國外高功率微波武器發展研究

趙鴻燕 周麗

摘要：????? 高功率微波武器能干擾或損壞敵方重要傳感器， 毀壞關鍵電子元器件， 對雷達、 導航、 通信系統、 戰場感知系統等武器裝備有很大威脅， 是信息對抗中的重要攻擊武器。 目前， 高功率微波武器技術已成為國際上的一個研究熱點， 也是正在發展中的一項新概念武器技術， 美國、 俄羅斯、 歐洲防務局等都很重視高功率微波技術的研發和應用。? 目前， 美國在高功率微波源、 高功率微波發射和傳輸、 高功率微波效應和防護研究方面處于領先， 在高功率微波彈頭小型化、 波束精確控制方面取得重大突破。 俄羅斯在重復頻率脈沖功率源和高功率微波產生技術方面處于領先。 本文主要對美國、 俄羅斯、 歐洲防務局高功率微波武器發展情況進行了跟蹤研究。

關鍵詞：???? 高功率微波武器； 反電子系統高功率微波先進導彈； 高功率聯合電磁非動能打擊； 相位器； 靈巧波形射頻定向能； 高功率電磁彈藥

中圖分類號：??? ?TJ760? ??文章編號：??? ?1673-5048（2023）04-0042-07

文獻標識碼：??? A? ? DOI： 10.12132/ISSN.1673-5048.2023.0038

0引言

高功率微波武器可以是集成到導彈/炸彈平臺上的高功率微波彈， 也可以是集成到車輛、 艦船、 飛機或其他重要裝備上的可重復使用的高功率微波武器， 作為攻防武器進行電子戰、 戰略空襲作戰、 進攻型防空作戰、 戰場空中封鎖作戰、 攻擊和防御導彈、 無人機襲擊等。 與現有武器相比， 高功率微波武器具有速度快、 反應靈活、 附加損傷小等優點。

自20世紀70年代以來， 美國、 英國、 法國、 德國、 日本和蘇聯等競相開展了高功率微波源和高功率武器殺傷機理研究； 進入80年代， 高功率微波源理論取得突破性進展， 由微波源和效應牽引， 相關研究從實驗室階段轉向實用化階段； 90年代， 開始應用牽引的高功率微波研究項目； 21世紀， 逐漸向軍用平臺和進攻型武器的方向過渡。 美國一邊發展高功率微波技術， 一邊研制武器樣機， 并在試驗場演示驗證， 甚至用于戰場。 海灣戰爭中利用“戰斧”巡航導彈作載彈平臺投擲了實驗室的微波炸彈， 并在科索沃戰爭中再次用其對南聯盟實施信息打擊。 目前， 各軍事強國都已把高功率微波武器研制納入其國防戰略發展計劃中［1］。 高功率微波武器技術已成為國際上的一個研究熱點， 也是正在發展中的一項新概念武器技術。 美國、 俄羅斯、 英國、 法國等都很重視高功率微波技術的研發和應用。 本文重點對美國、 俄羅斯、 歐洲防務局高功率微波武器發展情況進行跟蹤研究。

1國外研究和應用情況

1.1美國

近年來， 現代武器裝備對電子系統的依賴性越來越高。 隨著高功率微波技術能量轉換效率不斷提高、 可靠性不斷增強， 高功率微波武器技術在戰場中的巨大應用潛力逐步顯現， 未來有可能改變常規戰爭模式， 這促使美國加緊發展以高功率微波武器系統為代表的顛覆性武器， 以保持美軍在全球的技術優勢。

配備高功率微波（HighPower Microwave， HPM）有效載荷的巡航導彈能夠產生微波輻射脈沖， 破壞或燒毀武器系統中的無屏蔽電子元件（如計算機、 目標截獲雷達和制導系統）。 與攜帶子彈藥的動能武器相似， 裝有HPM戰斗部的巡航導彈每枚可以攻擊多個瞄準點。 與動能武器不同的是， 只要有燃料維持飛行和有電池能量產生HPM脈沖， HPM巡航導彈就可以持續對目標產生影響， 通過攻擊一些脆弱的電子元件來使其失效。 其也可以作為干擾機、 誘餌和動能武器混合編隊的一部分來發射， 從而提高精確打擊系統的整體生存能力。 HPM武器的非動力學效應使其可最大限度地減少附帶損害的產生。 近期技術已經成熟到可支持HPM武器的采購［2］。 高功率微波巡航導彈攻擊演示， 如圖1所示。

HPM武器能在極短的時間（大概幾微秒）內對來襲威脅造成預期的影響， 如導致空中威脅碰撞毀壞或組件降級， 從而阻止威脅到達或殺傷特定目標。 可在一輪齊射中打擊更多威脅。 繼“反電子系統高功率微波先進導彈項目”（CounterElectronics HighPower Microwave Advanced Missile Project， CHAMP）之后， 美國國防部正在投資“高功率聯合電磁非動能打擊”（HighPower Joint Electromagnetic NonKinetic Strike， HiJENKS）項目， 以尋求更實戰化的CHAMP型武器。 未來防御作戰用的HPM武器可以同時擾亂或破壞波束內的多個無人機， 并可快速移動波束對抗從不同方向來攻擊基地的無人機蜂群。 HPM武器甚至比目前的面空動能攔截彈有更大優勢。 面空導彈對抗小型高機動無人機時的殺傷概率比較低， 而且消耗1枚動能攔截彈來對付蜂群中的每一個低成本無人機代價過高。 美國國防部計劃在下一個5年內裝備作戰型HPM定向能武器， 未來HPM能力可應對大量巡航導彈、 無人機以及其他針對美國基地的威脅［3］。

1.1.1美國空軍/陸軍/海軍

2017年， 美國空軍參謀長簽署了定向能飛行計劃， 促進空軍機載高能激光器和高功率射頻武器的研發和部署［4］。 2018年10月， 美國空軍研究實驗室（Air Force Research Laboratory， AFRL）發布了“機載定向能”概念的信息征詢書， 要求激光或微波武器在防御面空導彈和空空導彈的同時， 也有能力精確打擊地面目標［5］。 2019年7月， AFRL發布了機載吊艙自衛系統的信息征詢書， 要求該吊艙必須能容納10枚微型自衛彈藥或者1個高能激光武器/高功率微波系統［6］。 2021年， AFRL發布了《定向能未來2060——對美國國防部未來40年定向能技術的展望》報告， 對未來40年包括高能激光武器和高功率微波武器在內的定向能武器的發展和應用進行了預測， 報告認為定向能武器的發展和應用， 無論是現在還是不久的未來， 對軍事行動的成功都至關重要［7］。

美國陸軍對用于其“間接火力防護能力”（Indirect Fire Protection Capability， IFPC）項目的高功率微波武器很感興趣， 希望購買美國空軍開發的系統， 從而避免重復工作， 并提高規模效率和降低成本。 針對日益加劇的無人機系統威脅， 美國陸軍在開展高功率激光武器研究的同時， 準備購置AFRL的戰術高功率微波作戰響應器（Tactical HighPower Operational Responder， THOR）裝備， 形成高效多層次/多裝備防御網絡［8-9］。

美國海軍領導的HiJENKS項目， 得到AFRL的支持， 目的是開發一種可以從飛機上發射的微波武器。 據報道， 該武器由改進的AGM-158B“增程型聯合防區外空面導彈”（JASSM-ER）攜帶， 很可能是早期美國空軍CHAMP的演變［8］。

（1） 反電子系統高功率微波先進導彈項目（CHAMP）

2008年， 美國開始研制基于巡航導彈的高功率微波武器系統， 即CHAMP。 該項目由AFRL、 波音公司、 雷神公司以及桑迪亞國家實驗室共同推進。 2015年3月， 雷神公司開始CHAMP戰斗部與AGM-86空射巡航導彈的集成工作［10］。

2019年， 據美國航空航天軍事網站報道， 美國空軍計劃為B-52“同溫層堡壘”轟炸機至少裝備20枚CHAMP， 導彈射程達到1 127 km， 可以低空姿態進入敵方領空， 通過產生的高功率微波能量脈沖， 摧毀被導彈瞄準的敵方計算機芯片和任何電子設備。 報道稱， CHAMP微波束甚至可以攻擊掩體內的設施， 而不會對里面的任何人造成傷害。 當軍事目標處于地下掩體中時， 高功率微波可通過電力電纜、 通信電路及天線對目標設備造成破壞。 此外， CHAMP還可以摧毀戰斗機、 坦克、 導彈和艦船等目標［11-12］。 美國CHAMP測試彈如圖2所示。

（2） 高功率聯合電磁非動能打擊（HiJENKS）

美國海軍和空軍聯合開展的HiJENKS項目正在開發一種可以與先進空基平臺集成的多任務先進高功率微波有效載荷［2］。 這種由飛機發射的先進HPM武器， 利用波形和頻率可變的電磁能量， 對敵方電子、 通信和計算機網絡實施攻擊［8］。

美國海軍研究辦公室發布的2017年海軍空戰武器項目指南中， 把HiJENKS列入未來海軍火力和實時精確打擊武器， 如圖3所示。 HiJENKS將研發最先進的HPM系統和組件， 重點是開發包括主電源、 功率調節、 射頻源和天線在內的新型HPM組件技術和目標毀傷技術。 美國海軍與空軍聯合研發共同促進HPM技術的成熟并加速定向能武器的發展。 HPM武器產生的電磁能量直接通過發射/接收組件（如天線）或者孔洞/電纜入口（如裂紋、 縫隙、 外部電線）耦合到電子目標中。 引入目標電路的電流和電壓會導致錯誤信號、 系統鎖死、 關機、 系統間通信中斷和物理損壞。 HiJENKS項目研發過程中， 將通過目標毀傷性預測武器效應， 研究高功率射頻耦合機制， 進行建模和仿真以及試驗驗證；利用主電源、 電源電子設備和高壓脈沖功率轉換方面的進步來提高脈沖重復頻率；采用高功率、 低剖面/共形天線設計和天線罩材料；進行電子戰損評估和指示；開發射頻源（真空和固態）， 增大輸出功率， 提高脈沖重復頻率以及頻率可調性（針對毀傷效應）， 最終研制出一種非動能多重發射多目標電子攻擊武器［13］。 2020年2月， 美國國防部發布的海軍2021財年預算文件中透露， 將對系統軟件、 任務規劃、 環境適應性進行分析， 并啟動平臺集成工作［14］。

AFRL計劃從2017財年至2021財年給HiJENKS項目投入1億美元， 針對CHAMP存在的作戰應用問題、 多目標適應性等問題開展進一步研究［15］， 如圖4所示。

（3） 高功率電磁彈藥（HPEM）

HPEM電子戰因為可增強反導和電子戰能力而引起美國空軍定向能部的關注［17］。 美國空軍目前正在開展相關HPEM項目， 為定向能武器、 網絡戰、 電子戰、 電子殺傷武器、 能源電子設備和天線開發高功率電磁技術。 2016年4月， AFRL發布HPEM項目的能源和天線征詢書（BAA-RVKD-2014-0003）， 要求工業界開發未來高功率微波武器和其他空天防御裝備上用的能源和天線技術， 主要研制寬帶高功率放大器、 可調高功率振蕩器及寬帶天線。 這些組件和分系統可用于不同規格軍用平臺的射頻效應武器上， 涉及各種頻率、 脈沖長度、 脈沖重復頻率和功率密度。 研發工作包括分析、 仿真、 開發設計圖、 組件構建、 系統裝配和實戰檢驗、 真空二極管和微波電路等真空電子設備及HPEM載荷、 干擾和天線研制。 該項目研發周期到2019年， 經費約1 200萬美元［18］。

（4） 戰術高功率微波作戰響應器（THOR）

AFRL主導開發的THOR是一種用于保衛美國空軍基地免遭小型無人機攻擊的微波武器系統， 如圖5所示。 其由一個發電機驅動， 通過高功率微波對無人機實施電子攻擊使之失效， 可儲存在集裝箱內由C-130空運， 在幾個小時內2～3人可完成裝卸， 控制系統能直接裝在移動電腦端， 天線也能進行360°水平旋轉和上下移動以打擊不同方向無人機。 THOR系統由AFRL、 BAE系統公司、 Leidos公司以及VerusResearch公司聯合開發。 2019年初， 美國空軍對該系統測試后將在白沙導彈靶場進行實戰演示。 據稱該技術開發歷時18個月、 總成本約1 500萬美元［8， 19］。

（5） 相位器（Phaser）

2018年3月， 雷神公司和AFRL在俄克拉荷馬州西爾堡的美國陸軍卓越火力中心進行了定向能反無人機演示驗證。 在演示驗證過程中， 雷神公司的“相位器”高功率微波系統， 每次攻擊可擊落2～3架無人機， 共擊落了33架無人機［20］， 如圖6所示。 2019年9月23日， 美國空

軍授予雷神公司一份價值1 620萬美元的合同， 用于開展“相位器”系統的外場試驗［3］。 該系統通過電場效應來破壞或永久摧毀目標飛機的電子設備。 這與利用光纖激光器發射窄光束來摧毀單個目標的高能激光系統不同。 高功率微波系統的寬波束與雷達相似， 可用來同時打擊多個無人機， 能有效應對無人機蜂群攻擊。 目前“相位器”系統的射程保密［21］。

1.1.2美國導彈防御局（Missile Defense Agency， MDA）

定向能武器也可以在防御高超聲速武器方面發揮關

鍵作用。 目前部署的彈道導彈防御系統無法有效防御這些非彈道導彈威脅， 需要采用一種體系方法進行防御， 而高能激光和高功率微波等定向能武器的光速交戰（響應和追蹤速度比動能武器快很多）、 超大容量“彈艙”（僅受供電系統和再生電力的限制）、 “隱形”性能（光束安靜且不可見， 難以探測或攔截）、 精確定位能力、 單發成本比傳統彈藥低等特點， 使其可以在高超聲速武器防御方面發揮重要作用［7］。 2020年2月， MDA向國會遞交了2021財年無資金支持的優先事項列表， 其中包括非動能武器特別是微波技術的開發。 MDA表示將增加9 000萬美元資金用于發展定向能技術， “使微波系統結構和系統級設計評審能支持高超聲速防御用的非動能選項。 生產定向能毀傷致命性模塊原型。 ”高功率微波系統作為MDA為“高超聲速防御武器系統”（Hypersonic Defense Weapon System， HDWS）選擇的五種潛在攔截器技術之一， 于2019年進入概念定義階段。 2020年9月24日， MDA授予雷神公司一份價值970萬美元、 為期15個月的合同， 用于推進之前開始的高超聲速防御武器系統概念研究和建造微波技術試驗臺。 雷神公司將改進基線設計， 評估擬采用的先進技術， 為未來潛在的高功率微波防御系統試驗制定計劃。 2020年底， MDA正式啟動“區域滑翔段武器系統”（Regional Glide Phase Weapon System， RGPWS）項目， 以開發高超聲速防御攔截器原型。 MDA通過HDWS與RGPWS項目開發高超聲速防御動能選項的同時， 仍對未來高超聲速防御的非動能選項很感興趣， 因此， 美國國防部希望通過“微波技術試驗臺”項目， 促進高功率微波防御能力的成熟［22-23］。

1.1.3美國國防預先研究計劃局（Defense Advanced Research Project Agency， DARPA）

2021年2月26日， DARPA微系統技術辦公室發布了“靈巧波形射頻定向能”（Waveform Agility RadioFrequency Directed Energy， WARDEN）項目廣泛征詢公告， 主要研究內容包括： （1）穩定、 高功率、 寬帶放大器研究；（2）目標復雜外殼電磁耦合預測理論與計算工具研究；（3）用于實戰的高功率微波武器靈巧波形技術。 通過開發硬件、 理論與計算模型， 提升高功率微波武器后門攻擊的作用范圍與效能。 項目預計于2021年10月開始， 為期48個月， 經費投入大約5 100萬美元。 相比AFRL的CHAMP， DARPA的WARDEN項目更加注重高功率微波武器技術的基礎問題， 對作用機理和過程進行建模與仿真， 擬設計出最優波形， 降低功率需求、 提高多目標適應性， 以解決作用距離不夠、 效果不穩定的問題。 該項目預期目標實現后， 將會大大提升高功率微波武器的戰場能力和實戰化能力［15］。 高功率微波武器作戰示意圖如圖7所示。

1.2俄羅斯

俄羅斯無線電電子技術集團（KRET）研制的“克拉蘇哈”（Krasukha）系列電子戰武器包括兩個型號： “克拉蘇哈”-2和“克拉蘇哈”-4系統。 “克拉蘇哈”-2是一種車載高功率微波干擾系統， 主要用于對抗空基雷達， 可以在上百千米外對預警機實施干擾， 2014年提前交付俄羅斯軍隊使用。

“克拉蘇哈”-4是“克拉蘇哈”系列最新的電子壓制和防護系統， 能夠對抗美國E-8C類戰場監視機、 “捕食者”無人偵察攻擊機、 “全球鷹”無人戰略偵察機， 甚至包括“長曲棍球”系列偵察衛星， 2016年10月在敘利亞Hmeymim基地部署。 “克拉蘇哈”-2和“克拉蘇哈”-4聯合作戰使用， 可覆蓋數百公里的區域， 已用于2014年的烏克蘭沖突和2015年的敘利亞戰爭［25］。

俄羅斯也在研制用于干擾、 壓制無人機的高功率微波武器系統。 俄羅斯國有防務公司研發的新型微波武器超高頻微波炮系統可實現對半徑10 km內無人機的電子設備360°全方位軟殺傷， 使其無法實現對地理坐標的精準定位， 還可對制導武器系統以及無人機電子設備進行干擾［26］。

此外， 俄羅斯正在為其第六代無人作戰飛機研制微波武器， 計劃采用有人飛機控制無人機群的方式， 對數十公里內的敵機進行干擾。 2020年， 俄羅斯開展了新型無人機載高功率微波武器樣機的地面試驗， 對空中目標的有效作用距離達到7～8 km， 最遠可達10 km。 目前該武器仍面臨體積大和瞄準精度不夠高等問題， 未來可能會圍繞微波源輕小型化、 強電磁兼容、 波束跟瞄等方面開展研究［14］。

1.3歐洲防務局（European Defense Agency， EDA）

2020年10月1～2日， 來自EDA的10個成員國以及挪威和瑞士的至少77位專家參加了EDA組織的線上研討會， 評估和討論HPEM的技術和作戰問題， 如圖10所示。 這次研討會是EDA正在進行的HPEM研究工作的一部分， 各國國防部、 學院、 研究和技術組織以及工業界的代表們分享了各自的觀點和立場， 這些思想后期將引入EDA的研究中。 首次研討會的第一個切實的成果是建立了歐洲的HPEM專家網， 以便于各國國防部和EDA開展后續活動。 第二次研討會計劃在2021年春天進行， 重點是討論、 確認、 補充HPEM概念和作戰場景， 以及從用戶的觀點確定HPEM需求［24］。

EDA的HPEM研究項目旨在對HPEM概念、 工作原理和關鍵組件進行全面梳理。? 該項目將評估發展摧毀未來戰場上機載系統電子設備的HPEM所面臨的關鍵技術差距和挑戰。 此外， 還對歐洲在該領域的供應鏈能力進行總覽。 也建議軍方用戶如何在未來作戰中最大化受益于HPEM。 最后， 該項目還將幫助更好地了解裝有電子設備的軍用系統易受HPEM攻擊的情況， 以及確定需要進行哪些改進來提升面臨HPEM威脅的未來軍用設備的性能。 現代軍用設備非常依賴先進電子系統， 其大大優化和增強了探測、 識別、 通信、 交戰和防護等關鍵功能。 但是， 防御設備中大量電子設備的使用也使軍力更容易受損， 特別是面對電磁脈沖威脅的時候。 EDA正在進行的HPEM研究將使各成員國國防部了解新的HPEM概念——通過削弱大量關鍵任務設備中的重要電子元件來破壞戰場上的軍用設備。 此類HPEM能摧毀或破壞許多作戰場景中的電子系統。 在這些作戰場景中， 電磁脈沖或電子戰戰斗部可集成到導彈、 彈藥和子彈藥或者無人機上， 提供常規戰斗部無法實現的能力。 德國弗勞恩霍夫應用研究促進協會（Fraunhofer-Gesellschaft）（其代表為弗勞恩霍夫技術趨勢分析協調研究所和弗勞恩霍夫高速動力學研究所）被授予合同進行該研究。 項目預計為期18個月， 從2020年4月底到2021年10月底［24］。

2啟示及建議

（1） 美國、 俄羅斯、 歐洲防務局等在大力發展定向能技術的背景下， 都開始大幅提高經費投入推進高微波武器研發。 美國目前的高功率微波武器， 如CHAMP、 HiJENKS、 Phaser、 THOR基本完成第一階段工作。 在EDA的牽引下， 歐洲各國國防部、 學院、 研究組織以及工業界正在研究HPEM的相關技術和作戰問題， 計劃將電磁脈沖或電子戰戰斗部集成到導彈、 彈藥和子彈藥或者無人機上， 用于摧毀或破壞戰場中的敵方電子系統。 俄羅斯 “克拉蘇哈”系列電子戰武器已經服役， 新一代戰斗機載高功率微波武器正在加緊試驗。

（2） 目前高功率微波技術及其武器化應用所需各項關鍵技術已經取得重大進展， 接下來主要是解決部分關鍵系統體積龐大， 能量轉換效率不高， 搭載在巡航導彈、 無人機等小尺寸作戰平臺時， 輸出功率較小， 導致作戰距離較近等問題。 未來， 高功率微波技術將朝著小型化、 陣列化、 高重頻化方向發展。 在推進傳統應用的同時， 不斷拓展應用領域， 加強空基、 海基、 天基平臺的適裝性研究， 推進對反空間目標、 臨近空間目標和反無人蜂群的應用研究。

（3） 高功率微波武器既可以損傷各類信息傳感器， 實現信息致盲；也可以毀傷通信、 數據鏈設備；還可以擾亂計算機網絡及武器控制單元， 并具有人員非致命、 光速攻擊、 攻擊波束面覆蓋等能力， 因此在空間攻防對抗、 信息對抗和反精確打擊等方面具有巨大的軍事應用潛力。 作為未來戰爭的一種重要的電磁打擊手段， 必將引發電子戰領域的深刻變革。 同時電子戰的不斷發展也會牽引高功率微波武器快速走向應用， 為微波定向能提供更多的作戰經驗、 任務規劃、 交戰規則、 目標確定和效應評估等， 從而確保高功率微波武器更加適應未來的戰場條件。

（4） 高功率微波武器可能成為未來戰場電子電氣設備以及武器裝備的重要威脅， 為提升導彈裝備在未來戰場應對高功率微波攻擊的能力， 需綜合考慮導彈器件指標、 彈道特點等多方面因素， 分析微波攻擊能量對導彈敏感器件/電路的各種耦合通道， 進而開展機載高功率微波武器攻擊導彈的作用機理與毀傷模式研究， 分析高能微波效應對導彈的作用途徑， 為導彈的毀傷防護及主動反高功率微波攔截技術研究奠定基礎。

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Research on the Development of HighPower Microwave Weapon Abroad

Zhao Hongyan1*， Zhou Li2

（1.China Airborne Missile Academy， Luoyang 471009， China;

2.Space Star Technology Co.，Ltd， Beijing 100096， China）

[HT]Abstract： As an important attack weapon in information countermeasures， highpower microwave weapon can interfere with or damage important enemy sensors， destroy key electronic components and pose a great threat to radar， navigation， communication systems， battlefield awareness systems and other weapon equipments. Now highpower microwave weapon technology has become a research hotspot in the world and also a new concept weapon technology under development. the US， Russia and European Defense Agency attach great importance to the development and application of the technology.? Currently， the US is a leader in research on highpower microwave sources， highpower microwave emission and transmission， highpower microwave effects and protection. A major breakthrough has been made in miniaturization of highpower microwave warhead and accurate beam control. Russia is leading the way in repetition frequency pulse power sources and highpower microwave generation technology. In this paper， the development states of highpower microwave weapons of US，? Russia and European Defense Agency are investigated.

Key words： highpower microwave weapon；CHAMP；HiJENKS；phaser；WARDEN；HPEM