◆尽管美国和俄罗斯都在积极研究粒子束武器，但相关技术H前尚处于实验室的可行性验证阶段，估计2020年后才有可能实战部署；而各国重点发展的另一种定向能武器一一高能激光炮，则日趋成熟并接近实战。
20世纪，武器的发展已经了进入原子和分子世界，核武器应用了原子理论。在1945年美国研制出了原子弹，1983年，美国氢弹之父泰勒提出研制基于前沿物理技术的新一代武器系统，该系统包括寻热武器、天基粒子束一激光武器和反导系统。其中寻热武器能够侦察出洲际导弹的发热推进剂和回收苏联的宇宙空间站，反导系统现在已不陌生；而粒子束一激光武器目前正处于从软杀伤到硬摧毁的关键发展阶段。
微观世界的能量
被称为粒子的物质是指电子、质子、中子和其它带正、负电的离子，粒子只有被加速到光速才能作为武器使用，这些粒子束发射到空间，可溶化或破坏目标，而且粒子束命中目标后还会发生二次磁场作用，对目标进行二次破坏。由于大气层内的带电粒子束流为电子束流，而不是中性束流，在大气中它虽有衰减，但仍可以传导且宜于使用。在大气层外的真空状态，由于带电粒子之间因斥力作用会在短时间内散发殆尽，所以中性粒子(中子)束更适合在外层空间使用。
粒子束武器即发射高能定向接近光速的亚原子束(带电粒子束个中性粒子束)，用来击毁卫星和来袭洲际弹道导弹。即使不直接破坏核弹头，粒子束产生的强大电磁场脉冲热也会把导弹的电子设备烧毁，或利用目标周围发生的射线使目标电子设备失效。带电粒子束武器(CPBW)在大气层内使用。中性粒子束武器(NPBW)在大气层外使用，主要用于拦截助推段和中断飞行的洲际弹道导弹。
粒子束武器一般由粒子加速器、高能脉冲电源、目标识别与跟踪系统、粒子束精确瞄准定位系统和智慧控制系统组成，加速器是粒子束武器的核心。用来产生高能粒子。并聚集成密集的束流，加速到它能够破坏目标。目标识别与跟踪系统主要由搜索跟踪雷达、红外探测装置及微波摄像机组成。探测系统发现目标后，目标信号经数据处理装置和超高速计算机处理后进入指挥控制系统，根据指令，定位系统跟踪并瞄准目标，同时修正地球磁场影响，使粒子束瞄准目标将要被击毁的精确部位，这是启动加速器，将粒子束发射出去。
对于大气层内使用的带电粒子束武器，使用线性铁氧体磁场感应加速器来产生高速电子束，绝对速度每秒30万公里。俄美研制的地基粒子加速器均为质子加速器，其基本原理是；首先把电子束发生器产生的电子加速，然后再高频振动装置上振动，再在粒子发生装置上把进来的质子用电子包围起来，使其进入粒子加速，质子因接受能量而加速，在接近出口时把电子去掉，利用磁场使之变成尖锐的高能定向束流，随后把质子束向空间发射出去。
而对于太空中使用的中性粒子束武器，则利用对原子进行加速的方法，制造出中性粒子，然后聚集成尖锐的高能定向束流，以接近光束发射出去，击毁目标或使其失效。美国研究产生中性粒子的方案是：将负离子在加速器中加速并聚集，在加速器的出口处去掉多余电子，变成中性氢原子束发射出去，并且要求这一过程确保氢原子束的质量和能量，中性粒子束武器要进入作战使用，必须一定数量的卫星提供早期预警和探测，预警卫星将探测目标的数据送往地面站，需要特定卫星网和惯性导航系统来实时测定卫星和目标的位置，以及在卫星的任何方向上都能瞄准目标的姿态控制系统。
粒子束武器的破坏机理是动能杀伤和r、x射线破坏。粒子束不受云、雾、烟等自然环境和目标反射的影响，也不会因目标被遮蔽或受到干扰而失效，其全天候和抗干扰性能较好。粒子束直接穿入目标深处，不需要维持一定时间，有利于攻击多目标，如果粒子束没有直接命中目标，则会在目标周围产生r、x射线造成二次破坏。带电粒子束对目标的穿透能力极强，能量集中，脉冲发射率高，能快速改变发射方向。中性粒子束还可对目标周围产生的中子、r与x射线进行遥测，实现对目标的识别。
应该说，粒子束武器的研制难度比激光大，但作为天基武器比激光更有前途。其主要优点是不用光学器件(如反射镜)；产生粒子束的加速器非常坚固，而且加速器和磁铁不受辐射强度的影响；另外粒子束在单位立体角内向目标传输的能量比激光打，而且能贯穿目标深处，但其也存在不易克服的缺点；一是带电粒子在大气层中传输时，由于带电粒子与空气分子的不断碰撞，能量衰减非常快，而中性粒子不能在大气中传播；二是带电粒子在大气中传输时散焦，因此在空气中使用的粒子束只能打击近距离目标，而中性粒子束在外层空间传输时也有扩散。三是受地球磁场的影响会使光束弯曲，从而偏离原来的方向。
美俄粒子炮，难以到达的高边疆
20世纪70年代以来，美国预警卫星多次发现大气层上有大量带有氚的气体氢，认为可能是苏联发射带电粒子束造成的；美国预警卫星还曾探测到，在苏联哈萨克斯坦的沙漠地带曾进行过带电粒子束的核聚变脉冲电磁流体发动机试验。有资料表明，从上世纪70年代中期开始，苏联在电离层和大气层外的“宇宙”系列卫星、载人飞船和“礼炮”号空间站上，进行了8次带电粒子束传导方法试验；另外还在列宁格勒进行过粒子束武器的地面试验，试验装置有：线性电磁感应加速器，r射线仪、x射线仪，磁力存储器和多频道超高压开关等。苏联军方已经进行过带电粒子束对洲际弹道导弹、宇宙飞船以及固体燃料目标照射的试验。1978年，苏联还在东德制造出使用1000GeV质子加速技术的50万伏、80焦耳、16层7列的粒子束产生装置。
美国海军在上世纪70年代制定开发粒子束武器的“跷板”计划，研究用带电粒子束拦截核弹头。美国国防部在1981年也设立定向能技术局开发粒子束武器和激光武器，同年启动实施预算额为3.15亿美元的5年开发计划。由于里根政府提出的“星球大战”反导计划将天基定向能粒子束武器作为主要的反导手段，美国军方的相关研究也在80年代进入高潮，其天基发射系统的技术规格为：氢原子束的能量为200MeV，全系统重60吨。粒子炮的控制技术也极为复杂，美国空军的研究机构称，传统的可控硅开关和火花放电开关研究已经完成，下一步要开展磁性开关研究，这种开关基于饱和的电磁感应原理，具有很高的重复使用率。
冷战结束后，美国国防部确定粒子束武器的潜在用途是拦截导弹，攻击卫星以及在防区外扫雷等。由于加速器太笨重，无法投入战场使用，因此研究重点是开发适用于战场的地基和天基小型加速器，现在提出的方案是用线性电磁感应加速器产生粒子束，通过同一加速器，连续再循环脉动的粒子束，以便让粒子束在现有的小型加速器中环流。把能量逐渐加到每次通过的粒子上。不过由于技术挑战太大，美国陆军弹道研究试验室称，尚需进一步证实这种小型环流加速器的功效。另外美国还研制过一种实验低功
率加速器，尺寸不大于一个办公桌，这是部署在外层空间可以接受的尺寸。
目前阻碍粒子束武器投入实用的最关键问题就是加速器的小型化和超大功率电源，尤其是被认为粒子束武器最有前景的太空反导战场，天基平台的小型化更是难上加难。如上世纪80年代苏联在哈萨克斯坦萨雷沙甘建造的粒子束加速器占地约4个足球场大小，美国的粒子加速器也有一幢楼那么大，根本无法部署。而粒子束作为武器使用必须要有强大的脉冲电源。要使粒子束在导弹壳体上烧个小孔，粒子束到达目标的脉冲功率须达到1013瓦，能量为107焦。假设粒子加速器的效率为30％(已经很高了)，即使不考虑粒子束在传输中的能量损失，加速器脉冲电源功率也至少要达到3×1013瓦，而目前在研的最先进脉冲电源功率也只有107瓦。
正因为存在上述一系列技术难题，尽管美国和俄罗斯都在积极研究粒子束武器，但相关技术目前尚处于实验室的可行性验证阶段，估计2020年以后才有可能进入实战部署。而各国重点发展的另一种定向能武器一一高能激光炮，则日趋成熟并接近实战。
高能激光炮：更现实的选择
由于地球轨道上的卫星运行参数可以测量，卫星相对于地面运动的角速度不算太快，因此对激光炮的瞄准系统要求精度不算太苛刻，如地球低轨道卫星公转一周暴露给地面站的时间约100秒，这使反卫星激光器能从容地进行光束射击。加之卫星的光电系统结构相对脆弱，容易被高能光束杀伤。高能激光器反卫星所需的辐照度为10瓦／平方厘米，目标能量密度骤间上升到几百焦／平方厘米，激光炮摧毁卫星的平均功率需求在百万瓦以上。
经过美国和苏联／饿罗斯等国的多年研究，当前反卫星激光器中较成熟的是地基中红外激光器和天基红外化学激光器。前者一般由中红外激光器、主照射镜、光束控制／跟踪和瞄准系统组成，作用距离为500～1000公里；后者由兆瓦级的红外化学高能激光器、多镜组合的轨道反射镜、光束控制／跟踪与瞄准系统组成。
地基反卫星激光炮的作战过程为：空间目标监视系统探测到目标卫星后，将其飞行数据传递给空间防御作战指挥中心，通过目标分配与坐标变换，引导陆基精密跟踪和瞄准系统捕获并锁定目标，然后操作反射望远镜对准目标卫星，当目标卫星处于适当位置时，指挥中心发出攻击命令，启动激光炮发射接近光速、聚集的极细激光束能，经光束发射控制系统射向目标卫星。天基激光武器则借助卫星上的轨道反射镜对卫星实施攻击。
“星球大战”骨干
地基激光反卫星武器是美国“星球大战”计划中反卫星选用的主要手段。但时间过去20年，直到现在这种武器仍然处于试验研制阶段，当小布什政府提出新的反导计划选择导弹而不是激光时，这种倒退显然表明现阶段激光武器面临的技术难题仍然无法得到有效解决。当前相关研制面临的最大问题是，氧化碘化学激光器必须改进热腔和液体循环技术，以满足在经过稠密大气层严重衰减后，激光长时间照射所需要的能量强度和稳定性。
天基激光反卫星武器(sBL)的研制始于“星球大战”计划期间，当时的研究包括“阿尔法”、LAMP(大型先进光学镜)和ATP(截获、跟踪和瞄准系统)三个计划。“阿尔法”需要研制兆瓦级的氟化氢(HF)化学高能激光器，波长2.7微米，发射功率10兆瓦，LAMP则研制直径为4米的多镜组合反射式望远镜。老布什政府停止“星球大战”计划后，天基激光反卫星武器的研制一度中断。上世纪90年代中期，在美国国防部弹道导弹防御局的支持下，天基激光武器项目又恢复投资。
现在美国提出的天基激光反卫星武器方案是：在1300公里高度、倾角40度的不同轨道上首先部署12个激光星座，覆盖中东、北非、东北亚战区和美国本土；第二步部署24个激光星座，连续覆盖地球表面。每个激光星座由发射卫星、发射功率30兆瓦的激光器和直径为10～15米的轨道反射镜组成。能够在10秒内摧毁以其为中心、半径为4000～5000公里范围内的卫星。每个激光器总发射时间为200～500秒，攻击卫星只需直径2.8米的主反射镜和激光器发射0.2兆瓦的功率。激光发射器采用兆瓦级的氟化氢化学高能激光器，但已在研究全气态碘激光器，作为第二代系统使用。
不过，虽然美国相关机构在国防部的直接推动下正加紧研制天基激光炮，但这种武器距离实用仍然遥遥无期，即使技术困难能够克服，高昂的成本也让整套系统的效费比面临极大疑问。
天基激光炮星座毕竟不是GPS导航卫星，其重量约为35吨，每公斤的发射费用高达88000美元，单个星座的发射费用就相当于哈伯太空望远镜的3倍多，全套系统太空组网的研制与发射成本预计超过1000亿美元。在航天飞机即将退役的情况下，美国要想继续该项目就必须研制新的大推力运载火箭，把发射成本至少降低至44000美元/公斤。
另外，目前天基轨道反射镜的直径为4米，远远达不到10米的要求，需要发展涂铝的聚酯薄膜轻质反射镜。为了提高光束质量，发展双面镜激光中继技术可以解决发射望远镜的光学口径不足，即在一颗卫星上安装双镜面双焦点的激光反射镜，其机械追踪能力可以满足接收来自地基(天基)的激光束，通过操纵镜面重新调焦，并引导到目标卫星上。
最接近实战的苏联激光炮
苏联的激光反卫星武器研制比美国更早，从上世纪50年代开始苏联就陆续制定了地基和天基激光反卫星计划，其中地基反卫星激光器进展较大。在几十年的发展过程中，苏联先后研制了放电激光器、化学激光器、x射线激光器、自由电子激光器，准分子激光器和氩离子激光器等。70年代前，苏联发展激光反卫星武器的总开支达100多亿美元，是美国同期的9倍多；即使80年代美国增加了开发经费后，苏联在相关领域的投入仍超过对手3～4倍。在80年代里根总统的国防技术顾问提交给总统的对比报告中，美国承认苏联的激光技术超过自己。
与高额的投入相匹配，苏联在冷战时代于激光武器上所取得的成果也远超美国。苏联在上世纪80年代率先研制出了天基激光武器原理样机，并在“联盟”号载人飞船上试验了HF反卫星激光武器。从80年代到90年代初国家解体前，苏联共进行了18次反卫星激光武器试验，其中11次获得成功，有些试验的照射目标直接指向美国卫星，极具实战性。苏联还曾计划研制射程40000公里的激光炮，用于袭击在同步卫星轨道上运行的美国预警卫星。
苏联为对付美国的太空防御体系，曾设计打击敌方天基激光武器的太空战手段：一是在美国天基激光反射镜轨道上设置反向运动卫星，向反射镜投放大量钢球，由于相对速度可达16公里／秒，既使1克重的钢球也可穿透1.2厘米厚铝板，如果抛撒细小尘埃，则能使美国反射镜凹凸不平，无法聚焦，二是在美国地基激光束上方的大气层，投放由大片吸光材料形成的人造云。
然而，即使苏联科学家和工程师得到的国家支持如此强有力，但一些技术原理上的问题仍然没有得到完善解决。如最为接近实战的苏联地基反卫星激光器的发射功率仍不足以造成卫星上红外传感器的永久性破坏。进入上世纪90年代后，由于俄罗斯由于经济困难，综合国力大为减弱，激光反卫星武器研制受到资金制约，研制进程趋于中断。
太空激光炮瞄准2025年
《美国空军2025》战略规划宣称，2025年世界地缘政治格局将发生重大变化，传统战争等级之间的界限变得模糊不清，后工业社会之间的主要战争，甚至可能不在地球表面发生——“空军允许放弃一些过时的装备，大力发展诸如天基激光武器一类的先进武器系统”。
《美国空军2025》认为，美军太空作战中最核心的系统是垒球面打击系统，它由天基动能武器、天基激光武器和跨大气层飞行器组成。该规划建议，应发展天基激光武器及太阳能激光太空武器，它们都是倍兆瓦功率级的化学星座式激光器群，具备多种工作方式。用低能量激光做主动照射或成像，或在激光不工作时被动成像以提供光学预警。
2006年10月6日，白宫公布新的《美国国家太空政策》之后，俄罗斯亦不甘示弱，今年初，俄罗斯太空部队司令弗拉基米尔·波波夫金向媒体公布了俄罗斯太空军事复兴计划——俄罗斯“10年联邦太空计划”，共轨式反卫星拦截器、激光反卫星武器以及粒子束反卫星武器是其中重点。
经过40多年的努力，美国和俄罗斯在激光反卫星武器技术领域已取得众多实验级成果，其地基激光反卫星武器日趋成熟，并接近实战水平。进入21世纪后，美俄正在积极发展第一代的高能化学激光器，同时在为下一代的固体激光器等做技术储备。