印度的秘密武器：“卡利”5000加速器

尹瑞濤

印度教中“卡利”女神的形象

卡利：女神與加速器

印度人對(duì)“卡利（Kali）”女神非常熟悉，她有著杜爾嘎女神一樣的兇猛外貌。在印度教中，“卡利”是時(shí)間之神（創(chuàng)造、改變、保護(hù)、破壞）和力量之神。她的紫色嘴唇經(jīng)常表現(xiàn)出血液的流動(dòng);她長(zhǎng)牙狀的牙齒下降到她的下唇上，舌頭伸出外面。她經(jīng)常站在她的配偶，無(wú)活動(dòng)性的濕婆上面，她有時(shí)候陪伴著魔鬼：她戴著長(zhǎng)長(zhǎng)的人類(lèi)頭骨項(xiàng)鏈（幾乎延伸到膝蓋）。她展示出腰帶上的厲害武器。兒童的尸體是耳飾（很可能是代表嬰兒的自然死亡率和由某些疾病引致的兒童死亡），眼鏡蛇是手鐲，加在她身上的花環(huán)是極大的裝飾品。她是白色和虛弱的，她的臉是天藍(lán)色的，有黃色的斑紋，她的目光是兇惡的，她凌亂和如剛毛似的頭發(fā)經(jīng)常張開(kāi)著，就像孔雀尾巴那樣地伸展，她的手臂握著武器，或者嚴(yán)厲的魔鬼的頭;這些物品既象征著她創(chuàng)造性的力量，也象征著她毀滅性的力量，因?yàn)榭ɡ拐锤星椴⒋娴纳裥匀烁窕@示出它自身，依照印度教的傳統(tǒng)，是生命與死亡，創(chuàng)造與毀滅的不斷循環(huán)。“卡利”女神象征著萬(wàn)事萬(wàn)物的毀滅與消亡，是宇宙萬(wàn)物自然的流程的一部分。

印度國(guó)防領(lǐng)域就有一個(gè)以兇惡的“卡利（KALI）”命名的“撒手锏”武器——千安線性加速器（KiloAmpere Linear lngector），它是印度最大的秘密武器，是由印度國(guó)防研究發(fā)展組織（DRDO）和巴巴原子研究中心（BARC）開(kāi)發(fā)的線性電子加速器，但一直處于保密狀態(tài)，有關(guān)它的信息很少。

發(fā)展歷程

“卡利”5000線性電子加速器項(xiàng)目的核心技術(shù)是脈沖功率技術(shù)。

早在1970年代，印度巴巴原子研究中心就已經(jīng)啟動(dòng)了脈沖功率技術(shù)的研究項(xiàng)目，主要模擬核聚變中輻射效應(yīng)，一直持續(xù)到1980年代。此后，研究方向轉(zhuǎn)向于核電磁脈沖的模擬、加固和壓縮。脈沖功率系統(tǒng)用于戰(zhàn)略目的，可以產(chǎn)生高功率微波和閃光X射線。巴巴原子研究中心的科研人員創(chuàng)造性地開(kāi)發(fā)出一系列技術(shù)和高能脈沖功率系統(tǒng)，這其中包括設(shè)計(jì)與發(fā)展馬克斯發(fā)生器、特斯拉變壓器、脈沖產(chǎn)生線、Blumlein納秒發(fā)生器、快速響應(yīng)開(kāi)關(guān)、磁脈沖壓縮、固態(tài)調(diào)節(jié)器以及相對(duì)論電子束二極管等。當(dāng)初這些系統(tǒng)僅能夠單次觸發(fā)，而目前它們能夠全狀態(tài)運(yùn)行，并且能用來(lái)產(chǎn)生高功率微波和閃光X射線。

脈沖功率技術(shù)的精髓是將較慢的充電脈沖轉(zhuǎn)換為快速放電脈沖，從而使得峰值功率成倍增加，這可以通過(guò)多種儲(chǔ)能技術(shù)和功率轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)。

“卡利”5000線性電子加速器

卡利項(xiàng)目最初是由巴巴原子研究中心當(dāng)時(shí)的主任拉賈杰帕拉·奇達(dá)姆巴拉姆博士在1985年提出的，拉賈杰帕拉·奇達(dá)姆巴拉姆博士也是時(shí)任總理的科學(xué)顧問(wèn)以及印度原子能委員會(huì)的主席。該項(xiàng)目的工作始于1989年，由巴巴原子研究中心的加速器和脈沖功率部門(mén)負(fù)責(zé)研發(fā)，負(fù)責(zé)人是P·H·Ron博士，他也是印度首款星球大戰(zhàn)武器項(xiàng)目的總設(shè)計(jì)師。印度國(guó)防研究與發(fā)展組織也參與了這個(gè)項(xiàng)目。最初是用作工業(yè)用途，用于光束焊接。在中國(guó)和巴基斯坦看來(lái)，卡利作為一種光束武器的潛在軍事作用使其成為一種威脅。

卡利系列加速器被描述為“單次短脈沖吉瓦電子加速器”，單次加速，使用充水電容器來(lái)建立充電能量。印度第一個(gè)加速器“卡利”75的功率為0.4GW，后來(lái)逐步改進(jìn)，開(kāi)發(fā)了一系列加速器如“卡利”80，“卡利”2000，“卡利”5000和“卡利”10000。其中“卡利”5000加速器于2004年底投入使用，功率逐漸增加，目前加速器能夠達(dá)到40GW。脈沖時(shí)間約為60ns。

系統(tǒng)組成

“卡利”5000由以下部分組成：0-±50KV的直流電源、馬克斯（MARX）發(fā)生器（1.5MV，25kJ）、電容分壓器、布魯姆萊因（Blumlein）型納秒發(fā)生器（1MV，5kJ，60ns）、脈沖形成線、羅氏線圈、REB二極管、鉛屏蔽層、高功率微波產(chǎn)生裝置、六氟化硫火花間隙、微波測(cè)量裝置、消聲室、齒輪油泵、變壓器油、蓖麻油、油傳輸系統(tǒng)等。預(yù)脈沖開(kāi)關(guān)、充電電感、REB槍等部件上都覆蓋有蓖麻油。

“卡利”5000印度官方宣傳畫(huà)

拉賈杰帕拉·奇達(dá)姆巴拉姆博士

馬克斯發(fā)生器及輸出高功率微波的波形

“卡利”5000脈沖電子束加速器的結(jié)構(gòu)框圖

為了產(chǎn)生數(shù)個(gè)GW（1G=1x10）的峰值輸出功率，需要運(yùn)用馬克斯發(fā)生器。“卡利”5000系統(tǒng)使用了混合絕緣的馬克斯發(fā)生器（火花間隙用氣體絕緣，其余部分用絕緣油）。馬克斯發(fā)生器（Marx Generator）是通過(guò)低壓直流電源產(chǎn)生高壓脈沖，通過(guò)電容并聯(lián)充電再串聯(lián)放電的高壓裝置，在負(fù)荷電容上就形成一個(gè)數(shù)百千伏到數(shù)兆伏電壓的短暫脈沖波形的沖擊電壓。其原理是：先利用高壓直流電源通過(guò)適當(dāng)?shù)碾娮杈W(wǎng)絡(luò)對(duì)大量的由氣體火花間隙開(kāi)關(guān)隔離的脈沖電容器進(jìn)行并聯(lián)充電，然后通過(guò)指令觸發(fā)使這些火花開(kāi)關(guān)快速順序擊穿，從而導(dǎo)致電容器迅速串聯(lián)起來(lái)，把電壓一層一層疊加起來(lái)，電壓加倍的倍數(shù)相當(dāng)于火花開(kāi)關(guān)的個(gè)數(shù)，獲得幅值很高的電壓脈沖。為了減少充電階段以及火花間隙開(kāi)關(guān)，使用了雙極充電的方式。為了控制各種輸出參數(shù)，使用了加壓式火花間隙，通過(guò)改變氣體壓強(qiáng)火花間隙開(kāi)關(guān)來(lái)調(diào)節(jié)擊穿電壓。

羅氏線圈是一種原邊為單匝線圈、副邊為多匝線圈的無(wú)磁芯電流互感器，其布置方式是載流導(dǎo)體或帶電粒子束流作為圓邊，與無(wú)磁芯線圈彎成圓環(huán)狀的彎曲中心軸線重合。

“卡利”5000摧毀導(dǎo)彈的效果圖

六氟化硫（SF6）火花間隙開(kāi)關(guān)是一種雙電極放電部件，它利用絕緣容器在電極之間充六氟化硫壓縮氣體以提高工作電壓，甚至直接暴露于大氣中，開(kāi)關(guān)先承受一定的高電壓而呈現(xiàn)絕緣（高阻抗）狀態(tài)，然后氣體擊穿形成等離子體傳導(dǎo)通道而接通電路。六氟化硫氣體是一種優(yōu)良的絕緣介質(zhì)，其絕緣強(qiáng)度較高的主要原因是，作為鹵素元素的氟（F）原子對(duì)自由電子具有很強(qiáng)的吸附作用，是強(qiáng)電負(fù)性原子。因此，六氟化硫氣體的放電過(guò)程由于自由電子易受吸附而較難發(fā)生，擊穿電壓較高。

脈沖形成線利用電壓波，在一定長(zhǎng)度和一定波阻抗的傳輸線上的往來(lái)反射成一定脈寬的電壓脈沖，由于脈沖形成線的長(zhǎng)度總是有限的，再長(zhǎng)也不會(huì)超過(guò)幾十米，而電壓波在線上的傳播速度通常與光速同一數(shù)量級(jí)，因此通過(guò)多次反射形成的電壓波形很窄，一般脈寬僅幾十到上百納秒。與此同時(shí)，初級(jí)脈沖十分不規(guī)則的波形在此過(guò)程中被整形或形成更接近矩形形狀的脈沖，這就是脈沖形成線的工作原理。

“卡利”5000系統(tǒng)中脈沖形成線應(yīng)用的是布魯姆萊茵（Blumlein）傳輸線，它由3個(gè)同軸圓筒組成，筒間充油或水作為絕緣介質(zhì)，充油稱(chēng)為油線，充水則稱(chēng)為水線。中筒與馬克斯發(fā)生器相連充電，內(nèi)筒通過(guò)電感與接地的外筒連接。布魯姆萊茵傳輸線可以看做是雙同軸脈沖形成的，對(duì)于相同的幾何尺寸，水線阻抗約為油線的1/6，電容約為油線的34倍，因此更適合低阻抗脈沖功率裝置，而其儲(chǔ)能密度則在常用液體絕緣介質(zhì)中的是最高的。

“卡利”5000摧毀反坦克導(dǎo)彈的效果圖

當(dāng)脈沖形成線被充電到額定電壓時(shí)，位于形成線終端的開(kāi)關(guān)接通，脈沖形成線通過(guò)二極管的負(fù)載放電，放電過(guò)程也是作用于二極管上的脈沖電壓的形成過(guò)程。高壓脈沖加到二極管的陰、陽(yáng)極之間，陰極產(chǎn)生強(qiáng)烈的爆炸式場(chǎng)致發(fā)射，產(chǎn)生電子束，該電子束在陰、陽(yáng)極之間的高電場(chǎng)下被加速，形成相對(duì)論電子注器件所需要的強(qiáng)流相對(duì)論電子束。

印度科學(xué)家說(shuō)，“卡利”5000加速器是一種快速打擊裝置，可以用作粒子束武器。它可以產(chǎn)生高能電子束、激光束、電磁輻射、強(qiáng)X射線或大功率微波。“卡利”5000可被用作微波武器，其發(fā)射的微波輻射頻率在3～5GHz范圍內(nèi)。采用高能粒子武器在任何時(shí)間摧毀目標(biāo)。

當(dāng)敵方的導(dǎo)彈飛向印度時(shí)，“卡利”加速器會(huì)迅速發(fā)出強(qiáng)大的相對(duì)論電子束，摧毀目標(biāo)。不像激光武器在靶標(biāo)上融化成洞，它是通過(guò)破壞電子元器件而摧毀目標(biāo)的。這臺(tái)機(jī)器生產(chǎn)的巨大的微波爆炸，會(huì)癱瘓導(dǎo)彈或飛機(jī)上的電子系統(tǒng)和電腦芯片，并馬上將它們擊落。強(qiáng)流相對(duì)論性電子束的概念最初由Alfventll、Budkert等人在20世紀(jì)40～50年代提出，但是直到1960年代初期，英國(guó)原子武器研究中心（AWRE）的J.C.Martin和他領(lǐng)導(dǎo)的閃光X射線機(jī)研究小組首先運(yùn)用脈沖功率技術(shù)，獲得強(qiáng)流相對(duì)論性電子束，來(lái)產(chǎn)生高強(qiáng)度的X射線，并成功地將“二戰(zhàn)”期間雷達(dá)上所采用的布魯姆萊因傳輸線技術(shù)應(yīng)用于閃光X射線照相研究，使得閃光X射線機(jī)的能量和強(qiáng)度都有了極大的提高，從而開(kāi)創(chuàng)了高功率脈沖技術(shù)研究的新紀(jì)元，才使得這種強(qiáng)流相對(duì)論性粒子束的實(shí)際應(yīng)用真正成為可能。

“卡利”5000攻擊衛(wèi)星作戰(zhàn)效果圖

“卡利”5000摧毀飛機(jī)的效果圖

“卡利”5000產(chǎn)生的高能微波

“卡利”5000是由國(guó)防研究發(fā)展組織和巴巴原子研究中心開(kāi)發(fā)的一種線性電子加速器。這臺(tái)機(jī)器實(shí)際上產(chǎn)生了高能電子脈沖。機(jī)器的其它部件將電子能量轉(zhuǎn)換成閃光X射線（用于超高速攝影）或微波。該項(xiàng)目旨在產(chǎn)生約100納秒的電子脈沖，能量約為1兆伏，電流為40千安，功率為40吉瓦。由此產(chǎn)生的相對(duì)論性電子束（相對(duì)論性電子，指其速度接近真空中光速，因而其運(yùn)動(dòng)不服從牛頓方程而必須用相對(duì)論力學(xué)方程來(lái)處理的電子）將用于產(chǎn)生高功率微波和閃光X射線。這燃起了人們的希望，即有朝一日“卡利”5000可以用于大功率微波炮，通過(guò)軟殺傷（摧毀導(dǎo)彈上的電子線路或芯片）摧毀來(lái)襲的導(dǎo)彈和飛機(jī)。據(jù)印度科學(xué)家說(shuō)，高功率微波武器的“軟殺傷”相比激光武器的硬殺傷（在金屬上融化洞）具有顯著優(yōu)勢(shì)。