随着国防平台在相同的空间内集成更多功能，军用电源系统正经历剧变。从人工智能驱动的威胁侦测、定向能武器到自主无人机集群与电动飞行器，当今战场的电力需求量之大，达到了十年前难以想象的水平。与此同时，战场本身也在演变：军队正广泛分散部署以规避侦测，这为将能源输送至最需要的地方带来了新的挑战。军用电源系统设计者面临的问题，不再仅仅是如何提供更高功率，而是如何高效、快速地为日益机动化、分散化的部队输送电力。

人工智能和电子战（EW）系统等高能耗技术的爆炸式增长，是导致战场全域电力需求激增的一个主要驱动力。既要支持传统平台，又要满足无人系统等新型作战能力的供电需求，这对军用电源系统设计者提出了复杂要求。此外，许多军事平台的服役周期长达数十年，因此挑战变得显而易见：工程师必须在不改变设备物理尺寸的前提下，将功率输出提升三倍，同时还要满足严苛的军用标准，确保其在恶劣环境下的效率、可靠性与生存能力。

对此，国防工业的应对之策，是将新技术与全新的供电方式相结合。先进的半导体、智能电源转换、改进的电池设计以及移动能源系统，正在变革军队发电、储电和配电的方式。或许最重要的是，供电正从一个固定的保障功能，演变成一种战术工具——它需要随作战人员移动，适应不断变化的战场条件，并在每一项技术优势都至关重要的对抗环境中确保作战任务成功。

电力需求，迫在眉睫

当今战场给电源系统带来巨大压力的一个明显迹象，是需要大量电力的平台种类和数量极多：电动车辆、无人机、宽带连接以及电动垂直起降（eVTOL）飞行器都需要大量的电力。

Aegis Power Systems（北卡罗来纳州墨菲）总裁 Ron Gaw 指出：“当今军用平台正开始呈现与商业和消费领域相似的电力需求增长趋势，只是其任务目标经过精细调校，旨在满足人工智能目标识别、跟踪及实时战场情报获取等应用的关键能源需求。”

更严峻的是，许多军事平台最初并不是为满足这样的功率水平而设计的。Vicor 公司（美国马萨诸塞州安多弗）航空航天与国防全球业务发展高级总监 Matt Renola 解释了工程师面临的困境：“很多时候，设备外形尺寸不变，功率水平却增长了三倍，但并未给我们更多的设计空间。”

功率提升会带来热管理难题。“任何时候，当你试图在相同的空间内提供更大功率时，都必须解决散热问题。”Renola 说。

即便是效率高达 96.5% 的转换器，仍需将剩余能量以热能形式耗散，而这些热量必须得到有效疏导。

当前军队的作战方式进一步增加了复杂性：部队为规避侦测而广泛分散部署于辽阔地域，此举虽提升了生存能力，却引发了供应链与电力输送的双重难题。

通信限制使得边缘计算变得至关重要，这反过来又推高了各个平台的电源需求。

Vicor 国防、航空航天及卫星解决方案销售与业务发展高级总监 Scott Lee 表示：“我们当前面临的最大问题之一是平台间的通信能力有限。因此，人们正大力将处理能力，特别是与人工智能结合的处理能力，部署到单个平台上。”

为严酷环境而设计

恶劣或敌对的工作环境也给电源设计带来挑战。Gaw 指出：“尽管在对抗环境中至关重要的电源系统核心要素未曾改变（如坚固的结构与清洁电源），但其他方面正以更高优先级成为关注焦点。”

在这些优先事项中，效率首当其冲。“转换效率将是最关键的因素之一，因为它将直接影响任务时长、能力以及后勤保障需求。”他补充道。

更高的效率不仅能延长运行时间。“它还将降低关键系统的冷却需求，这意味着母系统本身的重量、封装体积和能源消耗都将减少。” Gaw 指出。

热管理仍是一个持续困扰业界的问题，尤其是在密封机箱内。

“很多这类系统安装在密封、没有空气流动的机箱内。”Renola 说，并补充道，即使是效率高达 96.5% 的 1000 瓦 DC-DC 转换器，“你仍需有效耗散并疏导这些热量。”Vicor 已开始研究采用液冷和新型热设计技术的解决方案。 

Gaw 指出，电源系统设计者面临着多重同步要求：需适应广泛的输入电源；能够输出更高电压与更低电流，以此实现更轻量化系统；将电源转换产品本身集成到日趋小型化、更机动、更快速的装备中；并能对不断变化的电源需求及电源转换输入/输出遥测数据作出实时响应。 

宽禁带半导体

军用电源系统设计者正利用氮化镓（GaN）和碳化硅（SiC）等宽禁带半导体来应对这些挑战。Renola 表示：“我们现在看到航空航天和国防市场大量使用宽禁带半导体。[它们]提供更高的功率密度、更高的频率、更低的导通损耗和开关损耗。”

其回报不仅限于性能指标的提升。“所有这些技术的进步使我们能够随客户需求灵活扩展，让那些已有 25 至 30 年历史的飞机平台或其他装备，能够借助更先进的技术继续运行。”他解释道。

但这不仅仅是技术本身的问题——模块化和可扩展性也正成为关键的设计原则。

下一波发展浪潮

Aegis 的 Gaw 强调了影响未来设计的两个尤为重要的发展方向。他说道：“一是具备自报告功能的智能电源转换，能够安全、隐蔽、实时地提供关键作战信息，以增强作战人员的装备态势感知能力，减轻战场认知负荷，并赋能未来系统资产的感知能力。二是高效、低可探测性的电力传输技术，具有增强的隐蔽部署选项，以扩大无人系统的任务范围和能力。”

就储能而言，其发展同样迅速。Renola 说道：“新的电池化学体系正在出现。我们看到，储能也是受到大量关注的领域之一，涉及锂电池、锂聚合物电池及不同类型的化学体系，以实现更多能量的储存和备用，以便在适当时使用。”

更高电压的架构也已初现端倪；Renola 指出，他注意到对 800 伏直流系统的需求正不断增加。

此外，太空应用正成为一个优先领域。Renola 表示，公司与客户就卫星应用的讨论明显增多：“我认为在接下来 25 到 30 年，这将比今天重要得多。”

随着威胁的演变，电源系统的冗余与韧性正变得至关重要。

“‘战场’的定义正在快速演变，攻击者的第一波攻击很可能是针对能源系统的网络攻击，其规模前所未有。” Gaw 说道，“仅靠电源系统韧性已不够——冗余将成为确保所有美国作战装备保持连接、且完整保持全域战场物理与数字能力的关键因素。”

这一演变所要求的，不仅仅是加固设备本身。

Gaw 解释说：“这不仅仅意味着坚固的机箱和电气韧性，更意味着能够将电力从任何来源快速部署到任何地点，尤其是那些更关键的负载点。”

“这还意味着所有资产都能随时介入，为任务的延续贡献力量，同时提供我们的作战人员及其关键任务资产前所未见的机动性与隐蔽能力。”