新一代電磁脈沖武器走上臺前

據(jù)英國《每日郵報(bào)》報(bào)道，美國已經(jīng)成功測試使用無人機(jī)投放電磁脈沖彈，該炸彈能讓一個目標(biāo)區(qū)域的電子設(shè)備陷入全部癱瘓。美國的此次研究屬于“反電子設(shè)備高功率微波先進(jìn)導(dǎo)彈項(xiàng)目”，這款導(dǎo)彈搭載了一臺電磁脈沖炮。這臺脈沖炮利用功率超強(qiáng)的微波器生成一束集中的能量束，導(dǎo)致電子設(shè)備發(fā)生電涌（電壓急劇升高）從而癱瘓，而電涌保護(hù)器根本來不及作出反應(yīng)。實(shí)際上，早在1991年海灣戰(zhàn)爭期間，美海軍就首次使用了高功率微波彈，干擾和破壞伊拉克防空武器系統(tǒng)和指揮中心的電子系統(tǒng)，使其癱瘓和失去作戰(zhàn)能力。在此后的南聯(lián)盟戰(zhàn)爭、新伊拉克戰(zhàn)爭中，美國都使用了電磁脈沖炸彈。應(yīng)該說，電磁武器已經(jīng)成為高強(qiáng)度現(xiàn)代化常規(guī)戰(zhàn)爭的重要裝備，在不知不覺中，人類已經(jīng)進(jìn)入能量束武器時(shí)代。

電磁脈沖武器及其毀傷原理

信息化戰(zhàn)爭催生電磁脈沖武器。進(jìn)入二十一世紀(jì)以來，軍用電子系統(tǒng)的綜合化向集成化發(fā)展，通信、雷達(dá)、導(dǎo)航、電子儀器以及各種武器監(jiān)控、目標(biāo)識別及定位、軍事指揮等方面均廣泛地實(shí)現(xiàn)了信息化和智能化，這極大地提高了武器系統(tǒng)的綜合效能。未來的戰(zhàn)爭是高度信息化的高技術(shù)戰(zhàn)爭，也是核威脅條件下的信息戰(zhàn)。信息體系在空、天、地、海、電、磁全維空間的各個信息節(jié)點(diǎn)及其間網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成了立體戰(zhàn)場空間的信息網(wǎng)。對于戰(zhàn)場敵我雙方的任何一方的信息節(jié)點(diǎn)給與破壞、切斷，都將造成指揮、通信、控制系統(tǒng)的癱瘓或失靈，從而造成戰(zhàn)斗力銳減或喪失。針對武器系統(tǒng)中電子系統(tǒng)的相對脆弱性，各軍事大國開始競相發(fā)展電磁脈沖武器。所謂電磁脈沖武器是指能產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射，并通過短暫的脈沖照射來破壞敵方的雷達(dá)、通信、計(jì)算機(jī)等與電磁有關(guān)設(shè)備的一種武器系統(tǒng)，國外稱之為EMP武器。電磁脈沖武器的作戰(zhàn)對象主要是敵方的指揮、通訊、信息及武器系統(tǒng)，它能夠?qū)^大范圍內(nèi)的敵方各種電子設(shè)備的內(nèi)部關(guān)鍵部件同時(shí)實(shí)施壓制性和摧毀性的殺傷。所以，它是一種性能獨(dú)特、威力強(qiáng)大、軟硬殺傷兼?zhèn)涞男畔⒒鲬?zhàn)武器，是一種可用來控制未來戰(zhàn)場，并成為核威懾條件下信息戰(zhàn)的殺手锏武器。

電磁脈沖武器的分類和原理。根據(jù)電磁炸彈產(chǎn)生的電磁輻射頻段可將電磁炸彈分為兩類：一類是輻射電磁波頻譜較寬、頻率在1吉赫（一般為幾百兆赫）以下的電磁脈沖彈；另一類是輻射電磁波在微波波段的微波彈（頻率在1～300吉赫之間）。電磁脈沖彈又分為核爆電磁脈沖彈與非核爆電磁脈沖彈兩種。這兩種電磁脈沖彈都可以用飛機(jī)和導(dǎo)彈等載體投送，在目標(biāo)區(qū)上空適當(dāng)?shù)母叨纫酶吣芰侩姶挪ㄝ椛鋵σ欢ǚ秶鷥?nèi)的目標(biāo)造成不同程度的損傷。

核電磁脈沖彈。核電磁脈沖彈利用核爆產(chǎn)生電磁場，核爆產(chǎn)生的射線和X射線以光速由爆點(diǎn)向四周輻射，與空氣中的氧和氟原子撞擊產(chǎn)生電子，形成強(qiáng)大的電磁場，也就是電磁脈沖。電磁脈沖在擴(kuò)散的過程中，會在一瞬間發(fā)出最強(qiáng)的能量，并以光速擴(kuò)散。核電磁脈中現(xiàn)象并不是從裂變核武器，也就是原子彈試爆中發(fā)現(xiàn)的，而是在聚變核武器，也就是氫彈試爆中第一次發(fā)現(xiàn)。1961年10月31日，蘇聯(lián)在新地島上空35公里處進(jìn)行空爆核試驗(yàn)，電磁脈沖對數(shù)千公里范圍內(nèi)的電子系統(tǒng)產(chǎn)生沖擊，蘇軍地面的防空雷達(dá)被燒壞，無法探測空中的飛行目標(biāo)；數(shù)千公里長的通訊中斷，部隊(duì)一個多小時(shí)處于無法指揮狀態(tài)。后來，蘇聯(lián)經(jīng)過幾年的研究才發(fā)現(xiàn)這是氫彈爆炸所產(chǎn)生的電磁脈沖造成的惡果。原子彈爆炸會產(chǎn)生沖擊波、光輻射、早期核輻射和放射性污染四種效應(yīng)，而氫彈爆炸又增加了另一種效應(yīng)，即電磁脈沖。1962年7月，美國在太平洋約翰斯頓島上空400公里處，爆炸了一顆140萬噸梯恩梯當(dāng)量的氫彈。爆炸后，在遠(yuǎn)離爆心14000公里的夏威夷瓦胡島上，300多條大小馬路上的路燈突然全部熄滅，數(shù)百具防盜報(bào)警器同時(shí)響了起來。美國經(jīng)過近20年的研究才發(fā)現(xiàn)這是由于氫彈爆炸造成的。美國隨后把核電磁脈沖作為第三代核武器的重要組成部分，同時(shí)著手研發(fā)弱核爆電磁脈沖彈。弱核爆電磁脈沖彈通常指核當(dāng)量約為1000噸或更低的（內(nèi)爆式）核彈，它可用彈道導(dǎo)彈發(fā)射到目標(biāo)區(qū)上空距地面約40千米的平流層引爆，在目標(biāo)區(qū)地球表面300千米范圍內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁脈沖沖擊波。

常規(guī)電磁脈沖彈。常規(guī)電磁脈沖彈是由彈頭攜帶的大功率微波產(chǎn)生器在接近目標(biāo)時(shí)瞬間釋放大功率的電磁脈沖，幅度也取決于微波功率產(chǎn)生器功率的大小。與核電磁脈沖彈不同的是，常規(guī)電磁脈沖彈從峰值的0.1升到峰值的0.9約需幾十微秒，而從最高峰下降到峰值一半時(shí)所持續(xù)時(shí)間約為幾十納秒。其頻譜可覆蓋分米波到厘米波。常規(guī)電磁脈沖彈有多種，主要有爆炸式泵浦磁通壓縮發(fā)生器、爆炸或推進(jìn)驅(qū)動磁電動力發(fā)生器和一系列高功率微波器件技術(shù)等。其中，在海灣戰(zhàn)爭、南聯(lián)盟戰(zhàn)爭和新伊拉克戰(zhàn)爭中，美國已經(jīng)將爆炸磁通壓縮發(fā)射器炸彈應(yīng)用于實(shí)戰(zhàn)。而本文開頭新聞中，美國試驗(yàn)的則是新一代高功率微波器件電磁脈沖炸彈。

電磁脈沖的毀傷原理。電磁脈沖對電子設(shè)備的破壞作用一般可分為兩類：功能損壞和工作干擾。功能損壞是指電纜的絕緣材料被擊穿或者是電子設(shè)備的某些元器件受電磁脈沖的用而造成永久性損傷。工作干擾是指電磁脈沖雖然沒有使系統(tǒng)或器件受到破壞，但引進(jìn)的附加信號使某些器件的工作狀態(tài)改變，導(dǎo)致電子設(shè)備的功能紊亂，發(fā)出錯誤信號，或消除和改變貯存器中的內(nèi)容。電磁脈沖能量可通過各種耦合途徑進(jìn)入電子系統(tǒng)，耦合的途徑主要有：天線直接耦合；電線、電纜的耦合與傳導(dǎo)；電磁脈沖對設(shè)備殼體的穿透；對金屬殼體上縫、孔、洞的耦合以及金屬框架、管道等的結(jié)構(gòu)耦合。凡是導(dǎo)體都能夠在電磁脈沖場中耦合到能量，這些能從電磁脈沖場中耦合到能量的導(dǎo)體，稱為電磁脈沖能量收集器。一個收集器收集到的電磁脈沖能量的大小基本上和收集器導(dǎo)體的尺寸成正比，導(dǎo)體面積越大、導(dǎo)線越長，收集到的能量就越多。電磁脈沖能量耦合的具體方式可分為前門耦合和后門耦合。前門耦合是指電磁脈沖或者微波能量通過目標(biāo)上的天線、傳輸線（包括電源線、電話線和屏蔽的信號電纜、埋地電纜以及地線回路）等媒質(zhì)線性耦合到其接收和發(fā)射系統(tǒng)內(nèi)，以破壞其前端電子設(shè)備；后門耦合是指通過目標(biāo)上的縫隙或孔洞耦合進(jìn)入系統(tǒng)，干擾其電子設(shè)備，使其不能正常工作或燒毀電子設(shè)備中的微電子器件和電路。

各國在電磁脈沖武器領(lǐng)域的進(jìn)展

美國

美國在研究和發(fā)展電磁脈沖武器時(shí)，十分重視武器裝備電磁環(huán)境效應(yīng)和防護(hù)加固技術(shù)的研究。1979年，美國總統(tǒng)卡特發(fā)布命令，強(qiáng)調(diào)核電磁脈沖的嚴(yán)重威脅，要求每開發(fā)一種武器，必須考慮電磁脈沖防護(hù)能力。為此，美國在新墨西哥州科特蘭、亞利桑那州等地，建立了十余座電磁脈沖場模擬器。1986年，美軍完成了電子元器件易損性與加固測試計(jì)劃。進(jìn)入二十世紀(jì)九十年代后，美軍把各種電磁危害源的作用歸納為武器系統(tǒng)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中遇到的電磁環(huán)境效應(yīng)問題，并于1993年完成了“強(qiáng)電磁干擾和高功率微波輻射下集成電路防護(hù)方法”的研究。目前，美國有世界上規(guī)模最大、設(shè)備最先進(jìn)的陸、海、空三軍電磁脈沖效應(yīng)研究機(jī)構(gòu)。該研究機(jī)構(gòu)著重于軍事項(xiàng)目和暴露環(huán)境的研究，并對美軍各種電磁輻射裝備提出暴露標(biāo)準(zhǔn)。科索沃戰(zhàn)爭和“9·11”之后的伊拉克戰(zhàn)爭都表明，美國十分重視用電磁炸彈和電磁脈沖武器打擊重要軍事目標(biāo)和電臺等民用設(shè)施。

美國也是世界上惟一一個將電磁脈沖武器應(yīng)用于實(shí)戰(zhàn)的國家。1991年的海灣戰(zhàn)爭期間，當(dāng)時(shí)美海軍在“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈上裝載了一些大功率微波彈頭，試圖干擾伊拉克的防空武器系統(tǒng)和指揮中心的電子設(shè)備。時(shí)隔8年之后，EA-6B“徘徊者”電子干擾飛機(jī)投放電磁炸彈，使南聯(lián)盟部分地區(qū)的各種通信設(shè)施、電子設(shè)備受到不同程度的干擾和破壞，癱瘓了3個多小時(shí)。在伊拉克戰(zhàn)爭中，美英聯(lián)軍又重新使用了該武器。在對巴格達(dá)進(jìn)行首輪攻擊后，伊拉克的電子系統(tǒng)被干擾，巴格達(dá)所有電子信號被覆蓋。在戰(zhàn)爭進(jìn)行到第7天時(shí)，美英聯(lián)軍又使用了電磁炸彈攻擊伊國家電視臺，使電視信號中斷了3個小時(shí)。這次使用的是微波彈，功率2兆瓦，殺傷半徑約2.5千米。美國已經(jīng)為JDAM這類GPS／INS精確制導(dǎo)炸彈研制了基于二級磁通壓縮發(fā)生器和虛擬陰極天線組設(shè)計(jì)的高功率微波戰(zhàn)斗部，改進(jìn)后的高功率微波彈長3.84米，直徑0.46米。

俄羅斯

俄羅斯的研制重點(diǎn)為陸基微波武器站。2001年在利馬舉行的海事與航空展上，俄羅斯展出了一種名為Ranets-E的高功率微波武器。它是一種利用可變射頻防御系統(tǒng)對敵方飛機(jī)和制導(dǎo)武器系統(tǒng)實(shí)施摧毀或破壞的高功率微波武器系統(tǒng)，由天線、高容量發(fā)電器、控制測量裝置以及補(bǔ)給能源的子系統(tǒng)組成。Ranets-E采用X波段、500兆瓦的電磁脈沖發(fā)生源，能生成500赫茲、10～20納秒的電磁脈沖，其峰值功率為0.1～1吉瓦，平均輸出功率為2.5～5千瓦。據(jù)俄羅斯宣稱，其對精確制導(dǎo)武器制導(dǎo)系統(tǒng)以及飛機(jī)的致命打擊距離可達(dá)32千米。

法國

1990年法國馬特拉公司研制了一種彈載電磁脈沖武器，它屬于電磁脈沖彈，以制導(dǎo)炸彈為載體。二級磁通壓縮發(fā)生器作為電磁脈沖發(fā)生源安裝在彈體中部，中部還有一個升壓空心變壓器，用于使低阻抗的磁通壓縮發(fā)生器輸出與高得多的天線阻抗相匹配，并保證電磁脈沖不會過早地使電纜汽化。該武器還使用了十分具有創(chuàng)新性的折疊可調(diào)天線，以讓天線適應(yīng)較為寬泛的電磁脈沖頻率。不過盡管馬特拉公司采取一系列措施提高其研制的電磁脈沖彈的殺傷力，但是由于磁通壓縮發(fā)生器作為電磁脈沖發(fā)生源所產(chǎn)生的電磁脈沖本身功率有限，所以這種電磁脈沖彈的殺傷能力有限，若想進(jìn)一步提高殺傷力只有使用虛擬陰極振蕩器等高功率微波器件作為電磁脈沖發(fā)生源。

新一代電磁武器

第一代電磁武器多采用炸藥瞬間驅(qū)動磁通壓縮發(fā)生器機(jī)理，該機(jī)理可以簡單地理解為：使用炸藥的化學(xué)能猛烈轟擊一部發(fā)電機(jī)，這部發(fā)電機(jī)在被摧毀之前，轉(zhuǎn)子高速轉(zhuǎn)動，切割磁場，產(chǎn)生巨大的交變電流，從而產(chǎn)生電磁波脈沖。這種機(jī)理具有不可重復(fù)使用、電磁脈沖峰值功率不夠大以及不夠安全等缺點(diǎn)。軍方希望能夠研制一種就像雷達(dá)一樣能夠重復(fù)使用，只消耗電能的電磁武器系統(tǒng)。這就要求必須采用以虛擬陰極振蕩器為機(jī)理的新一代總體設(shè)計(jì)。

虛擬陰極振蕩器由陰極產(chǎn)生的電子束經(jīng)加速到達(dá)網(wǎng)狀陽極，大部分電子經(jīng)陽極射出，部分反射，在適當(dāng)?shù)臈l件下，射出的電子束在陽極和虛擬陰極組成的空間內(nèi)發(fā)生振蕩，當(dāng)微波能量達(dá)到一定程度時(shí)，微波從諧振腔經(jīng)導(dǎo)能裝置送入喇叭口輻射出去，從而形成強(qiáng)功率電磁脈沖。這種原理被認(rèn)為是新一代電磁武器的基本技術(shù)。虛擬陰極技術(shù)目前還在發(fā)展之中，還不夠成熟，必須與磁通壓縮發(fā)生器一起搭配使用。美國研制的高功率微波戰(zhàn)斗部就是將磁通壓縮發(fā)生器和虛擬陰極振蕩器串聯(lián)起來，從而產(chǎn)生更大的電磁脈沖功率。

前文提到的波音“反電子設(shè)備高功率微波先進(jìn)導(dǎo)彈項(xiàng)目”可能也采取了類似的設(shè)計(jì)，仍然不能重復(fù)使用，但是已經(jīng)開始應(yīng)用以虛擬陰極振蕩器為代表的新一代大功率微波發(fā)生器技術(shù)。這次試驗(yàn)所針對的目標(biāo)據(jù)稱是電子設(shè)備，而不是通信設(shè)備。關(guān)鍵區(qū)別在于電子設(shè)備往往并沒有用來接收電磁波的天線，因而電磁脈沖武器最適用的前門耦合機(jī)理就無法產(chǎn)生殺傷效果，必須采用后門耦合進(jìn)入電子設(shè)備內(nèi)部，從而需要更大的電磁脈沖功率和更精準(zhǔn)的定向發(fā)射技術(shù)。

另外，此次試驗(yàn)還有一個亮點(diǎn)，就是采用無人機(jī)作為電磁武器的載體。由于常規(guī)電磁脈沖武器的有效殺傷距離較近，而且使用定向天線作為輻射源，因而使用有人飛機(jī)進(jìn)行抵近投擲往往具有一定的風(fēng)險(xiǎn)。因而，美國空軍正在進(jìn)行隱身無人機(jī)載電磁脈沖武器項(xiàng)目的研究，該項(xiàng)目旨在開發(fā)一種能重復(fù)發(fā)射吉瓦級電磁脈沖的電磁脈沖武器系統(tǒng)，用于攻擊地基傳感器、通信網(wǎng)及防空導(dǎo)彈指令系統(tǒng)。這次試驗(yàn)無疑檢驗(yàn)了無人機(jī)與電磁脈沖武器的搭配使用問題。