　美国是最先开展高能激光武器系统研究的国家之一。2008年3月美国国防科学委员会出版的《定向能武器》，对高能激光系统的任务定义为：广泛的战略是太空控制和提供防御；战术是海上为舰船提供反巡航导弹和战术弹道导弹的防御，为地面提供反火箭弹、炮弹、迫击炮弹的防卫，并能摧毁对手的无人机，为飞机提供反单兵防空导弹的防御。

　　美国高能激光武器系统重点完成两类任务，对抗卫星、弹道导弹等战略任务,对抗无人机、炮弹、火箭弹、小艇等战术目标

　　美空军也在非常积极的推动定向能武器技术发展。上图上部是2015年7月，美空军研究实验室在美国定向能峰会上发布的机载激光武器线月曾发布的版本（上图下部）相比有变化，规划更长远，且未指明时间节点。从2015年7月的线千瓦级吊舱安装的连续波／脉冲式激光武器；第2步是实现＞100千瓦级的高能激光武器，可利用隐身战斗机（图中配图为F-22）的内埋弹舱空间；第3步是实现＞300千瓦级的高能激光武器，也利用隐身战斗机（图中配图为X-35）的机内空间（美空军研究实验室图片）

　　美海军从20世纪70年代开始研究武器级高能激光器（HEL），早期将发展重点放在CO2激光器和DF高能激光器上；20世纪90年代起，将关注重点放在固体高能激光武器上。近年来，战术陆基高能激光武器发展迅速，部分型号已经具备了实战部署能力。

　　美国和以色列共同研制了“天空卫士”（Skyguard）系统，2005年成功通过了靶场试验；2006年成功研制了“空中哨兵”系统。“天空卫士”和“空中哨兵”均采用高能DF化学激光器，主要应用于摧毁距离近程弹道导弹、近程/远程火箭弹、炮弹、迫击炮、无人机以及巡航导弹等目标。

　　美空军也在非常积极的推动定向能武器技术发展。上图上部是2015年7月，美空军研究实验室在美国定向能峰会上发布的机载高功率微波武器线月曾发布的版本（上图下部）相比，变化相对较小，且未指明时间节点（美空军研究实验室图片）

　　美国通过全球1小时到达技术，牵引了大量的先进高超声速平台、武器和动力技术研究，将形成全球快速能量投射能力。

　　其中代表性的飞行器为高超声速助推滑翔弹技术HTV-2，这种弹以波浪式起伏的弹道滑翔飞行，主要飞行范围为20～100千米高度，最大速度可达马赫数20，具备在1小时内抵达世界上任何地点的能力。AHW（先进高超声速武器）也是高超声速助推滑翔弹，其最大速度可达马赫数10，具有在35分钟内完成6000千米射程的飞行性能。

　　飞行中的“先进高超声速武器”采用的锥形带翼高超声速滑翔弹头想象图。该弹在2011年11月17日进行的首次试射取得成功，但2014年8月25日的第2次试射意外失败。美仍在依托该项目发展的技术，推动潜射高超声速助推滑翔弹发展（美国能源部桑迪亚国家实验室图片）

　　（1）制定国家级能量发展战略，宣示能量的重要性，顶层谋划，顶层推动；

　　（4）调动全美各种科研力量，全领域攻关，开展各种能量形式的新技术研发，包括高含能弹药技术、光电磁聚能技术、全球快速能量投射技术等。

　　很明显，美军已经明确能量技术是一个对作战体系具有重大影响的的技术领域，并且应该完成了理论建立、发展线论证，已经进入了战略部署、组建机构、具体实施能量领域技术攻关的阶段，具有抢占体系“能量优势”，谋取全球“制能权”的潜在意图。

　　众所周知，美国利用网络中心战理论的牵引，已经建设了强大的全球信息作战体系，形成了完整的先进信息工业体系，相对世界所有对手，无可置疑，已形成了强大的全球“信息优势”。

　　能量优势和信息优势一旦叠加，恰似如虎添翼，将形成压倒一切对手的体系作战“焦特优势”。

　　能量技术的高速发展，还可能带动新兴工业创新，重构传统工业体系分工，形成规模化、集成化的能量工业领域，并间接影响未来军种职能划分。