美國關鍵基礎設施電磁脈沖防御政策簡析 *

馮寒亮,夏良斌,王娟,崔剛強,趙芮,劉彥升

(西北核技術研究所，陜西 西安 710024)

0 引言

電磁脈沖(electromagnetic pulse,EMP)是由自然產生或人為引起的強電磁輻射，能夠產生破壞性電流和浪涌電壓，對各類電力/電子系統、武器平臺及裝備等造成嚴重影響甚至損傷。特別是由高空核爆炸產生的高空電磁脈沖(high altitude electromagnetic pulse,HEMP)，能破壞廣大地理范圍內的國家電網及設備，造成大面積區域性停電，甚至人員傷亡，給國家經濟帶來巨大損失，使社會陷入混亂，甚至產生災難性后果。

隨著電子技術與信息化器件與裝備的廣泛應用，以及電磁環境日益復雜化，特別是進入21世紀以來，越來越多的美國專家認為，美國軍用民用等各類設施面臨EMP威脅的生存能力日趨堪憂。為此，從2000年開始至2018年，美國國會先后成立了4屆“電磁脈沖攻擊對美國的威脅評估委員會”(其中，2001,2006,2016財年委員會名稱為“電磁脈沖攻擊對美國的威脅評估委員會”，2018財年委員會名稱為“電磁脈沖攻擊及類似事件對美國的威脅評估委員會”，以下均簡稱“電磁脈沖委員會”)，以評估美國社會面臨的EMP威脅，并針對美國國家關鍵基礎設施遭受敵國EMP攻擊提出防御建議，監督指導政府部門和軍方開展EMP防御工作[1]。

在“電磁脈沖委員會”長達十幾年的推動下，近年來，美國政府先后頒布了發展戰略文件、總統行政命令，修訂了《國土安全法》條款等，建立了完善的組織管理體系，推動美國EMP防御工作前進。

1 當前美國EMP防御態勢、面臨的問題及相關建議

美國國會“電磁脈沖委員會”經過數年的持續分析評估，不僅指出了當前美國EMP防御態勢及面臨的問題，并提出了相關建議。“電磁脈沖委員會”指出[2]：由于(美國)社會高度依賴電力等國家關鍵基礎設施，而且EMP對其的攻擊方式十分獨特，因此，美國國家關鍵基礎設施面臨著伴隨網絡攻擊的人為EMP威脅，以及地磁暴產生的自然EMP持續威脅。如果美國公私營部門配合得當，并采取必要措施，就可能避免EMP攻擊造成的大規模破壞。但美國政府現在沒有足夠能力對EMP威脅開展評估和控制，主要政府部門基本上忽視或無視了國家關鍵基礎設施的EMP保護，并未執行EMP委員會關于國家關鍵基礎設施等防御EMP的建議。

1.1 當前美國EMP防御態勢及面臨的問題[3]

美國國會“電磁脈沖委員會”評估認為，當前美國EMP防御態勢及面臨的問題主要涉及以下幾個方面。

(1) 美國面臨必須予以考慮的EMP威脅環境與場景

美國和現代文明國家更加普遍地面臨自然EMP(或太陽風暴地磁擾動)和人為EMP(核電磁脈沖)對軍事和國家關鍵基礎設施的攻擊。這些威脅環境主要來自于：俄羅斯、中國,擁核小國家和非國家行為體等可能對美國發動的核電磁脈沖攻擊；非核電磁脈沖或定向能武器對超高壓變壓器實施的物理攻擊；結合核電磁脈沖攻擊對國家電網實施的網絡協同攻擊。

(2) 美國國家關鍵基礎設施面臨嚴重的EMP危害及后果

“電磁脈沖委員會”評估指出，當前美國的社會穩定、經濟發展、國家軍事行動以及安全防御均依賴發達的電網、通信、交通、食品、供水和衛生等國家關鍵基礎設施。電網和依賴電網的關鍵基礎設施更容易受到EMP的攻擊。由EMP攻擊造成的關鍵基礎設施長期停運，則可能會使大多數關鍵供應鏈中斷，造成社會癱瘓、食物供應不足、疾病蔓延，甚至導致數百萬美國人喪命，并使美國人生活狀態倒退幾個世紀。因此，美國的敵對勢力可能會利用核電磁脈沖，來攻擊美國這一薄弱點來損害美國，且無需同美軍正面接觸[1,4]。

(3) 美國政府管理EMP防御工作仍然面臨不少障礙

“電磁脈沖委員會”評估指出，由于缺乏統一的組織與領導，美國政府、行業及監管機構的職責分散、可利用資源不足、合作協調不暢，導致美國應對EMP威脅的響應不連貫、不充分，無法抵御國外敵對勢力的EMP威脅和超級太陽風暴。這直接導致，至少在過去10年里，美國主要政府部門基本上忽視或無視EMP防御問題，并未執行EMP委員會的相關建議。

(4) 保護關鍵基礎設施免受EMP攻擊在技術上可行，經濟上可承擔

“電磁脈沖委員會”評估認為，美國擁有足夠的關于EMP威脅防御的知識基礎，已開發出經過廣泛測試且得到驗證的EMP加固技術及成熟的EMP防護方案，可立即實施，而不需要長期的額外研究，可以以合理的成本來保護國家電網及其他關鍵基礎設施免受EMP攻擊，并將對美國關鍵基礎設施現有系統的干擾降到最小。所有這些都符合當前特朗普政府修復和改善美國基礎設施、提高其可靠性以及加強美國國土防御和軍事能力的計劃。“電磁脈沖委員會”還認為，EMP防御與網絡保護相結合，也將是技術上最合理、經濟上最便宜的，而且，防止核電磁脈沖所采取的措施還可用來防御超級太陽風暴引發的自然EMP。

1.2 “電磁脈沖委員會”建議

基于對當前美國EMP防御態勢、面臨的問題進行的深入評估，為了在成本合理、對現有系統干擾最小的條件下保護國家電網等關鍵基礎設施免受EMP的影響，“電磁脈沖委員會”提出了6點建議，涉及成立執行機構，改善政府領導與管理；加強電網及其他關鍵基礎設施的網絡安全防護；推動制定E3 EMP新標準；加強EMP知識與技術的商業化應用；加強EMP威脅情報評估等方面[1,3]。

綜上所述，“電磁脈沖委員會”作為美國國會的獨立評估部門，對美國面臨的EMP威脅、美國民用和軍用系統面臨此威脅的易損性，以及美國可能采取的應對措施等問題，進行了非常全面的評估，其評估結論和建議在指導數十年間美國EMP防御工作中起到重要作用。

2 當前美國EMP威脅應對政策

在美國國會“電磁脈沖委員會”長達數年的評估和推動下，2019年3月26日，美國總統特朗普簽署了一份名為《協調國家對電磁脈沖的應變能力》的行政命令[5]。“電磁脈沖委員會”的多項建議在該行政命令中都有所體現。緊接著，2019年12月20日，特朗普批準了《2020財年國防授權法案》，要求修訂《國土安全法》第320節“EMP與GMD(geomagnetic disturbance,地磁擾動)的緩和研發”的條款內容。

2.1 美國總統行政命令《協調國家對電磁脈沖的應變能力》[5]

總統行政命令《協調國家對電磁脈沖的應變能力》旨在通過強有力的國家級行政領導，組織協調包括美國國務卿、國防部、能源部、國土安全部、情報界等在內的各政府部門識別可能的EMP威脅，通過指導數據收集、測試、技術信息共享，協調私營部門來實施保護措施，營造一個促進私營部門創新的環境，以加固美國的關鍵基礎設施，提高美國對EMP威脅的應急準備能力，進而確保美國國家安全。這是美國政府有史以來首次制定全面的關鍵基礎設施EMP防御政策，下達應對EMP威脅的行政命令，將直接影響到未來一段時間美國政府EMP防御工作的方向、策略與進展，標志著美國政府已初步建立起一個集中領導、分工協作，確保技術研發與信息共享的國家層面關鍵基礎設施EMP防御工作機制。

2.1.1 政府部門及負責人的角色與責任

總統行政命令規定了EMP防御工作由眾多美國聯邦政府部門及負責人參與執行，多個部門分工負責，協調組織，共同推進。相關部門及負責人的主要角色與責任見表1。

表1 美國聯邦政府相關部門及負責人在EMP防御工作中的角色與責任[5]Table 1 Roles and responsibilities of relevant departments and leaders of the U.S. federal government in EMP defense[5]

2.1.2 主要任務

關于相關工作的執行，該行政命令指出了相關部門及負責人須按照時間節點完成的任務，涉及5個方面：

(1) 識別面臨最大風險的國家關鍵職能及相關優先關鍵基礎設施

該項工作旨在摸清美國關鍵基礎設施系統、網絡和資產面臨EMP風險的優先級。行政命令要求：

自命令發布之日起90天內，國土安全部長應確定并列出國家關鍵職能和包括天基資產在內的相關優先關鍵基礎設施系統、網絡和資產清單，并在必要時更新。在完成上述清單后1年內，國土安全部長應提交按照易損優先排序的關鍵基礎設施系統、網絡及資產清單，并在必要時更新。

(2) 提高對EMP影響的認識

該項工作旨在使更多部門及人員認識到EMP的危害，便于根據標準，科學深入地開展EMP威脅評估。行政命令要求：

在完成按照易損優先排序的關鍵基礎設施系統、網絡及資產清單后180天內，國土安全部長應審查試驗數據空缺，以評估EMP對全國范圍內關鍵基礎設施系統、網絡及資產的影響。

在確定現有試驗數據空缺后180天內，國土安全部長應制訂一個綜合的跨部門計劃，以填補查明的空缺。

自行政命令發布之日起1年內及之后，能源部長應適時審查現有EMP標準，并在必要時制定或更新能夠表征EMP波形和強度等物理特性的量化標準。

自行政命令發布之日起4年內，內政部長應完成對美國本土大陸區域大地電磁的勘測，以協助關鍵基礎設施所有者和運營商開展EMP易損性評估。

(3) 評估減輕EMP影響的方法

該項工作旨在評估并采用現有可用技術，以提高政府在減輕EMP影響方面的技術能力。行政命令要求：

自行政命令發布之日起1年內以及此后每2年，國土安全部長應向總統呈交一份報告，分析減輕EMP影響可采用的技術選項。國防部長、能源部長和國土安全部長還應確定現有可用技術的差距及未來技術發展的機會，為研發活動提供信息。

能源部長在審查、制定或更新相關量化標準及國土安全部長完成可用技術選項分析活動后180天內，國土安全部長應針對最易受影響的關鍵基礎設施系統、網絡和資產，制定和實施一項示范性試驗，以評估現有工程方法。

自行政命令發布之日起1年內，國土安全部長應加強私營部門參與，確定一項監管和非監管機制。

(4) 強化關鍵基礎設施，以抵御電磁脈沖的影響

該項工作旨在通過具體的行動計劃，落實關鍵基礎設施的EMP防御。行政命令要求：在制定和實施一項示范性試驗行動后90天內，國土安全部長應針對按照易損優先排序的關鍵基礎設施系統、網絡及資產清單，根據2017年5月11日《加強聯邦網絡和關鍵基礎設施的網絡安全》總統行政命令中確定的行動要求制定計劃，并在必要時更新該計劃。

在國土安全部長完成可用技術選項分析活動后180天內，國防部長應實施一項示范性試驗，以評估用于加固戰略軍事設施(包括對于支持該設施至關重要的基礎設施)的工程方法。

在示范性試驗完成后180天內，國防部長應向總統報告評估方法的成本及有效性。

(5) 改善對EMP的響應

該項工作旨在制定、更新美國聯邦應急響應計劃，最終確立國家級準備、保護和減輕EMP影響的程序及職責，提高國家對EMP的應急響應和恢復能力。行政命令要求：

自行政命令發布之日起180天內，國土安全部長應審查并更新聯邦應急響應計劃、方案及程序。上述行動完成后180天內，支持國家基本職能的機構應更新行動計劃。

在確定按照易損優先排序的關鍵基礎設施系統、網絡及資產清單后180天內，國土安全部長應提供EMP對關鍵通訊基礎設施影響的評估，并提出行動計劃修改建議。

2.2 《2020財年國防授權法》

為了確保EMP相關政策得到落實，美國《2020財年國防授權法》要求對《國土安全法》中關于開展EMP防御工作的條款進行修訂完善，對國民警衛隊和北方司令部做好應急準備也提出了相關要求。

2.2.1 《國土安全法》修訂條款要點[6-7]

《2020財年國防授權法》要求修訂《國土安全法》第320節“EMP與GMD的緩和研發”的條款。該條款最早根據《2017財年國防授權法》設立。此次修訂，具體是在該條款中增加“威脅評估、響應及恢復”的內容。新增加的內容正是對《協調國家對電磁脈沖的應變能力》總統行政命令中相關要求的細化，從而進一步確立并完善了美國“威脅評估、技術研發、響應及恢復”這一EMP防御政策，明確了國土安全部、國防部、能源部、行業部門特定機構等相關機構及負責人的職責、相互關系，也為將EMP與GMD防御納入國家應急準備場景、開展EMP與GMD常態化評估奠定了基礎，更重要的是賦予了國土安全部相應的法律權利與義務，保證政策實施。新修訂的相關條款主要內容涉及以下幾個方面：

(1) 威脅評估

《2020財年國防授權法案》撤銷了已先后成立了4屆的國會“電磁脈沖攻擊及類似事件對美國的威脅評估委員會”。該委員會相應的評估工作由國土安全部4年1次的常態化評估所取代，旨在更好地了解和改善EMP與GMD對所有關鍵基礎設施的影響。

(2) 技術研發

在技術研發方面，《國土安全法》要求國土安全部長與其他相關執行機構、州、地方和部落政府、關鍵基礎設施所有者和運營商在切實可行的范圍內，在不重復現有工作的情況下，協調研發工作，以便更好地了解和更有效地模擬EMP與GMD對關鍵基礎設施的影響(但不包括國防部的任何系統或基礎設施，也不包括能源部的與核武器活動有關的任何系統或基礎設施)，并在2020年3月26日前，向有關國會委員會提交一項研發行動計劃，迅速解決建模不足和技術發展問題。相關工作要求涉及技術研發范圍與報告、測試數據缺口等，特別是要求分析實時警報系統在高空核爆后幾毫秒內通知電網運營商和其他利益相關者的可行性。

(3) 響應與恢復

關于EMP和GMD事件的響應與恢復，《國土安全法》規定的相關工作主要由聯邦應急管理局局長負責，涉及應急響應計劃與演習、應急信息系統的維護與運行等。《國土安全法》要求聯邦應急管理局局長：①在切實可行范圍內，將EMP和極端GMD事件納入國家應急準備場景和演習中；②不晚于2020年6月19日，制訂相關計劃和程序，以協調對EMP和GMD事件的響應與恢復；③不晚于2020年12月21日，開展全國性演習，以測試國家對EMP或極端GMD事件的影響所作的準備和響應。④維持一個應急信息系統網絡，該系統可在EMP或GMD事件發生之前(如果可能)、期間及之后向公眾發布適當的緊急信息。

2.2.2 國民警衛隊相關條款

《2020財年國防授權法》還要求國民警衛局局長應與美國北方司令部司令協商，不晚于2020年9月30日向國會防務委員會提交一份“國民警衛隊和美國北方司令部為應對國土防衛與安全事件的能力”報告，要求該報告應包括各州/地區國民警衛隊用于響應國土防衛或安全事件，特別是多個州響應EMP事件的可支配資源清單，以及部隊的準備和資源狀態[8]。

3 當前美國關鍵基礎設施EMP防御政策簡析

進入新世紀以來，美國開始了新階段的EMP威脅評估。特別是針對國家關鍵基礎設施的EMP防御，美國國會對持續變化的國際環境、EMP防御態勢、美國面臨的問題進行了長達數十年的分析、評估，發布了數份具有影響力的報告，并提出很多具有針對性的建議和措施，美國政府也相繼頒布了一些戰略文件、指南、措施來推動EMP防御工作。時至今日，美國國家層面針對EMP威脅及其防御有了更為充分、全面的認識，陸續出臺了相關的政策、法律文件，進入了部署實施的新階段[1]。

3.1 重回“大國競爭”，強調俄、中核大國及恐怖主義威脅

2017年，特朗普政府發布了最新版美國《國家安全戰略》文件，2018年后又陸續發布了《核態勢評估》、《導彈防御評估》等報告，均指出世界重回“大國競爭”時代，視俄羅斯、中國為美國的主要競爭對手，強調俄中的核威脅，研發和部署低當量核武器，并降低了美國使用核武器的門檻：即包括但不限于美國及其盟國或伙伴的平民或基礎設施遭到攻擊的情況下，美國可能使用核武器[9]。美國“電磁脈沖委員會”也評估認為，當前美國面臨的EMP威脅主要來自于俄羅斯、中國為代表的核大國，擁核的小國如朝鮮，非國家行為體(核武裝恐怖分子等)，以及其他敵對勢力。因此，不難看出，當前美國出臺的EMP防御政策無疑是基于以上判斷和認識，是應對“大國競爭”環境下EMP威脅的必然結果。

3.2 將關鍵基礎設施的EMP防御納入國家安全戰略，確保美國競爭優勢

近年來，為指導和應對EMP威脅，形成國家層面的防御政策，美國政府頒布了多個頂層文件，逐步落實EMP防御工作，如美國能源部、國土安全部等聯邦機構自2016至今，先后頒布了《電磁脈沖恢復力聯合戰略》[10]、《電磁脈沖恢復力行動計劃》[11]、《電磁脈沖和地磁擾動的防護與應對戰略》[12]、《關鍵基礎設施和設備的電磁脈沖保護與恢復指南》[13]、《提升電磁脈沖恢復力的研發需求》[14]等全局性、戰略性、指導性文件。這些文件、政策及舉措表明，美國已將關鍵基礎設施的EMP威脅防御納入了國家安全戰略，將舉全國之力，政府與私營部門共同應對EMP威脅，這將成為美國重回“大國競爭”態勢，確保美國絕對優勢的一項重要保障。

3.3 對EMP威脅與防御的認識達到新高度，有政策、法律保障，管理體系完善

當前，美國頒布針對關鍵基礎設施的一系列EMP防御政策，絕不是一蹴而就，而是在近20年里，經歷了國會、政府、行業部門、科學界等長期評估、爭論與磨合。這表明美國國家層面針對EMP威脅與防御的認識達到了高度一致，形成了國家意志，相關工作也有了法律保障，能夠按照規定例行實施。這對于制定統一、可執行的國家行動計劃至關重要。相關政策明確了參與部門或負責人的職責及相互關系，強調政府機構間、公私部門間的合作，鼓勵信息與技術共享，推動商用EMP技術標準制定工作，形成了政府統一領導、眾多部門參與、分工負責、協調組織、推動落實的局面，逐步建立健全了EMP防御工作的國家組織管理體系，保證了EMP防御工作能夠有效實施。

3.4 EMP防御政策全面、工作時間線明確

當前美國的EMP防御工作“威脅評估、技術研發、響應及恢復”的綜合策略，保證了相關部門和負責人對EMP威脅有充分的認識，從而在EMP威脅事件發生前能夠采取加固技術積極預防，并做好應急準備，進而在遭遇EMP威脅損害后能夠迅速響應并從中恢復。相關政策要求涉及整個EMP威脅事件的前前后后、應急場景的方方面面，且對很多具體工作給出了明確的時間節點，預計美國將在2032年前最終形成全面的關鍵基礎設施EMP防御能力。

3.5 EMP防御基于已有知識積累，具有技術可行性和經濟可承擔性

美國在EMP研究領域有著很長一段歷史，并取得了豐富的成果，特別是美國國防部在分析EMP效應與威脅、建模與仿真、開發加固技術、制定防護標準等方面一直走在世界前列。美國完全有能力基于現有豐富的知識與技術積累，開發用于關鍵基礎設施的EMP防御加固技術。當前政策也確保了政府能夠在打破僵局、界限，充分利用現有技術開發加固技術，以縮短相關技術研發時間，降低成本。

4 啟示建議

4.1 準確把握當前國際環境與形勢，充分認識EMP威脅在當前大國競爭環境中的影響

近年來，前特朗普政府提出“重回新任總統拜登對中俄的強硬態度‘大國競爭’”的戰略判斷，視中俄為最大威脅的論斷，勢必對未來國際環境造成深遠影響。同時，隨著美國國家安全戰略轉變，美軍已認識到，當前其使用的戰法在對付伊拉克、南斯拉夫這類缺乏頂級軍事能力與核武器的國家來說是非常有利的，但可能并不適用于冷戰后的大國競爭，特別是無法應對當前的中、俄威脅，因而謀求以綜合性的全面手段來應對大國競爭時代的大國對手[15]。于是，“混合戰[16]、“斷電戰”或“聯合軍種網絡戰[17-18]等概念相繼出現。對于EMP攻擊，美軍認為，EMP攻擊可能與網絡戰、物理攻擊等其他攻擊樣式相結合，成為一種革命性的新型作戰方式，并在其軍事理論、計劃和演習中有所體現和運用。

就EMP威脅而言，發動EMP攻擊，具有許多技術、作戰、戰略和政治上優勢。基于EMP威脅的特點，EMP攻擊可以彌補導彈在再入設計、精確度、射程、目標位置情報、附帶損傷以及導彈防御突防相關的技術和作戰問題。即EMP攻擊不用采取精確打擊，便可對敵方電子、電力系統與裝備造成大面積損傷，且不直接殺傷敵方人員，造成很小的附帶損傷，進而威脅到整個地區或國家的安全穩定，起到威懾作用。特別是在當前大國競爭環境中，EMP攻擊可能成為一種強有力的核威懾運用方式。

越來越多的事件表明，以大停電為典型特征的EMP攻擊發生的可能性逐步攀升。如，2019年3月和7月，委內瑞拉發生2次大范圍停電，均造成大規模交通擁堵，手機和網絡無法正常使用，學校、醫院、工廠、機場等都受到嚴重影響。委內瑞拉政府表示，停電是由美國方面發動的網絡和電磁攻擊造成的[19]。

因此，基于對當前國際環境與形勢的把握，必須從國家安全的角度，充分重視EMP威脅在當前大國競爭環境中的作用，深入研究EMP毀傷效應、攻防技術、作戰理論，提升對EMP威脅及其綜合影響的認識，并迅速采取措施，應對挑戰。

4.2 深入研究EMP威脅，將國家基礎設施的EMP防御納入國家安全體系

核武器效應是核武器運用中著重考慮的因素，EMP效應又是核武器效應中非常重要的部分。特別是，由高空核爆炸引發的HEMP，具有覆蓋范圍廣(半徑以千行米計)、攻擊強度高、破壞目標多的特點，是所有EMP威脅中最為嚴重的，能破壞廣大地理范圍內的電氣化、電網設備，使國家電網崩潰，引發大面積停電事故，使區域通信、金融、交通等國家基礎設施癱瘓，進而使國家經濟遭受巨大損失，引發社會混亂，甚至造成災難性后果。

當前，國家基礎設施的電氣化、網絡化、信息化、智能化程度越來越高，對EMP也越來越敏感，且國際核擴散威脅、導彈防御態勢不容樂觀，周邊國家發展核力量的勢頭不減，核攻擊風險、EMP威脅依然存在。美國等軍事強國高度重視基礎設施的EMP防御，從國家層面組織技術力量開展研究，通過立法保障工作推進，提高國家對EMP攻擊的響應與恢復能力，相關政策與措施值得借鑒和參考。

5 結束語

2016年，在網絡工作座談會上習近平總書記指出：“金融、能源、電力、通信、交通等領域的關鍵信息基礎設施是經濟社會運行的神經中樞……不出問題則已，一出就可能導致交通中斷、金融紊亂、電力癱瘓等問題，具有很大的破壞性和殺傷力。我們必須深入研究，采取有效措施，切實做好國家關鍵信息基礎設施安全防護。”[20]基于這一準確論斷，我們應當增強憂患意識，居安思危，深入研究EMP攻擊威脅，重視并落實關鍵基礎設施的EMP防御，這對于健全國家安全體系至關重要，是保證國家安全，落實國家總體安全觀目標的現實要求，是完善和發展中國特色社會主義制度，推進國家治理體系和治理能力現代化的有機組成部分[21]。