开启未来战争之门——美军验证新一代电磁脉冲炸弹.doc

电磁脉冲炸弹攻击图英国《每日邮报》3 日报道，美国已经测试无人机投放电磁脉冲弹，能让一个目标区域的电子设备陷入全部瘫痪美国此次研究的“反电子设备高功率微波先进导弹项目”(CHAMP)，这款导弹搭载了一台电磁脉冲炮这台脉冲炮利用功率超强的微波器生成一束集中的能量束，导致电子设备发生电涌(电压急剧升高)从而瘫痪，而电涌保护器根本来不及作出反应实际上，早在 1991 年海湾战争期间,美海军就首次使用了高功率微波弹，干扰和破坏伊拉克防空武器系统和指挥中心的电子系统,使其瘫痪和失去作战能力在此后的南联盟战争、新伊拉克战争中，美国都使用了电磁脉冲炸弹应该说，电磁武器已经成为高强度现代化常规战争的重要装备，在不知不觉中，人类已经进入能量束武器时代电磁脉冲武器及其毁伤原理电磁脉冲武器及其毁伤原理信息化战争催生电磁脉冲武器：进入 21 世纪以来,军用电子系统的综合化向集成化发展,通信、雷达、导航、电子仪器以及各种武器监控、目标识别及定位、军事指挥等方面均广泛地实现了信息化和智能化,这极大地提高了武器系统的综合效能未来的战争是高度信息化的高技术战争,也是核威胁条件下的信息战。

信息体系在空、天、地、海、电、磁全维空间的各个信息节点及其间网络构成了立体战场空间的信息网对于战场敌我双方的任何一方的信息节点给与破坏、切断,都将造成指挥、通信、控制系统的瘫痪或失灵,从而造成战斗力锐减或丧失针对武器系统中电子系统的相对脆弱性,军事大国开始发展电磁脉冲武器所谓电磁脉冲武器,是指能产生强烈的电磁辐射,并通过短暂的脉冲照射来破坏敌方的雷达、通信、计算机等与电磁有关设备的一种武器系统,国外称之为 EMP (Electric Magnetic Pulse)武器电磁脉冲武器的作战对象主要是敌方的指挥、通讯、信息及武器系统,它能够对较大范围内的敌方各种电子设备的内部关键部件同时实施压制性和摧毁性的杀伤,所以,它是一种性能独特、威力强大、软硬杀伤兼备的信息化作战武器，是一种可用来控制未来战场,并成为核威慑条件下信息战的杀手锏武器信息化战争高度依赖各种使用电磁波为介质的传感器、通信网络和基于微电子技术的电子设备 电磁脉冲武器的分类和原理：电磁脉冲武器的分类和原理：根据电磁炸弹产生的电磁辐射频段可将电磁炸弹分为两类:一类是辐射电磁波频谱较宽、频率在 1 吉赫(一般为几百兆赫)以下的电磁脉冲弹;另一类是辐射电磁波在微波波段的微波弹(频率在 1-300 吉赫之间)。

电磁脉冲弹又分为核爆电磁脉冲弹与非核爆电磁脉冲弹两种这两种电磁脉冲弹都可以用飞机和导弹等载体投送，在目标区上空适当的高度引爆，利用高能量电磁波辐射对一定范围内的目标造成不同程度的损伤核电磁脉冲弹：核电磁脉冲弹：核电磁脉冲弹利用核爆产生电磁场核爆产生的，射线和 X 射线以光速由爆点向四周辐射，与空气中的氧和氟原子撞击产生电子，形成强大的电磁场，也就是电磁脉冲电磁脉冲在扩散的过程中，会在一瞬间发出最强的能量，并以光速扩散核电磁脉现象的发现并不是从裂变核武器，也就是原子弹试爆中发现的，而是在聚变核武器，也就是氢弹试爆中第一次发现1961 年 10 月 31 日，苏联在新地岛上空 35 公里处进行空爆核试验，对数千公里范围内的电子系统产生冲击，苏军地面的防空雷达被烧坏，无法探测空中的飞行目标；数千公里长的通讯中断，部队一个多小时处于无法指挥状态经过几年的研究才发现这是氢弹爆炸所产生的电磁脉冲造成的恶果原子弹爆炸会产生冲击波、光辐射、早期核辐射和放射性污染四种效应，而氢弹爆炸又增加了另一种效应，即电磁脉冲1962 年 7 月，美国在太平洋约翰斯顿岛上空 400 公里处，爆炸了一颗 140 万吨梯恩梯当量的氢弹。

爆后，在远离爆心 14000 公里的夏威夷瓦胡岛上，300 多条大小马路上的路灯突然全部熄灭，数百具防盗报警器同时响了起来美国经过近 20 年的研究才发现这是由于氢弹爆炸造成的美国随后把核电磁脉冲作为第三代核武器的重要组成部分，同时着手研发弱核爆电磁脉冲弹弱电磁脉冲弹通常指核当量约为 1000 吨或更低的(内爆式)核弹它可用弹道导弹发射到目标区上空距地面约 40 千米的平流层引爆，在目标区地球表面 300 千米范围内产生强大的电磁脉冲冲击波不同于原子弹，氢弹爆炸之后的毁伤效应增加了强电磁脉冲，这是电磁脉冲武器最初的灵感来源常规电磁脉冲弹：常规电磁脉冲弹：常规电磁脉冲弹是由弹头携带的大功率微波产生器在接近目标时瞬间释放大功率的电磁脉冲，幅度也取决于微波功率产生器功率的大小与核电磁脉冲弹不同的是，常规电磁脉冲弹从峰值的 0.1 升到峰值的 0.9 约需几十微秒，而从最高峰下降到峰值一半时所持续时间约为几十纳秒其频谱可覆盖分米波到厘米波常规电磁脉冲弹有多种，主要有爆炸式泵浦磁通压缩发生器、爆炸或推进驱动磁电动力发生器和一系列高功率微波器件技术等其中，在海湾战争、南联盟战争和新伊拉克战争中，美国已经将爆炸磁通压缩发射器炸弹应用于实战。

而本文开头新闻中，美国试验的则是新一代高功率微波器件电磁脉冲炸弹电磁脉冲武器的总系统原理，显示了整个电磁脉冲的产生、传播和毁伤过程电磁脉冲的毁伤原理：电磁脉冲的毁伤原理：电磁脉冲对电子设备的破坏作用一般可分为两类：功能损坏和工作干扰功能损坏是指电缆的绝缘材料被击穿或者是电子设备的某些元器件受电磁脉冲的作用而造成永久性损伤工作干扰是指电磁脉冲虽然没有使系统或器件受到破坏，但引进的附加信号使某些器件的工作状态改变，导致电子设备的功能紊乱，发出错误信号，或消除和改变贮存器中的内容电磁脉冲能量可通过各种耦合途径进入电子系统，耦合的途径主要有：天线直接耦合；电线、电缆的耦合与传导；电磁脉冲对设备壳体的穿透；对金属壳体上缝、孔、洞的耦合以及金属框架、管道等的结构耦合凡是导体都能够在电磁脉冲场中耦合到能量，这些能从电磁脉冲场中耦合到能量的导体，称为电磁脉冲能量收集器一个收集器收集到的电磁脉冲能量的大小基本上和收集器导体的尺寸成正比，导体面积越大、导线越长收集到的能量就越多电磁脉冲能量耦合的具体方式可分为前门耦合和后门耦合前门耦合是指电磁脉冲或者微波能量通过目标上的天线、传输线（包括电源线、线和屏蔽的信号电缆、埋地电缆以及地线回路)等媒质线性耦合到其接收和发射系统内，以破坏其前端电子设备；后门耦合是指通过目标上的缝隙或孔洞耦合进入系统，干扰其电子设备，使其不能正常工作或烧毁电子设备中的微电子器件和电路。

能够用于减轻电磁波后门耦合的打孔金属板和截止波导板各国在电磁脉冲武器领域的进展各国在电磁脉冲武器领域的进展美国：美国在研究和发展电磁脉冲武器时，十分重视武器装备电磁环境效应和防护加固技术的研究1979 年，美国总统卡特发布命令，强调核电磁脉冲的严重威胁，要求每开发一种武器，必须考虑电磁脉冲防护能力为此，美国在新墨西哥州科特兰、亚利桑那州等地，建立了十余座电磁脉冲场模拟器1986 年，美军完成了电子元器件易损性与加固测试计划；进人 20 世纪 90 年代后，美军已经把各种电磁危害源的作用归纳为武器系统在现代战争中遇到的电磁环境效应问题，并于 1993 年完成了“强电磁干扰和高功率微波辐射下集成电路防护方法”的研究目前美国有世界上规模最大、设备最先进的陆、海、空三军电磁脉冲效应研究机构该研究机构着重于军事项目和暴露环境的研究，并对美军各种电磁辐射装备提出暴露标准科索沃战争和“911”之后的伊拉克战争都表明，美国十分重视用电磁炸弹和电磁脉冲武器打击重要军事目标和电台等民用设施使用两级磁通压缩发生器为电磁脉冲发生器的美国 JDAM 精确制导电磁脉冲弹内部结构图美国也是世界上唯一一个将电磁脉冲武器应用于实战的国家。

1991 年的海湾战争期间当时美海军在“战斧”巡航导弹上装载了一些大功率微波弹头，试图干扰伊拉克的防空武器系统和指挥中心的电子设备时隔 8 年之后，EA-6B“徘徊者”电子干扰飞机投放电磁炸弹，使南联盟部分地区的各种通信设施、电子设备受到不同程度的干扰和破坏，瘫痪了 3 个多小时在新伊拉克战争中，美英联军又重新使用了该武器在对巴格达进行首轮攻击后，伊拉克的电子系统被干扰，巴格达所有电子信号被覆盖在战争进行到第 7天时，美英联军又使用了电磁炸弹攻击伊国家电视台，使电视信号中断了 3 个小时这次使用的是微波弹，功率为 2 兆瓦，杀伤半径约 2.5 千米美国已经为 JDAM 这类 GPS/INS 精确制导炸弹研制了基于二级磁通压缩发生器和虚阴极天线组设计的高功率微波战斗部，改进后的高功率微波弹长 3.84m，直径 0.46m俄罗斯：俄罗斯的研制重点为陆基微波武器站2001 年在利马举行的海事与航空展上，俄罗斯展出了一种名为 Ranets-E 的高功率微波武器它是一种利用可变射频防御系统对敌方飞机和制导武器系统实施摧毁或破坏的高功率微波武器系统，由天线、高容量发电器、控制测量装置以及补给能源的子系统组成。

Ranets-E 采用 X 波段、500MW 的电磁脉冲发生源，能生成 500Hz、10～20ns 的电磁脉冲，其峰值功率为 0.1～1GW，平均输出功率为 2.5～5kW据俄罗斯宣称，其对精确制导武器制导系统以及飞机的致命打击距离可达 32km法国：1990 年法国马特拉公司研制了一种弹载电磁脉冲武器，它属于电磁脉冲弹，以制导炸弹为载体二级磁通压缩发生器作为电磁脉冲发生源安装在弹体中部，中部还有一个升压空心变压器，用于使低阻抗的磁通压缩发生器输出与高得多的天线阻抗相匹配，并保证电磁脉冲不会过早地使电缆汽化该武器还使用了十分具有创新性的折叠可调天线，以让天线适应较为宽泛的电磁脉冲频率不过尽管马特拉公司采取一系列措施提高其研制的电磁脉冲弹的杀伤力，但是由于磁通压缩发生器作为电磁脉冲发生源所产生的电磁脉冲本身功率有限，所以这种电磁脉冲弹的杀伤能力有限若想进一步提高杀伤力只有使用虚阴极振荡器等高功率微波器件作为电磁脉冲发生源波音高功率微波先进导弹项目开启新一代电磁武器时代采用炸药瞬间驱动磁通压缩发生器可以简单地理解为，使用炸药的化学能猛烈轰击一部发电机，这部发电机在被摧毁之前，转子高速转动，切割磁场，产生了巨大的交变电流，从而产生了电磁波脉冲。

这种机理往往被第一代电磁武器所采用，但是具有不可重复使用、电磁脉冲峰值功率不够大以及不够安全等缺点军方希望能够研制一种就像雷达一样能够重复使用，只消耗电能的电磁武器系统这就要求必须采用以虚拟阴极振荡器为机理的新一代总体设计磁通压缩发生器的结构图，该系统原理可以被理解为一个被炸弹驱动转子的直线发电机，粗暴一点来讲，就是弹射滑块被炸弹驱动的电磁弹射器，只不过此时电磁弹射器从直线电动机变成了直线发电机磁通压缩发生器的工作过程，炸药驱动内部铜管切割外部线圈产生的磁场，从而瞬间产生大功率电磁脉冲以下是炸弹爆炸的发生顺序：1.用开关将电容器与定子相连，并通过导线传输电流从而产生强磁场2.引爆装置点燃爆炸材料爆炸以波的形式在电枢筒中部传播3.当爆炸通过电枢后，电枢筒将与定子线圈接触这就产生了短路，从而切断定子与电源之间的通路4.这种自动短路压缩了磁场，从而产生强大的电磁脉冲最可能的情况是，这种武器的影响范围相对较小（与核电磁脉冲攻击不同），但也可以造成严重危害虚拟阴极振荡器由阴极产生的电子束经加速到达网状阳极，大部分电子经阳极射出，部分反射，在适当的条件下，射出的电子束在阳极和虚拟阴极组成的空间内发生振荡，、当微波能量达到一定程度时，微波从谐振腔经导能装置送入喇叭口辐射出去，从而形成强功率电磁脉冲。

这种原理被认为是新一代电磁武器的基本技术虚阴极技术目前还在发展之中，还不够成熟，必须与磁通压缩发生器一起搭配使用美国研制的高功率微波战斗部就是将磁通压缩发生器和虚拟阴极振荡器串联起来，从而产生更大的电磁脉冲功率这次波音“反电子设备高功率微波先进导弹项目”可能也。