艦載新型物理類非致命性武器原理及應用研究

張玉強，秦立國

（1.武警海警學院艦艇指揮系，浙江 寧波 315801；2.上海工程技術大學數理與統計學院，上海 201600）

隨著各國對海洋權益的日益重視，海上爭端已成為世界上大多數國家所面臨的共同挑戰。艦載非致命性武器作為新概念武器的一類，在未來海上沖突中扮演的角色越來越重要，因其不會直接造成人員死亡、裝備毀滅和生態環境的破壞，而是通過特定的技術手段導致目標人員或設備喪失戰斗力，從而達到“不戰而屈人之兵”的目的。當前，隨著新的作戰理論與作戰形態不斷出現，非致命戰爭已成為未來戰爭的重要形式，融合了高新技術的艦載非致命性武器在未來海戰中所發揮的作用越來越重要。

1 物理類非致命性武器的發展

“非致命性武器”的概念首先是由美軍于20 世紀90 年代提出。一般認為，非致命武器是指通過對聲、光、電、磁、生物、化學等能量的釋放與轉換的控制，使人或裝備自身的某些功能受到破壞，從而失去抵抗能力的新型武器。其目的是使目標人或物迅速喪失能力，同時最大限度的減少死亡人數、減少對人產生永久性傷害及對環境造成不良影響。按照不同的標準，非致命性武器的分類也各異。

按學科分類，有物理類、生物類、化學類、心理類等非致命性武器（如圖1 所示），其中物理類非致命性武器是指利用力、熱、電（磁）、光、聲等原理進行研制的非致命性武器，其占比最大，應用最廣泛，發展潛力也最大。

圖1 非致命武器按學科分類結構圖

按作用目標的不同，物理類非致命性武器又可分為反人員物理類非致命性武器和反裝備物理類非致命性武器，如表1 所示。

表1 物理類非致命武器分類表

2 新型物理非致命性武器工作機理及應用場景分析

隨著科技的發展，新型非致命性武器早已超越了橡膠子彈、潤滑劑、染色劑、鐵絲網和黏性泡沫等傳統非致命性武器的范疇。其中新型非致命性武器中，以物理類為主，具有更強大的對峙能力、更長的持續時間、更多功能性和選擇性。特別是定向能武器被廣泛運用到多種無人、載人設備中，在多域化混合化戰爭和沖突中起著重要的作用，定向能武器能夠在大氣中以很小的立體角傳輸能量，利用高熱、電離、輻射等綜合效應對目標實施瞬間打擊，而且具有速度快、響應快、精度高、附帶傷亡小等特點。2021 年，美國發布的《防御入門：定向能武器》報告中指出了定向能武器對美國國防安全起的關鍵作用，其主要包括激光武器、微波武器、粒子束武器等。

2.1 非致命激光武器

激光武器是利用激光束直接使目標毀傷或失效的一種定向能武器，通常是指通過將激光束作用于目標人員，使其作戰能力喪失或降低而不造其死亡和嚴重傷害的“人道 性”武器。自20 世紀60 年代世界上首臺激光器誕生以來，由于其輸出能量有限，主要用于激光制導、激光通信、激光測距、激光雷達等方面。特別是近幾十年來，隨著激光輸出功率的提高，多種類型的激光武器系統在結合戰術應用需求的系統綜合能力驗證上不斷取得突破，一般分為高能激光武器（平均功率輸出不小于20kW 或每個脈沖能量不小于30kJ）、低能激光武器（平均功率輸出小于20kW 或每個脈沖能量小于30kJ）兩大類，后者屬于非致命激光武器（主要包含激光干擾和激光致盲武器兩類）。因為激光具有單色性好、方向性好、相干性好、亮度高、頻譜寬且可調性等特點，低能激光武器頻率可調諧，有簡單的對抗措施，其毀傷效果除了能夠通過照射人眼，使視網膜出血導致致盲外，還可以對人的皮膚或探測器的光學系統出現熱損傷或物理損傷（表2）。

表2 非致命激光武器工作機理

反人員類激光武器工作時，主要通過對武器的激光參數控制，使激光束作用于人眼造成眩暈、視力下降、短暫失明等“軟殺傷”。低能激光武器，利用激光的等離子效應產生的炫目閃光和強烈的沖擊波，可使目標人員暫時眩暈和喪失行為能力。艦載非致命激光武器還可以實現直接癱瘓地方艦艇上的發動機及電子系統。美國海軍陸戰隊所裝備的激光炫目器，其實現“軟殺傷”的距離可達4km；美國海軍陸戰隊正在研究新型“視覺中斷設備”，該設備基于激光技術，將人眼安全的測距儀和致眩激光有機結合，在任意距離內，可以自動將發射的激光能量調節到可以允許的最大值以內，避免造成不可逆的損傷。目前，正在開發一種節能的、輕便的超短脈沖激光系統，該系統能夠誘導產生可持續和可控的等離子體，拓展了非致命全譜效應的范疇。英國對非致命性武器的研究一直非常重視，也是最早在實戰中利用的國家，在1982 年英阿馬島海戰中，就用激光眩目瞄準具，使阿根廷軍機損失慘重，英國研制的新一代艦載激光致盲武器，已實現了對目標自動跟蹤和瞄準，所發射的激光束利用自身的瞄準系統，可以實現對2km 外的違法或侵權船只進行視覺警告，距離靠近時可以使目標船只“致盲”，其武器的殺傷效能將大打折扣；英國BMS（英國大不列顛海事安全）公司所研制的已裝備軍事及執法部門的SMU-100 型激光炫目槍，其發射的強光不同于常規激光武器所發射的集中光束，而是具有持續掃描或跳動的特點，從而致使目標船只無法靠近目的地。俄羅斯對激光武器的研制和應用也處于較高的水平，其波長居于635 ～660nm 之間的紅光激光器，多人操作的該種激光器可以輕松破壞敵方艦艇上的電子系統和發動機；在俄烏沖突中，俄羅斯使用的新一代“尋釁者”激光武器，對5km 內的烏克蘭無人機造成了很大的威脅。

2.2 微波武器

微波武器又叫射頻武器或電磁脈沖武器，由微波發生器、定向發射天線以及伺服控制系統等組成。它是利用高能量的電磁波輻射去攻擊和毀傷目標的武器。微波武器與激光、粒子束武器相比，其波束寬得多，作用距離更遠，受氣候影響更??；波長較短（1mm ～1m）的高頻電磁波，具有抗干擾性好、傳播速度快、穿透力強等特點。

微波武器的工作機理，是基于微波與被照射物之間的分子相互作用，將電磁能轉變為電能，其特點是不需要傳熱過程，一下就可讓被照射材料中的很多分子運動起來，使之內外同時受熱，產生高溫燒毀材料。早在20世紀80 年代，英國就開始微波技術的研發，成效卓越，其所研制的微波彈使其非致命性武器的代表之一，其爆炸時能夠釋放出巨大的電磁波威力。目前，最具有代表性的是美國研制的是“主動拒止系統”的非致命微波武器，并在第二次海灣戰爭中投入使用，保護安全區域。該系統主要用于對人的攻擊，從而控制人群。主動拒止系統的工作頻率為95GHz，發射功率為100kW，一般由電源、微波電磁輻射和天線三部分組成，其主要工作原理是利用安裝在天線組件上的微型攝像機和熱敏成像儀獲取目標后，通過打開控制觸發器，發出微波能量射束，由于微波輻射效應能使人產生強烈的不適感，從而迫使目標人員終止行動，甚至遠離爭議區。因為該系統所發射的微波能量對人體皮膚的穿透深度僅僅約為0.40mm，當系統的控制觸發器關閉或遠離輻射范圍之外時，癥狀會立即消失。目前正在研發的無線頻率船舶攔截器，即通過發射高功率的微波有效載荷，能夠遠程干擾目標船只電力控制電腦，造成電力系統發生故障而停止在海上的違法侵權行為；該攔截系統采用非接觸式阻停目標船只，具有設置隱蔽、非接觸式逼停艦船、海上執法風險低等特點，而且該系統采用模塊化設計，能夠根據實際情況而快速集成；借助艦載平臺，能夠實現機動部署，增強應對各類海上違法犯罪、打擊海盜及恐怖活動等的處理手段。此外，高功率微波武器以其作戰速度“快”、攻擊范圍“廣”、軟硬殺傷“兼”的優勢在應對無人機襲擾方面擁有越來越高的研究和應用價值。

2.3 聲學類非致命性武器

聲波非致命武器作為非致命武器重要的組成部分，近年來，也得到了快速的發展，使用 聲波武器進行非致命打擊削弱敵對人員的作戰能力已經成為一種極具潛力的新型作戰方式。艦載聲學類非致命性武器主要包括強聲波武器、超聲武器、次聲武器、噪聲武器等。目前，強聲波武器已廣泛列裝在艦艇上，它發出的強聲波足以威懾來犯者，距離越靠近，威懾效果越顯著。美國近年來一直致力于大功率遠距離聲波傳輸裝置的研制，并且早在2000 年10 月美國海軍科爾號軍艦遭到小船自殺式攻擊后就開始進行研發，并在此基礎上構建了一整套實驗及測試系統。聲波武器主要包含超聲波武器、次聲波武器及噪聲武器，2020 年5 月，美海軍研制的聚焦增強型聲學驅動技術，能夠實現遠距離警告及呼救能力，并通過向船只駕駛人員提供可理解的語音命令實現攔截功能。人耳能聽到的聲音頻率區間為20 ～20000Hz，超聲波是指頻率超過20000Hz 的聲波，隨著科技的不斷發展，現在已經能夠產生上千兆赫的超聲波。

艦載超聲波武器所產生的高頻聲波，是一種含有疏部和密部的振動波，在液體中傳播時會使相互作用的液體收到拉伸或壓縮，當超聲波的強度達到一定程度時，液體就會發生斷裂，特別是在含有雜質和氣泡的地方，會產生空穴，在聲波壓縮階段，這些空穴就會被壓縮崩潰，即超聲波在液體中傳播是會引起空化作用。因為超聲波頻率高、衍射現象不明顯，以及在液體中的空化作用，其具有方向性好、穿透力強（超聲波雖然在氣體中衰減嚴重，但是在液體和固體中衰減很小）、熱效應明顯（介質的吸收系數隨波的頻率增大而增大，頻率越高，熱效應越明顯）等特性。非致命超聲波武器主要是利用其定向傳播能力和穿透能力的物理特性。入射到目標人員的的超聲波能量部分被吸收和轉化為機械壓力，會導致視覺模糊、惡心等生理反應，從而迫使對方艦艇或潛艇行動終止或退出相關區域。

次聲波武器的研究可追溯到20 世紀70 年代，當時法國研發的首臺次聲波發生器對在5000m 外的人員產生傷害。次聲波的頻率低于20Hz，雖然人耳感覺不到，但是次聲波武器對人的傷害卻巨大，被稱為“無聲殺手”。次聲波武器所利用的基本物理原理就是共振，即某系統的受激頻率與該系統的固有頻率相接近時，系統振幅顯著增大，兩頻率值相等時，振幅最大。因為人體主要器官的固有頻率在3 ～17Hz，如果大功率次聲波作用于人體，就會引起劇烈震動，當兩者頻率相近或一致時，就會產生共振，受攻擊者會產生頭暈、惡心、呼吸困難、神經錯亂、甚至因血管破裂而喪命。次聲波武器具有穿透力強、傳播速度快、隱蔽性好、作用距離遠等特點。艦載次聲波武器有助于作戰效能的提高，除了能攻擊海面上的艦艇外，對處于深海中的潛艇、戰斗海豚、水下蛙人等也同樣有很大威脅，在未來海戰中，次聲波武器將會發揮重要作用。

次聲波非致命武器根據發射頻率及作用于人體部位不同，可分為以下兩類（表3）。

表3 非致命次聲武器對人體的作用

噪聲波武器主要是借助所發出的一種定向的噪聲波，達到在較短的時間內麻痹對方聽覺或中樞神經，甚至昏迷狀態。按作用距離分，現代噪聲武器分為近距離和遠距離兩種。美國研制的聲束槍是近距離噪聲武器的代表，其產生的140dB 以上的聲束，作用距離可達100m能使對方人員聽覺失靈或身體失去平衡；按照投放方式的不同，遠距離噪聲武器可分為三種，如表4 所示。

表4 非致命遠距離噪聲武器分類

3 物理類非致命武器的發展前景

2018 年《美國國防戰略》中指出，未來的行動環境將是一個競爭連續體（圖2），在這種論述背景下，于2020 年提出“中間打擊能力”這一術語，為非致命武器的進一步發展提供了根本指導，明確了非致命武器的使用范疇。

圖2 競爭連續體示意圖

全球海洋總面積達3.6 億平方公里，占總面積的70.8%，海洋自古以來是在人類發展的過程中角逐的重要領域。近年來，隨著對海洋資源的不斷開發利用，人類愈加重視對海洋的戰略地位的提高，圍繞海洋利益和海洋權益展開的競爭和斗爭日趨激烈，海上爭端已成為世界上大多數海洋國家所面臨的共同挑戰，任何一方都“寸土必爭、一島不讓”，非致命武器的應用，彌補了無傷害與致命性傷害之間的灰色地帶，當今世界海上安全形勢復雜多變，傳統安全威脅與非傳統安全威脅相互交織，小規模摩擦事件頻發，尤其是在海上維權執法、打擊恐怖活動、走私等行動中，艦載物理類非致命武器在海上執法、維護海權等多方面以其獨有的優勢受到各海洋強國的青睞，同時也適用于海上人道主義救援、維護和平和局部沖突等各種情況。各種新材料、新技術的出現將不斷促使物理類非致命武器裝備向著綜合化、智能化、精準化、模塊化等發展趨勢，具備可以快速部署、機動隱蔽、環境適應性強等特點。新型物理類非致命武※※器對應對未來低強度海上軍事博弈中贏得戰場先機、獲得主動權至關重要。