综述：直升机载激光定向能系统的关键技术及发展研究

《Opto-Electronic Engineering》：Research on key technologies and development of helicopter-borne laser directed energy systems

　　

摘要 为应对无人机蜂群、低空导弹等非对称威胁，提升直升机低空作战与自卫能力，本文对直升机载激光定向能系统的关键技术与发展进行研究。主要内容为：1)系统梳理了国内外研究现状，阐述了系统基本毁伤原理与集成挂载方式，针对机翼外挂吊舱式集成方案，提出合理可行的系统架构，并研究了该架构中各分系统与平台间的交联逻辑关系；2)围绕反无人机、近程防空、特种作战、平台自卫四类场景，研究了作战流程、作战优势与现实局限；3)提炼出高精度跟瞄发射、高质量光束调控、高功重比激光器、高效能源与热管理四大关键技术挑战；4)展望了功率升级、小型化、复合激光体制、智能化、无人化与体系化的发展方向。本文提出了面向工程应用的直升机载激光定向能系统参考架构，明确了制约装备实战化的关键技术瓶颈与发展路径，可为直升机载激光定向能的设计研发、技术攻关、作战运用与体系建设提供理论参考。 关键词 直升机 激光定向能 反无人机 作战运用 摘要 意义 为应对无人机蜂群、低空导弹等非对称威胁，提升直升机低空作战与自卫能力，本文系统研究了直升机载激光定向能系统的关键技术与发展趋势。全面梳理了国内外研究进展，阐述了基本毁伤机理与集成挂载方式，针对机翼外挂吊舱方案提出了可行的系统架构，并阐明了各分系统与直升机平台间的交联逻辑。围绕反无人机作战、近程防空、特种作战与平台自卫四类典型场景，分析了作战流程、作战优势与现实局限，提炼了核心技术挑战，展望了未来发展方向，为直升机载激光定向能装备的研发、技术攻关、作战运用与体系建设提供了理论参考。 进展 国际方面，美国在技术验证方面处于领先地位：2017年在AH-64武装直升机上完成了首次直升机平台高能激光定向能实弹射击试验，在MH-60S平台上验证了海上反无人机与近程防空能力，已将直升机载激光定向能系统纳入陆军六层防空体系，计划于2030年前完成列装级系统的定型测试。以色列于2026年3月签署了直升机专用高功率激光定向能系统开发合同，其成熟的轻量化拦截器可适配轻型直升机。俄罗斯、德国、印度和英国也在光纤激光器小型化与平台适配方面开展了相关技术验证与工程研究。国内研究起步相对较晚，但在高功率光纤激光器、高精度跟瞄、高效热管理等核心领域已取得自主突破，核心器件性能达到国际先进水平。2025年10月，中国完成了固定翼机载激光定向能系统的实机测试，验证了全流程闭环作战能力。针对直升机平台，已开发出吊舱式、内置伸缩转塔式等多种适配方案，面向5 km拦截距离的战术激光定向能吊舱已完成地面打靶测试。总体而言，在工程化成熟度与平台环境适应性方面与国外先进水平仍存在差距。直升机载激光定向能系统通过热蚀、层裂和光电致盲三种毁伤机理实现目标毁伤，可根据任务需求采用连续波或脉冲激光输出模式。两种主流集成方案为机翼外挂吊舱与内置伸缩转塔。机翼外挂吊舱方案无需对直升机进行大幅结构改装，支持快速部署，更适合反无人机任务。以机翼外挂吊舱方案为研究对象，系统由指挥控制、跟踪瞄准、高能激光、光束控制、能源管理、热管理以及辅助系统七大子系统组成。指挥控制系统作为人机交互与协同控制的核心决策中枢。跟踪瞄准系统完成目标探测、精密跟踪与瞄准解算。高能激光系统将电能转化为稳定可调的高功率激光输出。光束控制系统执行光束整形、稳瞄与大气补偿；其中，跨尺度矢量光场调控技术可主动补偿热晕效应，在不增加激光功率的前提下提升远场功率密度。能源管理系统采用储能模块平抑峰值功率波动，避免对直升机核心系统造成影响。热管理系统精准控制光学元件温度并将废热排出机外。定向能系统与直升机之间的信息交互与供电通过数据总线和扩展配电支路实现。该系统适用于四类典型作战场景。1)反无人机与蜂群拦截：可对5 km内低速小目标无人机实现硬毁伤，对10 km内目标光电传感器实现软致盲，单目标响应时间小于2 s，可构建机动式近程防空屏障。2)近程防空：快速拦截低空巡航导弹等来袭弹药，为地面部队和前沿阵地提供防护。3)特种作战：实施无声、低附带损伤的精确打击，用于光电干扰与轻型目标消灭。4)平台自卫：在导弹命中前1～2 s干扰或毁伤来袭导弹制导系统，显著提升直升机生存能力。标准作战流程包含五个核心环节，形成完整作战闭环。与传统武器相比，直升机载激光定向能系统在效费比、响应速度、打击精度和后勤保障方面具有突出优势，但受恶劣天气、视线遮挡限制以及对重型装甲目标硬杀伤能力不足等制约。四大核心技术挑战制约了工程化应用。1)飞行振动条件下高精度跟瞄发射：持续旋翼振动与气流扰动影响光束稳定性，需采用粗细复合跟踪架构与高带宽快反镜实现微弧度级指向精度。2)低空复杂大气环境中高质量光束调控：需通过自适应光学校正与矢量光场调控全面抑制大气湍流与热效应引起的光束发散。3)高功重比激光器技术：直升机平台对体积和重量有严苛约束，当前激光器功重比仍无法满足优于5 kg/kW的作战需求。4)高效能源与热管理：系统瞬时功耗大且电光转换效率低，需在狭小舱内空间内构建紧凑的储能与散热方案。 结论与展望 展望未来，直升机载激光定向能系统将朝着实战化、智能化与体系化方向发展，核心趋势包括：功率提升与小型化以达百千瓦级，连续-脉冲复合激光技术以提升综合毁伤效能，智能化算法实现自适应大气补偿与多目标自主交战，以及无人化与体系化融入联合防空体系。平台约束冲突与信息安全风险等问题需通过分阶段迭代验证加以应对，推动装备从技术验证走向实战应用，完善现代低空作战体系。 关键词 直升机 激光定向能 反无人机 作战运用 作者贡献 王振宇：文献调研与数据整理，理论分析，论文写作；魏靖彪，王志新：指导论文选题与研究设计，论文修改；唐敏：论文修改与完善；孟杰：论文修改、校对及定稿。 利益冲突 所有作者声明无利益冲突 1. 引　言 在无人机蜂群、低成本巡航导弹等非对称空中威胁持续升级的背景下，传统防空武器在作战响应速度、拦截效费比与持续作战能力上的局限性日益凸显，愈发难以适配现代战场近程防御需求。以激光定向能为核心的定向能装备凭借光速打击、精准毁伤、拦截成本低廉、持续作战能力强等独特优势，正逐步从技术验证阶段走向战场实用化，成为颠覆近程防空作战模式的新型装备[1]。 直升机作为低空、超低空作战的核心平台，具备机动灵活、部署便捷、战场抵近性强等特点，与激光定向能快速响应、精确打击的技术特性高度契合[2]。将高能激光定向能集成于直升机平台，既能有效提升直升机自身对来袭导弹、无人机的自卫防御能力，也能构建机动式近程防空屏障，未来或可实现对火箭弹、炮弹、迫击炮弹等低空目标的高效拦截，同时对特种精确打击任务也具备一定发展优势。 相较于固定翼机载激光定向能侧重高空远程拦截、广域防空的作战定位，直升机载激光定向能具备不可替代的独特作战场景优势，依托低空悬停、低速机动等特征，可适配近距离对地支援、低空超低空反无人机、机动伴随防空、直升机编队自卫等近程、低空、机动化作战场景，是低空防御体系的重要补充，可全面提升复杂战场环境下的生存与作战效能，适配现代立体化、快节奏战场的作战需求，具备极高的实战应用价值与发展潜力[3-4]。 基于此，本文系统梳理直升机载激光定向能国内外研究现状，深入剖析其毁伤技术原理、系统组成与作战运用模式，探讨关键技术瓶颈及未来发展趋势与风险分析，以期为该型装备的技术研发与体系建设提供理论参考。 2. 国内外研究现状分析 近年来，为应对无人机及典型低空巡航导弹等低空慢速目标威胁的迫切需求，加速机载激光定向能的技术发展与实战化进程，世界各国纷纷加大研发投入。在机载激光定向能的发展历程中，固定翼飞机凭借空间充裕、载荷能力强、飞行姿态稳定，成为早期技术验证的核心搭载平台，相关技术体系的逐步完善也为旋翼机载激光定向能的研发奠定了基础。然而，直升机等旋翼平台存在旋翼振动干扰、载荷受限、空间狭小、近地环境复杂等问题，适配难度更高，发展进程相对滞后。现阶段，国内外整体技术发展呈现出显著的差异化特征。 2.1 国外研究现状 2.1.1 美　国 固定翼机载激光定向能的发展起步较早，美国是该领域的先行者。20世纪70年代初，美空军启动"空中激光实验室"项目，将400 kW二氧化碳激光器搭载于NKC-135A飞机，1983年成功击毁空空导弹，初步验证了机载激光定向能的作战可行性[5]。但受限于设备笨重、作战距离短，仅停留在技术验证阶段。后续开展的"机载激光器"项目，以波音747-400F为平台搭载兆瓦级化学氧碘激光器，致力于助推段弹道导弹拦截，最终因技术复杂、成本过高于2011年终止[6]，却为后续机载激光定向能研发积累了技术经验。 随着固态、光纤激光器技术的快速突破，激光定向能逐步向小型化、轻量化、战术化转型，各国开始聚焦旋翼机平台的集成应用。2017年6月，美国在AH-64"阿帕奇"武装直升机上完成首次直升机平台高能激光(high-energy laser，HEL)武器测试[7]，如图1所示，成功命中1.4 km远程目标，同时获取了振动、旋翼气流等复杂环境对激光光束控制影响的关键数据，首次验证了激光定向能在直升机平台集成与发射的可行性。 图 1 美直升机载激光定向能演示验证项目[7]。(a)美军"阿帕奇"挂载HEL吊舱试飞资料图；(b) HEL吊舱细节；(c) HEL吊舱侧面图；(d)武直HEL吊舱激光成功命中目标；(e) HEL照射试验材料后的毁伤效果 下载: 全尺寸图片 幻灯片 美国海军同步启动"高能光纤激光"项目，以MH-60S"海鹰"舰载直升机为搭载平台，完成了25 kW级光纤激光器的机载集成测试，攻克了海上高盐雾、高湿度环境下的系统可靠性难题，验证了舰载直升机搭载激光定向能执行海上反无人机、近程防空任务的可行性[8]。 此外，美国空军SHiELD项目研发的50～60 kW级激光器，完成了战斗机吊舱式小型化设计，其核心的自适应光学校正、高速目标跟瞄技术推动了直升机载激光定向能的平台适应性发展[9]。2020年后，美国陆军在"多任务高能激光器"计划中，明确将直升机载激光定向能纳入陆军六层防空体系，重点开发反无人机蜂群、反火箭弹/炮弹/迫击炮弹、平台自卫防御三大核心能力，计划2030年前完成列装级系统的定型测试[6]。 2.1.2 以色列 以色列基于国土防空的现实作战需求，在小型机载激光定向能领域实现了技术突破，其成熟技术正向直升机平台快速迁移。2021年，以色列埃尔比特系统公司完成了基于固定翼的赛斯纳208B小型飞机的10 kW级机载激光定向能试飞[10]，其机载高能激光定向能样机如图2所示，在海上成功拦截了1 km外的无人机与巡飞弹，此次测试验证了小型机载平台全电储能、轻量化光束控制、闭环作战等核心技术，为直升机平台适配提供了成熟的技术方案。 图 2 以色列机载高能激光定向能样机[11] 下载: 全尺寸图片 幻灯片 2026年3月，以色列国防部与埃尔比特系统公司签订直升机专用机载高功率激光定向能系统开发合同[12]。该项目以以色列空军现役直升机为搭载平台，重点优化了抗大气衰减、旋翼振动实时补偿技术，形成可拦截无人机、便携式防空导弹的机载主动防御系统。同时，以色列拉斐尔公司开发的Lite Beam 7.5 kW级小型化激光拦截器，完成了模块化轻量化设计，具备挂载于轻型直升机的潜力，可实现对2 km内微型无人机的高效拦截，进一步丰富了直升机载激光定向能的功率谱系。 2.1.3 其他国家 2018年，在珠海航展上，俄罗斯宣称俄军代号"夜空猎手"的全天候米-28HM武装直升机正在测试主动激光防护系统。2022年，俄罗斯公布的"扎迪拉"激光定向能，完成了5 km外无人机的拦截测试，其轻量化光纤激光、高效储能技术可适配直升机搭载需求，重点用于武装直升机的自卫防御与低空反无人机作战[13]。2026年，德国莱茵金属公司完成了50 kW级光纤激光定向能车载、舰载平台的多轮集成测试，实现了15 s内连续击落5架无人机，验证了系统应对多目标饱和攻击的能力，为直升机载应用提供了性能支撑[14]。印度国防研究与发展组织在2025年公布了机载激光定向能三阶段发展计划，第一阶段重点开发直升机/无人机平台搭载的千瓦级激光系统，目前已完成30 kW级光纤激光器的地面打靶测试，正在开展机载平台适配性设计[15]。英国在"龙火"激光定向能项目中，攻克了高精度光束指向、高速目标跟踪技术，其小型化光束导向器技术已完成实验室验证，目前正开展旋翼机搭载的可行性论证[8]。 2.2 国内研究现状 国内直升机载激光定向能研究起步相对较晚，但依托国内高能激光技术、机载武器集成技术的快速发展，已完成核心器件国产化与关键技术攻关，在高功率光纤激光器、高精度跟瞄、高效热管理等领域取得系列突破，为直升机平台工程化集成奠定了坚实基础。 在核心激光源领域，国内已实现光纤激光器的全链条国产化，突破了多模块功率合束、高亮度激光放大、高电光转换效率等核心技术，性能指标达到国际同期先进水平，为直升机载激光定向能提供了自主可控的核心能量源[16]。2025年10月，央视官宣我国完成机载激光定向能的实机测试[17]，搭载固定翼战斗机平台，攻克了高密度储能、高效散热、大气湍流自适应校正、动平台高精度跟瞄等关键技术，验证了机载平台高能激光定向能的全流程闭环作战能力，填补了国内机载高能激光定向能实机测试的空白。 针对直升机平台的特殊作战环境，国内多家科研院所与高校开展了专项技术攻关，针对直升机平台严格的体积、重量、功耗约束，开展了高功重比光纤激光器、小型化储能与热管理技术研究，完成了小型化光纤激光器原理样机研制，可为直升机搭载需求提供参考[18]。在系统集成与工程化验证方面，国内已形成吊舱式、内置伸缩转塔式等多种直升机适配方案。中国兵器工业集团、中国航天科工集团等单位开发了多款战术激光定向能吊舱，可挂载于国产主力直升机，能够拦截5 km内的无人机目标，目前已完成地面打靶测试，正在推进地面演示验证、空中演示验证及实机测试的相关准备工作[19]。 在体系化应用研究层面，国内已将直升机载激光定向能纳入陆军低空伴随防空体系[20]，重点发展机动式近程防空和自卫防御，相关作战流程、效能评估、战术战法研究所形成的系列成果为装备的工程化列装提供了理论支撑。 2.3 国内外研究现状对比分析 从技术发展的底层逻辑来看，固定翼与旋翼机载激光定向能在激光器小型化、轻量化，机载动态高精度跟瞄，高效能源管理与热管理等方面存在共性技术难题，是各国机载激光定向能工程化落地的共同技术瓶颈。国内外直升机载激光定向能研发具备显著共性，均遵循"从低功率到高功率、从陆基到空基、从原理验证到工程化应用"的发展路径，技术攻关聚焦高精度跟瞄发射、高质量光束调控、高功重比激光源、高效能源与热管理四大核心方向，核心应用场景锁定反无人机蜂群、平台自卫防御、低空近程防空三大领域，技术发展底层逻辑高度一致。 国内外在发展直升机载激光定向能方面的核心差异主要体现在两个方面：1)工程化进度差距显著。国外以美国、以色列为代表的国家，已完成直升机平台实机飞行与实弹打击测试，而国内目前仍处于核心技术攻关与原理样机验证阶段，工程化应用进度较国外先进水平落后。2)核心技术发展不均衡。国内在100 kW级光纤激光器等核心器件领域实现了自主可控突破，核心性能指标达到国际同期先进水平[21]，但在高功重比小型化、动平台环境适应性、机载高效热管理等工程化关键技术上缺乏系统验证。 3. 毁伤原理与系统组成 直升机载激光定向能系统是一套集光、机、电、热、控于一体的复杂机载作战装备，依托定向高能激光实现目标探测、跟踪与毁伤，具备完整的作战闭环与模块化架构。 3.1 基本毁伤原理 直升机载激光定向能依托高能激光束能量聚焦效应实现目标毁伤，核心是

（由于篇幅限制，继续输出剩余内容）

将高功率激光能量以定向光束形式传输至目标表面，通过能量沉积引发目标结构毁伤或功能失效，激光定向能工作原理示意如图3所示[22]。 图 3 激光定向能工作原理示意图[22] 下载: 全尺寸图片 幻灯片 根据激光输出时域波形的不同，可分为连续激光与脉冲激光，连续激光持续输出恒定功率激光，以持续能量沉积实现目标的结构毁伤；而脉冲激光则凭借短促脉冲产生瞬时高峰值功率，对目标造成结构毁伤或功能干扰。其毁伤机制主要分为三类：1)热蚀效应，高能激光在目标局部极小区域形成持续高温，使目标材料发生熔化、汽化乃至穿孔，破坏其结构完整性；2)层裂效应，通过短脉冲激光瞬间释放高能能量快速加热目标表层，产生内部应力波，引发目标结构层裂、坍塌；3)光电致盲效应，针对无人机、导弹等目标的光电探测、制导传感器，通过脉冲激光辐照使其光敏元件饱和、失效，丧失作战功能，实现软杀伤效果。 3.2 系统集成挂载方式 激光定向能系统各组成部分通过一体化集成，实现与直升机平台的适配搭载，主要有两种可行的集成挂载方案，如图4所示。 图 4 激光定向能在直升机上集成方案。(a)机翼外挂吊舱方案；(b) 机载内置伸缩转塔方案 下载: 全尺寸图片 幻灯片 机翼外挂吊舱方案将高能激光器与跟瞄发射模块集成一体化吊舱，挂载于直升机侧挂架，电源与制冷单元布置在机舱内部。该方案无需对直升机结构进行大幅改装，可实现不同平台快速列装，但受吊舱体积、重量约束，对机载外挂载荷能力有一定要求，作战覆盖范围也存在一定局限，更适合于反无人机任务。 机载内置伸缩转塔方案将跟瞄发射模块以伸缩转塔形式安装，高能激光器与电源模块置于机舱内部，工作时转塔伸出机舱，非工作状态收回舱内。该集成挂载方式可最大程度减少对飞机飞行气动性能的影响，但成本较高，改装量大，结构复杂。 3.3 基于机翼外挂吊舱的系统组成方案 本文以机翼外挂吊舱式集成方案为研究对象，提出一套合理可行的直升机载激光定向能系统设计方案，并阐明各分系统间及其与直升机平台的协同工作逻辑与交联关系，为直升机载激光定向能装备的工程化设计与作战运用提供参考。 3.3.1 系统组成与架构 直升机载激光定向能系统可大致分为指挥控制系统、跟踪瞄准系统、高能激光系统、光束控制系统、能源管理系统、热管理系统，以及辅助系统，系统框架示意如图5所示。 图 5 直升机载激光定向能系统架构图 下载: 全尺寸图片 幻灯片 指挥控制系统(C2 system)作为整个武器系统的核心中枢，主要包括作战指挥与决策、人机交互、系统协同控制及状态监测等任务模块。其中，作战指挥与决策模块负责接收上级作战指令与战场态势信息，完成威胁目标等级判定、打击决策与交战时序规划；人机交互模块能够协助飞行员完成作战指令下发、参数设置及应急管控；系统协同控制模块负责统一协调管控各子系统的运行节奏与工作逻辑，实现系统间的信号交互、时序同步；状态监测模块负责实时监测全系统运行状态，开展故障诊断与预警等任务，保障武器系统整体作战流程有序推进。 跟踪瞄准系统(Tracking & pointing system)是武器系统的感知与瞄准核心，主要包括目标探测与捕获、精密跟踪、瞄准解算以及激光发射轴线校准等模块。系统依托多类型传感设备完成战场目标的快速识别与截获，对移动目标实施高精度、高稳定性的动态跟踪，实时解算目标方位、距离、运动轨迹等参数；结合直升机飞行姿态、大气环境等因素，精准计算瞄准偏差与射击提前量，完成激光发射轴线与目标瞄准线的同轴校准，保障激光精准指向目标要害部位。 高能激光系统(High-energy laser system)是激光定向能的核心能量输出单元，主要负责将能源系统提供的能量高效转化为高功率激光能量，在全系统满足发射条件时，输出具备稳定光束质量与足够毁伤效能的高能激光束，并可根据目标类型、作战距离及战场环境，精准调控激光输出功率、照射时长与工作模式，保障激光能量输出的稳定性与可靠性。 光束控制系统(Beam control system)主要承担激光光束的传输、整形、稳瞄、大气补偿与质量监测等任务，是保障远场聚焦能力与毁伤效能的核心环节。光束整形模块通过对高能激光器输出的原始光束进行扩束、准直与整形优化，提升激光远场聚焦与毁伤能力；在直升机执行飞行任务时，往往会遇到大气湍流、热晕效应、机体振动及气动光学效应等带来的光束扰动与能量发散，传统自适应光学技术能够修正低阶波前光束畸变，而基于跨尺度矢量光场调控的新型光束调控方案，可通过构造非高斯强度分布的矢量光束，主动补偿热晕引发的负透镜效应，抑制光束发散，显著提升目标处的功率密度[23]。前沿研究表明，通过矢量光场调控与高精度波前校正结合，可在公里级距离压缩远场光斑尺寸，在相同激光功率下获得更高的能量沉积效率，为直升机载激光定向能在功率约束下提升毁伤能力提供了新的技术路径。光束稳瞄模块实现激光发射光轴的精准稳定与动态校准，隔离机载振动干扰，确保激光光束能够稳定指向目标；光束质量监测模块实时采集远场光斑特征，为自适应光学矫正和矢量光场动态调控提供闭环反馈依据。 能源管理系统(Power management system)包括储能控制、用电保护、供电控制与稳压等模块。其中，储能控制模块重点保障高能激光器瞬时大功率用电需求，通过储能调控平抑功率波动，避免影响直升机飞控等核心机载系统的正常运行；用电保护模块配备过压、过流、短路等用电保护机制，在能源故障时快速切断风险回路，保障全系统供电安全与持续作战能力；供电控制与稳压模块负责全系统的能源供给、调配与安全管控，从直升机机载供电装置获取电能，完成电压稳压、电流滤波、电能分配等处理，为各子系统提供稳定适配的电力供应。 热管理系统(Thermal management system)承担全系统的散热与温控保障任务，主要包括激光器散热、光学元件温控、机载废热排散以及热安全保护等模块。该系统通过配套温控与散热回路，精准控制各核心设备的工作温度，避免因温度过高导致光学元件热畸变、设备性能衰减或硬件损坏，同时将系统废热有序排散至机外，维持武器系统舱内适宜的工作温度环境，设置超温预警与应急温控机制，保障设备热安全与运行稳定性。 辅助系统(Auxiliary system)为武器系统全流程运行提供配套支撑保障，涵盖结构与安装、环境控制、数据记录、安全与防护、系统监测及其他辅助设备等多元化功能，通过减振、抗冲击结构基座实现各子系统的稳定搭载安装，依托除湿、防尘、防盐雾、防结冰等措施优化设备工作环境；配置激光安全屏蔽、应急关断等防护装置，保障机载人员与设备安全；具备系统自检、原位校准与性能测试功能，实时校验系统工作性能，同时完成作战数据、运行参数的记录与传输，为系统维护、作战复盘提供数据支撑，保障其余各系统高效稳定运行。 3.3.2 各分系统间及与平台的交联逻辑关系 激光定向能各分系统之间需相互配合，并依托直升机平台，共同完成作战任务，激光定向能系统各组成部分逻辑关系示意如图6所示。 图 6 直升机载激光定向能系统逻辑关系示意图 下载: 全尺寸图片 幻灯片 指挥控制系统作为激光定向能系统的决策中枢，主要通过数据总线获取载机实时导航定位、飞行姿态、航向速率及高度等飞行参数，同时接收航电仪表系统传输的目标告警、敌我识别与作战指令信息；系统也向载机平台反馈激光定向能工作状态、故障信息及打击效能评估等数据，实现武器系统与平台之间的信息交互与指令协同。跟踪瞄准系统、高能激光系统及光束控制系统为激光定向能核心功能执行单元，三者均在武器系统内部形成闭环运行，通过武器系统内部链路完成目标探测、光束调控与激光能量输出。能源管理系统与机载电气模块形成供配电交联，依托载机主发电机及应急供电回路获取基础电力供给，载机平台通过扩容配电支路、增设电路保护装置为其提供稳定的电力输入，能源管理系统则自主完成电能稳压、滤波、峰值功率缓冲及内部电力分配管控，通过自身储能控制模块平抑大功率用电负荷波动，避免对直升机飞控、航电等核心用电负载造成供电冲击，实现供能需求与载机供电体系的平稳适配。热管理系统依托自身独立散热循环回路完成高能激光组件、光学元器件的废热疏导与散热管控，系统余热通过载机预留空间排散至外部环境，必要时通过直升机平台冷却系统为武器提供少量辅助温控气流，辅助激光定向能系统散热。 4. 作战运用与效果分析 4.1 主要作战运用场景 结合直升机低空机动作战特性与激光定向能技术特点，直升机载激光定向能主要适用于四大类作战场景，可有效适配现代战场多样化作战需求。 1)反无人机与反蜂群作战。面对低成本无人机、无人机蜂群饱和攻击威胁，直升机载激光定向能可依托直升机机动部署优势，前出构建机动式近程防空屏障，实现对5 km内的低、慢、小无人机目标的硬毁伤和10 km内目标光电传感器的软致盲，单目标响应时间小于2 s，可应对间隔3 s以上的多目标连续打击，弥补传统防空武器应对蜂群目标的能力短板。 2)近程防空反制作战。针对战场常见的低空巡航导弹等来袭弹药，利用激光定向能响应速度快、精准度高的优势，快速实施拦截，为地面部队、前沿阵地及自身平台提供近程防护，提升战场生存能力。在山林、村镇等地形遮蔽区域，地面野战防空装备探测视野受限，难以应对突发的单兵巡飞弹非接触袭扰；搭载激光定向能的直升机可依托高空优势实施伴随式机动防护，对前进方向的伏击火力点与来袭弹药实施覆盖拦截。典型作战场景下，机载探测系统可在4 km距离发现巡飞弹目标，3 km处完成目标查证与锁定，20 s内即可摧毁弹药光电传感器使其失能，高效保障地面装甲突击分队的推进安全。 3)特种作战精确打击。激光定向能具备无声、无光、无烟的隐蔽作战特性，可在特种作战任务中，实施非致命性光电干扰、简易爆炸物引爆、轻型装备与传感器毁伤等行动，最大限度降低作战附带损伤，适配城市、复杂地形等敏感作战环境。 4)直升机平台自卫防御。针对来袭便携式防空导弹、空空导弹等空中威胁，利用激光定向能快速拦截能力，可在导弹命中前1～2 s，对导弹制导系统进行干扰或毁伤，突破传统直升机自卫手段的局限，大幅提升直升机在作战中的自身防护能力。 4.2 典型作战流程 结合直升机载激光定向能作战任务逻辑与装备运行特点，其处置典型低空来袭目标的标准化作战流程可分为预警探测识别、指挥控制管理、激光火力打击三个阶段，如图7所示。 图 7 直升机载激光定向能标准化作战流程 下载: 全尺寸图片 幻灯片 4.2.1 预警探测与识别阶段 预警探测与识别阶段(Early warning detection and identification phase)为作战流程提供前端感知支撑，依托低空雷达、外围警戒光电、无线电侦测等多类型传感器开展全域探测，发现疑似目标后向指挥系统报送预警信息。经多源数据融合剔除虚假干扰信息后，完成目标位置信息关联，形成涵盖无人机、浮空器、鸟类等目标的真实目标航迹并统一编目。识别系统根据告警引导对目标逐一甄别，通过与形状、姿态、温度、机动特性等典型目标特征数据库匹配比对，确认目标类型与属性，排除鸟类等非威胁干扰目标，锁定待打击对象，同时结合测距系统完成目标位置的精确定位与航迹修正。 4.2.2 指挥控制管理阶段 指挥控制管理阶段(Command control and management phase)承担作战决策、任务调度与资源调配职能，首先基于目标航迹、位置及运动参数开展威胁估计，判定各目标的威胁等级并完成优先级排序。指挥系统实时融合雷达、光电、测距等多传感器的目标位置数据，生成连续稳定的目标航迹，并对多目标航迹实施全流程管理，覆盖航迹起始、交叉处理、延续与注销等操作。确认目标为非法来袭对象后，完成武装直升机的任务航迹规划与指令分发，下达起飞指令，调度平台飞赴指定任务区域准备执行拦截任务。同时结合目标威胁等级、目标类型与激光定向能系统的部署位置、作战能力，完成打击火力分配，同步下发目标位置引导数据，指引火力单元完成目标捕获。 4.2.3 激光火力打击阶段 激光火力打击阶段(Laser fire strike phase)是作战效能输出的核心环节，火力单元接收目标引导指令后，完成目标捕获跟踪与闭环瞄准锁定。单机作战模式下由地面辅助系统确定打击点位，多机协同作战时则在地面指定打击区域的基础上，由机上火控系统经图像融合确定本机打击位置。瞄准完成后启动激光器实施出光打击，根据目标材质特性动态调整照射时长，单目标击落全过程通常耗时5~12 s，单机具备连续攻击5~6个目标的能力。打击过程中实时回传目标图像，开展打击效能评估，判定目标毁伤状态；若目标已达到毁伤标准，则按照火力分配指令快速调转光束，转入下一目标的锁定与打击流程。 4.3 作战效果分析 4.3.1 作战运用优势 相较于传统机载武器与防空武器，直升机载激光定向能在作战效能与保障层面具备显著的作战运用优势，核心体现在四大方面。 1)作战效费比优势突出。传统防空导弹单次拦截成本高达数万美元，而激光定向能仅依托电能驱动，单次发射成本极低，无需承担弹药采购、运输、存储等费用，在应对低成本无人机目标时，效费比相较于传统防空武器，可提升4个数量级以上，优势极为明显。 2)快速响应与持续作战能力强。激光以光速传播，无飞行时间、无弹道提前量，可实现即瞄即打，系统整体交战响应时间小于3 s；同时无需搭载实体弹药，只要机载能源供应充足，其在打击目标时，可无需考虑发射次数限制，有效应对多目标、饱和式攻击。2017年，美军AH-64直升机搭载30 kW级激光吊舱测试中，在1.4 km距离成功命中地面移动目标，命中点偏差小于0.5 m，验证了动平台下的快速精准打击能力。 3)精确打击且附带损伤小。激光光束能量聚焦范围可控，远场打击光斑直径可控制在厘米级，可精准打击目标关键部位，不会产生大范围杀伤、破片飞溅等问题，在人口密集区域、近距离作战场景中，能有效控制作战损伤范围。 4)后勤保障压力小。摒弃了传统武器的弹药补给、装填等流程，减少了作战后勤物资携带与补给量，简化了战场保障流程，提升了直升机持续作战与快速部署能力。 4.3.2 作战局限性 受技术特性与战场环境影响，直升机载激光定向能在作战运用中也存在一定局限性。 1)受大气与天气环境影响较大。雨、雪、雾、沙尘等恶劣气象条件，会对激光光束产生吸收、散射作用，导致激光能量大幅衰减，直接降低武器射程与毁伤效果，复杂大气环境下作战效能会受到明显制约。 2)作战视线存在限制。激光沿直线传播，无法绕过障碍物实施打击，对遮挡物后方、地形遮蔽区域的目标，难以发挥作战效能，对战场目标通视条件要求较高。 3)目标毁伤功率有限。硬目标毁伤方面，当前直升机载激光定向能受功率水平限制，对重型装甲目标、坚固防御工事等高强度单体硬目标的有效毁伤需要一定的持续照射时间，应对大规模集群目标时，单目标平均照射时长约在百毫秒量级，饱和攻击的能力尚有不足；软目标干扰与毁伤方面，常规连续激光对光电传感器的致盲效率低于脉冲激光，若仅采用单一连续激光体制，在应对多类型制导目标、快速突防目标时，软杀伤作战效能存在一定局限，需通过多体制激光复合配置予以补足[24]。 5. 关键技术挑战 直升机载激光定向能需在直升机有限的搭载空间、复杂飞行环境下，实现高能激光稳定发射与精准打击，在工程化实用化过程中，面临高精度跟瞄发射、高质量光束调控、高功重比激光源、高效能源与热管理四大核心技术瓶颈，也是当前制约装备性能提升的主要难点。 5.1 飞行振动条件下高精度跟瞄发射技术 直升机飞行过程中，发动机与旋翼产生的持续振动、旋翼下洗气流扰动，会直接破坏激光光束指向稳定性，实现动态条件下高精度跟瞄发射是首要技术难题。直升机旋翼基频振动集中在15～40 Hz频段，机体耦合振动覆盖10～200 Hz宽频范围，飞行状态下角振动幅值可达10～50 mrad/s，线振动加速度峰值达0.5～2 g，若未经补偿将导致远场光斑偏移量超过目标尺寸，无法实现有效能量沉积。 系统需采用粗、精两级复合跟踪架构，才能满足实战打击的精度要求。粗跟踪系统通过转台机构实现大视场、大角度目标快速指向，视场覆盖±120 °方位、±30 °俯仰，跟踪带宽约5～10 Hz，跟踪精度小于60 μrad，但其载荷重、带宽低，无法抑制平台高频振动，跟踪精度存在局限；精跟踪系统以快速反射镜为核心执行部件，响应带宽可达1～3 kHz，补偿范围±5 mrad，凭借高带宽、高响应速度优势，补偿平台高频抖动，实现微弧度级精准跟踪，是保障最终打击精度的核心。 系统采用共口径精跟瞄发射光路，让高能激光与精跟踪光路共用光学组件，同步完成目标跟踪与激光发射。但在直升机机动飞行、目标动态运动的双重扰动下，如何实现光路稳定校准、快速光束指向校正，平衡跟踪视场与探测精度，消除平台振动对光束的干扰，仍是亟需突破的核心技术难点。 5.2 低空复杂大气环境中高质量光束调控技术 直升机常在低空复杂大气环境中执行任务，大气湍流引发的波前畸变、高功率激光传输产生的热晕效应，会导致远场光斑发散、目标功率密度下降，这大大制约了激光定向能的远场打击精度与毁伤效能。 传统自适应光学技术可对低阶波前畸变进行校正，但对强湍流、强热晕场景下的高阶畸变与能量发散补偿能力有限，且直升机平台的体积、重量约束进一步限制了大口径、多单元校正系统的应用[25]。湍流校正方向，无波前探测自适应光学、深度学习智能校正等方案可简化系统结构、提升响应带宽，但强闪烁、低信噪比场景下的校正稳定性仍需工程验证[26]；热晕抑制方向，除相位共轭补偿外，光束整形、波长自适应调控、矢量光场主动补偿等多路径可协同抑制光束发散，其中跨尺度矢量光场调控可主动诱导大气产生正透镜效应，补偿热晕引发的负透镜发散效应，使目标处峰值功率密度提升2倍以上[23]。 目前通过矢量光场调控结合高精度波前校正，有望突破经典衍射极限约束，实现超衍射极限聚焦，在不提升激光器输出功率的前提下提升目标能量沉积效率。但等离子体透镜、超振荡透镜等超衍射技术受功率耐受、系统复杂度限制，距机载实用化仍有差距。如何在直升机有限的载荷、功耗约束下集成轻量化复合光束调控模块，实现复杂大气环境下的光束动态优化，是提升直升机载激光定向能作战效能的关键技术挑战。 5.3 高功重比高功率激光器技术 直升机平台对设备体积、重量有着严苛约束，机载供电与散热能力也十分有限，研发高功重比高功率激光器是技术核心。当前机载激光定向能多采用光纤激光器，其具备光束质量优、电光转换效率高、环境可靠性强的特点，适配机载搭载需求，但要达到实战毁伤功率，需通过种子源激光放大、多模块功率合束技术实现功率升级。当前国外成熟机载激光吊舱的激光器功重比可达8～12 kg/kW，国内同功率等级光纤激光器功重比约为10～15 kg/kW；而直升机外挂吊舱的载荷约束通常要求系统总功重比优于5 kg/kW，才能在挂载激光定向能的同时保留弹药、副油箱等任务载荷挂载能力，当前技术水平与实战需求仍存在明显差距。 与此同时，激光大气传输衰减与湍流、热晕效应显著影响作战效能，雨、雾、沙尘等大气环境会吸收散射激光能量，大气湍流与热晕则会引发光束漂移、发散，降低目标能量沉积效率；且直升机与目标均处于运动状态，动对动打击对激光光束质量、能量集中度要求极高。因此，在严格控制体积、重量的前提下，提升激光器输出功率与功重比，同时结合矢量光场调控、自适应光学、大气补偿等光束调控技术提升远场聚焦能力，优化激光大气传输适应性，是该领域的关键技术突破口。 5.4 高效能源与热管理技术 直升机载激光定向能瞬时功耗大，而机载发电机供电能力有限，且激光器电光转换效率仅30%～45%，运行过程产生大量废热，高效能源与热管理技术直接决定系统持续作战能力。能源系统以超级电容器组为储能核心，适配直升机机载供电制式，完成电能稳压、存储与瞬时大功率放电，匹配激光器出光需求，同时需具备完善的过压、过流、温度保护功能，保障机载供电安全。 热管理方面，直升机机舱空间紧凑，无法采用大型散热设备，热量积聚将直接导致激光器功率衰减、光学元件性能受损，甚至引发系统故障。光学元件温度波动需控制在±0.5 ℃以内，否则将引发热畸变导致光束质量下降。如何在狭小空间内搭建高效散热方案，平衡供电功率、散热效率与系统轻量化需求，解决高功率运行下的余热疏导问题，保障系统连续稳定出光，是工程化应用的重要技术挑战。 6. 未来发展趋势与展望 未来，随着激光技术、机载集成技术的不断突破，直升机载激光定向能将逐步迈向实战化、智能化与体系化，核心发展趋势可归纳为以下几点： 1)功率提升与小型化并行。随着激光技术演进，战术级机载激光定向能输出功率将逐步提升至百千瓦级，具备对巡航导弹等目标的硬杀伤能力，同时依托新材料、光谱/相干合成技术，持续缩减系统体积、重量，提升激光器功重比，降低机载功耗，提升平台适配性。但功率提升将同步加剧热负荷与供电压力，受直升机外挂重量、舱内散热空间的刚性约束，高功率配置可能挤压弹药、副油箱等任务载荷的挂载空间，同时会加速器件老化、推高全生命周期维护成本。 2)复合型激光体制毁伤增效。在激光体制方面，可发展连续-脉冲复合激光(combined pulse laser，CPL)技术，通过将连续激光的持续热毁伤能力与脉冲激光的高峰值功率致盲、层裂效应相结合，可同时兼顾硬目标结构毁伤与软目标光电干扰能力，已有研究验证其毁伤增益效果，在相同功率约束下提升综合毁伤效能，适配直升机平台多任务作战需求。但同轴合束会提升光路控制难度，多模式切换也会增加火控决策的复杂度。 3)智能化与自适应能力升级。基于深度学习的自适应光学校正、智能目标交战算法已在陆基激光装备中得到验证，集成人工智能与机器学习算法，实现大气湍流实时补偿、目标智能识别排序、多目标自主交战管理，大幅提升复杂战场环境下的作战效能。但算法在极端气象、强对抗场景下鲁棒性不足，黑箱特性适配军用高可靠性要求难度也会更高。 4)无人化、多能化与体系化融合。当前大中型无人直升机的载荷、航时指标已满足中功率激光搭载需求，激光定向能也可向无人直升机拓展，依托其长航时、零人员风险优势拓展应用场景，系统集成多模式作战功能，与其他定向能武器形成复合攻防，并融入全域防空体系，通过数据链实现多装备协同作战。但无人平台存在远程控制延迟、电磁对抗下失能的风险，体系融合也面临数据标准不统一、信息安全防护压力大等问题。 综上，直升机载激光定向能有望突破现有技术与应用瓶颈，逐步成为低空近程防空、机载自卫防御的核心装备。但在工程化落地过程中，可通过分阶段递进验证技术路径，即先通过地面内场试验完成振动环境模拟、大气效应模拟与静态打靶考核，验证分系统核心性能指标；再依托直升机平台开展空中演示验证，覆盖反无人机、伴随防空等典型作战场景，系统考核动平台下的跟瞄精度、光束传输补偿效能与目标毁伤能力。同时需着重应对功率提升与平台约束的矛盾、智能化与可靠性的平衡、体系融合与信息安全的风险，通过迭代验证推动装备从技术验证走向实战应用，进一步完善现代低空作战体系，全面提升战场机动防空与精准打击能力。 作者贡献 王振宇：文献调研与数据整理，理论分析，论文写作；魏靖彪，王志新：指导论文选题与研究设计，论文修改；唐敏：论文修改与完善；孟杰：论文修改、校对及定稿。 利益冲突 所有作者声明无利益冲突