自20 世纪50 年代美苏两国相继开展粒子束定向能系统研制以来，粒子束定向能系统研制经过了冷战时的高潮、苏联解体后的停滞、进入21 世纪后的理性发展等阶段。在冷战时期，由于卫星的作用没有现在这样显著，最主要的安全威胁是弹道导弹，所以传统粒子束定向能系统部署在地球轨道1 000 km 的轨道高度，其主要用于拦截助推阶段的洲际弹道导弹，对其进行热毁伤，使其爆炸、解体等，因而粒子束定向能系统指标论证以此为应用场景。通过计算［14］，认为用于全球防御，理论上最少需要29 个空间平台，为了保证作用目标的有效性，比较可行的方案是部署120 个空间平台，其轨道高度为1 000 km。
如果选择电子型粒子束定向能系统，则作用目标和使用场景决定了电子束定向能系统的技术参数，因而根据作用目标，空间电子束定向能装置需要部署在1 000 km 轨道上，为了更好地防御地面来袭的洲际弹道导弹，最小的作用距离也需要1 000 km，要能够使洲际弹道导弹失效，首先需要通过热烧蚀，将导弹外部的壳体进行熔化和汽化，弹道导弹外部壳体多由金属材质构成，根据表2-2 提供的常见金属和硅材料熔化所需的最小毁伤能量密度阈值约为1 000 J/cm3。
表2-2 不同材料估计最小毁伤能量密度阈值［14］
从毁伤材料所需能量的角度看，造成毁伤要沉积的能量可表示为
式中：ε 为材料的毁伤能量密度；I 为粒子能量降低到1/e 倍时的传输距离；A为束流作用到靶目标上的横截面积。现假设作用目标的横截面积为1 m2，厚度为10 cm，以及最小毁伤密度阈值约为1 000 J/cm3，则根据式（2-2）可以计算得到要实现金属和硅材料熔化所需的最小毁伤能量阈值约为108 J。(www.xing528.com)
能量只有首先被传输到靶目标上才能在其中沉积。无论是大气对子弹的阻力，还是雨滴对微波的吸收，能量的损失总是与传输有关的。既然部分能量会在传输过程中损失，那么定向能系统就必须产生比毁伤目标所需更多的能量。因此，定向能系统的设计取决于两个因素：第一，预期的靶目标，它决定于毁伤所必需的能量；第二，预期的作战方案（射程、作用时间等），它决定了必须产生多少能量以确保在可用时间内传递足够的能量。
另外，作为电子束定向能系统，输出能量以电子束携带能量的方式作用到目标，现对电子束定向能系统必须提供的最小总能量进行估算。假定V 为电子束电压，I 为电流，τ 为脉宽（作用时间），则电子束定向能系统输出能量可根据下式计算：
现利用金属和硅材料熔化所需的最小毁伤能量阈值108 J，忽略电子束在传输过程中的能量耗散，即要求电子束定向能系统输出最小能量E 为108 J 时，反推电子束定向能系统的各项技术参数。根据作用场景，电子束定向能系统拦截洲际弹道导弹时，电子束定向能系统部署在1 000 km 高度，部署120 个用于覆盖全球，定向能系统毁伤靶目标约为0.4 s，这其中包括防御的一系列过程，电子束有效作用目标的时间为100 μs，即τ 为100 μs。为了尽可能使电子束在传输1 000 km 距离仍保持很小的发散，通过计算，电子的能量在1 GeV 时发散较小，即电子束电压V 为1 GeV，则通过式（2-3）可得到电子束电流强度为1 000 A。基于上述作用场景，将上述计算得到的电子束定向能基本参数列于表2-3，从表2-3 中可以看出，基于硬毁伤机理的传统电子束定向能系统需要电子束加速器提供电子能量为1 GeV，流强为1 000 A 的电子束，该参数相对保守，其中并未考虑电子束在长距离1 000 km 传输过程中的能量耗散和作用目标对能量的吸收利用效率等问题。在20 世纪的工业技术水平条件下，提供能量为1 GeV，流强为1 000 A 的电子束，地面电子束加速器系统都难以实现。即使在现在的工业水平条件下，基于以上指标的地面加速器系统研制都还有诸多技术限制因素亟待解决，加速器系统体积和重量都非常大，这样的电子束定向能系统在天基部署是很不现实的。
表2-3 传统硬毁伤电子束定向能系统技术参数［14］
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