1983年，美国开始实施“战略防御倡议”（sdi）计划，天基激光武器技术的研究也被纳入其中，由战略防御计划局（sdio）负责实施（1993年5月易名为弹道导弹防御局）。sdi计划旨在对付苏联的洲际弹道导弹，要求将敌方导弹扼杀在多弹头分离之前的助推段。当时的sdi设想，苏联会同时发射2000枚洲际弹道导弹，天基武器系统应有每秒钟击落40枚导弹的能力。为此，需在轨道上部署几十颗激光作战卫星，每颗卫星上的激光武器需由发射功率为30兆瓦的激光器和直径10米的主反射镜组成。
苏联解体以后，美国作战战略发生变化。天基激光武器系统的主要任务由防御洲际弹道导弹转为防御战区弹道导弹；攻击目标不再是从苏联本土起飞的大批远程导弹，而是可能从世界上任何地点发射的近程弹道导弹。作战战略的变化放宽了对天基激光器的要求。
美国弹道导弹防御局就天基激光武器系统进行了多方案比较，提出的最优方案是：在高度为1300千米、倾角为40°、不同升交点赤经的圆轨道上，部署24颗激光作战卫星构成全球星座。每颗激光作战卫星能摧毁以其为中心、半径为4000千米范围内的导弹。根据目标距离不同，它可在2～5秒内摧毁飞行中的导弹。如果新目标与原射向之间的角度不太大的话，激光作战卫星能在0.5s内调整到新的方向，瞄准另一枚导弹。
激光作战卫星由激光武器（激光器、光学系统、捕获跟踪与指向系统）和平台服务系统组成。激光器采用氟化氢激光器，工作波长2.7微米，发射功率估计为8兆瓦。光学系统的主反射镜直径8米，镜表面有超反射涂层，不需要主动冷却，即能保证激光器在巨大热负荷下正常工作。捕获跟踪与指向系统由监视装置和稳定平台组成，能在激光器机械泵产生强烈振动的情况下，保证光束对准目标。平台服务系统包括电源、反应物（燃料）、数据处理和测控等分系统。
在20世纪80年代末和90年代初，激光作战卫星各分系统的关键技术均已得到演示验证。
“阿尔法”激光器由trw公司于1980年开始研制，1989年进行首次出光试验，到1994年8月，已出光10次以上，并在兆瓦级功率水平获得高质量输出光束。通过改进激光器的结构设计，增加模块化腔环的办法，减轻了激光器的质量，可将输出功率提高到实战水平。最近研究表明，通过改进激光器的喷管设计，还可进一步减轻质量。在光学系统方面，1989年制造了直径4米的多面组合反射镜，1993年攻克了制造11米反射镜的关键技术，为大型光学系统的工程实现奠定了基础。
由于捕获跟踪与指向系统采用了大型先进反射镜计划和大型光学演示实验计划开发的新技术，已制成4米直径、主动控制的多面组合反射镜，可按比例直接放大到实战用的8米直径反射镜。
