隨著國防平臺在相同的空間內集成更多功能，軍用電源系統正經歷劇變。 從人工智慧驅動的威脅偵測、定向能武器到自主無人機集群與電動飛行器，當今戰場的電力需求量之大，達到了十年前難以想像的水准。 與此同時，戰場本身也在演變：軍隊正廣泛分散部署以規避偵測，這為將能源輸送至最需要的地方帶來了新的挑戰。 軍用電源系統設計者面臨的問題，不再僅僅是如何提供更高功率，而是如何高效、快速地為日益機動化、分散化的部隊輸送電力。

人工智慧和電子戰（EW）系統等高能耗科技的爆炸式增長，是導致戰場全域電力需求激增的一個主要驅動力。 既要支持傳統平臺，又要滿足無人系統等新型作戰能力的供電需求，這對軍用電源系統設計者提出了複雜要求。 此外，許多軍事平臺的服役週期長達數十年，囙此挑戰變得顯而易見：工程師必須在不改變設備物理尺寸的前提下，將功率輸出提升三倍，同時還要滿足嚴苛的軍用標準，確保其在惡劣環境下的效率、可靠性與生存能力。

對此，國防工業的應對之策，是將新技術與全新的供電方式相結合。 先進的電晶體、智慧電源轉換、改進的電池設計以及移動能源系統，正在變革軍隊發電、儲電和配電的方式。 或許最重要的是，供電正從一個固定的保障功能，演變成一種戰術工具——它需要隨作戰人員移動，適應不斷變化的戰場條件，並在每一項技術優勢都至關重要的對抗環境中確保作戰任務成功。

電力需求，迫在眉睫

當今戰場給電源系統帶來巨大壓力的一個明顯迹象，是需要大量電力的平臺種類和數量極多：電動車輛、無人機、寬帶連接以及電動垂直起降（eVTOL）飛行器都需要大量的電力。

Aegis Power Systems（北卡羅來納州墨菲）總裁 Ron Gaw 指出：“當今軍用平臺正開始呈現與商業和消費領域相似的電力需求增長趨勢，只是其任務目標經過精細調校，旨在滿足人工智慧目標識別、跟踪及實时戰場情報獲取等應用的關鍵能源需求。”

更嚴峻的是，許多軍事平臺最初並不是為滿足這樣的功率水准而設計的。 Vicor 公司（美國麻塞諸塞州安多弗）航空航太與國防全球業務發展高級總監 Matt Renola 解釋了工程師面臨的困境：“很多時候，設備外形尺寸不變，功率水准卻增長了三倍，但並未給我們更多的設計空間。”

功率提升會帶來熱管理難題。 “任何時候，當你試圖在相同的空間內提供更大功率時，都必須解决散熱問題。”Renola 說。

即便是效率高達 96.5% 的轉換器，仍需將剩餘能量以熱能形式耗散，而這些熱量必須得到有效疏導。

當前軍隊的作戰方式進一步新增了複雜性：部隊為規避偵測而廣泛分散部署於遼闊地域，此舉雖提升了生存能力，卻引發了供應鏈與電力輸送的雙重難題。

通信限制使得邊緣計算變得至關重要，這反過來又推高了各個平臺的電源需求。

Vicor 國防、航空航太及衛星解決方案銷售與業務發展高級總監 Scott Lee 表示：“我們當前面臨的最大問題之一是平臺間的通信能力有限。因此，人們正大力將處理能力，特別是與人工智慧結合的處理能力，部署到單個平臺上。”

為嚴酷環境而設計

惡劣或敵對的工作環境也給電源設計帶來挑戰。Gaw 指出：“儘管在對抗環境中至關重要的電源系統核心要素未曾改變（如堅固的結構與純淨電源），但其他方面正以更高優先順序成為關注焦點。”

在這些優先事項中，效率首當其衝。 “轉換效率將是最關鍵的因素之一，因為它將直接影響任務時長、能力以及後勤保障需求。”他補充道。

更高的效率不僅能延長運行時間。 “它還將降低關鍵系統的冷卻需求，這意味著母系統本身的重量、封裝體積和能源消耗都將减少。”Gaw 指出。

熱管理仍是一個持續困擾業界的問題，尤其是在密封主機殼內。

“很多這類系統安裝在密封、沒有空氣流動的主機殼內。”Renola 說，並補充道，即使是效率高達 96.5% 的 1000 瓦 DC-DC 轉換器，“你仍需有效耗散並疏導這些熱量。”Vicor 已開始研究採用液冷和新型熱設計技術的解決方案。  

Gaw 指出，電源系統設計者面臨著多重同步要求：需適應廣泛的輸入電源； 能够輸出更高電壓與更低電流，以此實現更輕量化系統； 將電源轉換產品本身集成到日趨小型化、更機動、更快速的裝備中； 並能對不斷變化的電源需求及電源轉換輸入/輸出遙測數據作出實时響應。

寬禁帶電晶體

軍用電源系統設計者正利用氮化鎵（GaN）和碳化矽（SiC）等寬禁帶電晶體來應對這些挑戰。Renola 表示：“我們現在看到航空航太和國防市場大量使用寬禁帶電晶體。[它們]提供更高的功率密度、更高的頻率、更低的導通損耗和開關損耗。”

其回報不僅限於性能指標的提升。 “所有這些技術的進步使我們能够隨客戶需求靈活擴充，讓那些已有 25 至 30 年歷史的飛機平臺或其他裝備，能够借助更先進的技術繼續運行。”他解釋道。

但這不僅僅是技術本身的問題——模組化和可擴充性也正成為關鍵的設計原則。

下一波發展浪潮

Aegis 的 Gaw 強調了影響未來設計的兩個尤為重要的發展方向。 他說道：“一是具備自報告功能的智慧電源轉換，能够安全、隱蔽、實时地提供關鍵作戰資訊，以增强作戰人員的裝備態勢感知能力，減輕戰場認知負荷，並賦能未來系統資產的感知能力。二是高效、低可探測性的電力傳輸技術，具有增强的隱蔽部署選項，以擴大無人系統的任務範圍和能力。”

就儲能而言，其發展同樣迅速。 Renola 說道：“新的電池化學體系正在出現。我們看到，儲能也是受到大量關注的領域之一，涉及鋰電池、鋰聚合物電池及不同類型的化學體系，以實現更多能量的儲存和備用，以便在適當時使用。”

更高電壓的架構也已初現端倪； Renola 指出，他注意到對 800 伏直流系統的需求正不斷增加。

此外，太空應用正成為一個優先領域。 Renola 表示，公司與客戶就衛星應用的討論明顯增多：“我認為在接下來 25 到 30 年，這將比今天重要得多。”

隨著威脅的演變，電源系統的備援與韌性正變得至關重要。

“‘戰場’的定義正在快速演變，攻擊者的第一波攻擊很可能是針對能源系統的網路攻擊，其規模前所未有。”Gaw 說道，“僅靠電源系統韌性已不够——備援將成為確保所有美國作戰裝備保持連接、且完整保持全域戰場物理與數位能力的關鍵因素。”

這一演變所要求的，不僅僅是加固設備本身。

Gaw 解釋說：“這不僅僅意味著堅固的主機殼和電力韌性，更意味著能够將電力從任何來源快速部署到任何地點，尤其是那些更關鍵的負載點。”

“這還意味著所有資產都能隨時介入，為任務的延續貢獻力量，同時提供我們的作戰人員及其關鍵任務資產前所未見的機動性與隱蔽能力。”