高能电磁武器

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高能电磁武器系统
  
英文标题：High Power Electromagnetism Weapon System
  
研制国家：俄罗斯
  
研制时间：1983年开始研制
  
部署时间：1994年用于实战
  
关键词：高能电磁武器  高能微波武器
  
1  俄罗斯高能电磁武器系统发展概况
  
由于人们认识到核武器的巨大破坏力和生态后果，已使实际使用核武器的概率降到
了最低限度。海湾战争、科索沃战争表明，达到政治目标的最有效手段是快速军事
行动。于是，各军事大国都把更多的注意力转向研制精确制导武器和电子武器。
  
  
俄罗斯研制的高能电磁武器系统是诸多新式武器中的佼佼者。它们被分为2大类：
（1）电磁脉冲（EMP）武器  电磁脉冲武器是利用极强的瞬态电磁脉冲，摧毁或损
伤敌方电子设备和C4ISR（指挥、控制、通信、计算机、情报、监视和侦察）系统
的武器。它包括电磁脉冲弹和核电磁脉冲。电磁脉冲弹的原理是将炸药的化学能转
化为巨大的脉冲电磁能，利用爆炸时产生的电磁脉冲对敌方装备进行软杀伤。核电
磁脉冲是核爆炸产生的高强度电磁脉冲对未加保护的电子线路和元器件构成严重破
坏的武器系统。核爆炸时，除产生冲击波、光热辐射、贯穿辐射和放射性辐射之外
，还有第五种效应——电磁脉冲效应，即电磁冲击波。核爆炸辐射的γ射线是最大
的EMP源，γ射线脉冲从爆心扩散，高速到达大气层后与空气分子作用激发高速运
动的电子，形成电流，这就是康普顿效应。康普顿电流又会辐射出电磁波，产生持
续时间极短的宽频带电磁脉冲。当这种电磁脉冲波通过天线或天线等效体进入毫无
防备的电子设备，就能在一瞬间造成雷达迷盲、通信中断、控制失灵、计算机失控
，使敌方指挥控制系统的电子部件遭到极大破坏。（2）高能微波（HPM）武器  高
能微波武器是用高能微波源产生的微波，经高增益天线定向辐射把微波能量汇聚在
窄波束内，以极高的强度照射目标，干扰和破坏敌方电子设备，杀伤敌方人员的一
种高技术兵器。它可以攻击任何装备了现代化电子装备的武器系统，如飞机，特别
是隐形飞机、导弹、雷达、坦克和C4I系统等。
  
早在20世纪70年代，前苏联和美国便开始研制高能电磁武器。他们对核武器进行改
造，在弹头设计中特意增强γ辐射的输出，或在空中设立增强电磁脉冲的转换器，
以使其爆炸时能将更多的能量转换为电磁脉冲。在这方面，俄美目前较为成熟的技
术有爆炸驱动型磁通压缩产生器（FCG）和高功率微波源（HPM）--虚阴极振荡器。
  
  
2  高能电磁武器系统的电磁脉冲效应
  
随着大功率电磁脉冲发生技术和大功率微波技术的日趋成熟，高能电磁武器系统作
为专门设计用来摧毁敌方信息系统的武器正在成为“非对称战争”作战中“以劣胜
优”的杀手锏。从原则上讲，要摧毁一个电子设备，只要很小的射频辐射感应的脉
冲电流就能击穿其半导体元件，这个能量比利用冲击波和弹片摧毁目标所需的能量
小数万倍。例如，为使一反舰导弹失效，使用每片质量大于1克的弹片每平方米需
要10万焦耳的能量，使用冲击波每平方米也需要5万焦耳，而使用1微秒宽度的射频
脉冲每平方米只需5焦耳。而且，高能电磁武器一般情况下不会伤害作战人员，因
此不仅可用于大规模军事冲突，而且还可用于维和行动。
  
爆炸驱动型磁通压缩产生器是适合于炸弹应用的最成熟的技术。FCG的基本原理是
用可在数百微秒时间内的快速爆炸压缩磁场以产生数十兆焦耳的电能。一部大型
FCG产生的电流比一次典型的雷击产生的电流大10-1000倍。
  
高功率微波武器的辐射主频率通常在1GHz-30GHz的范围，峰值功率在GW级，辐射功
率在100MW以上。微波弹是高功率微波武器的一种实现方法，它可以装在制导炸弹
或巡航导弹中一次性使用，能够产生宽带高功率微波，它的军事应用的前景非常广
阔。
  
几十年来，俄罗斯对各型高能电磁武器进行了大量试验，并且获得了各型高能电磁
武器的射频能量谱密度试验结果。《ATPOΠYC》电磁弹就是其中较典型的代表。
  
  
《ATPOΠYC》电磁弹的工作流程十分简单。当用掷弹筒作战时，先发射辅助的电磁
弹，延迟一点时间再发射聚能榴弹。前面的电磁弹对电磁波的有效反射面积很小，

防御系统不易发现。这个电磁弹撞到坦克的装甲后爆炸产生射频脉冲，使雷达系统
暂时致盲。其致盲时间大约超过雷达高频辐射脉冲宽度1.6微秒的1万倍，由此破坏
了坦克防卫系统对紧跟飞近的杀伤榴弹的跟踪。《ATPOΠYC》电磁弹不仅能压制射
频段的电子设备，也能对付红外和光电设备。
  
表1  俄罗斯各型高能电磁武器射频能量谱密度
  
  
振荡时间/ns
射频能量的谱密度  J/Hz
  
0.86GHz         11.5 GHz         37 GHz          75 GHz       150 GHz
  
  
圆柱形冲击波源
1
11.0×10-12       3.0×10-11          0.9×10-14       1.0×10-14
   1.2×10-12
  
球形冲击波源
1
1.0×10-15         7.0×10-11         1.0×10-14        6.0×10-14
   2.0×10-12
  
磁爆炸频率产生器
10 000
1.9×10-12         1.4×10-11         7.0×10-15        1.0×10-14
   2.2×10-13
  
磁内爆频率产生器
1 000
9.5×10-11         6.0×10-11         0.8×10-14        0.6×10-14
   3.2×10-13
  
铁磁体频率产生器
1 000
1.0×10-11         0.5×10-12         6.3×10-15        1.4×10-15
   1.1×10-14
  
压电体频率产生器
1 000
0.9×10-12         1.6×10-13         6.6×10-15        4.8×10-15
   1.7×10-14
  
  
　
  
3  高能电磁炸弹的特点与作战效能
  
3.1      高能电磁武器的特点
  
（1）具有全天候作战能力
  
高能电磁武器利用发射到空中的强电磁波杀伤和破坏目标，在大气中这种高功率电

磁波不存在严重的传输衰减问题，因此它具有全天候作战的能力。
  
（2）能杀伤多种目标和隐身武器
  
由于高能电磁武器所发出的强电磁波束比较宽，因此一般能淹没目标，并能杀伤多
个目标。隐身武器主要是通过外表采用吸附材料来吸收雷达波而达到隐身，大功率
电磁武器能够提供更高的能量密度，使隐身武器吸收更多的能量，轻者使隐身目标
外壳强度受损而变形，重者能够烧穿或烧毁隐身目标。
  
（3）瞄准精度要求不高
  
高能电磁武器产生的强电磁波通过天线发射出去，对天线的要求不一定统一，可以
根据作战实际需求，选择定向或全向天线。同时在传输过程中，通过衍射可以造成
足够大的斑点，以弥补跟踪和瞄准的不足。
  
3.2      高能电磁武器的作战效能
  
（1）干扰作用

  
高能电磁武器采用与战场干扰系统相同的工作方式对敌方通信和雷达系统等电子设
备进行干扰，产生足以暂时扰乱或致盲敌方计算机网络系统的微波功率，起到超级
干扰机的作用。当使用（0.01-1）μW/cm2能量密度的微波波束照射目标时，就会
使在相应频段上的雷达、通信设备和导航系统无法正常工作；当能量密度达到（
0.01-1）W/cm2时，可导致雷达、通信和导航设备的微波器件性能下降或失效，还
会使小型计算机系统的芯片失效或烧毁。
  
（2）软杀伤作用
  
当使用能量密度为（10-100）W/cm2的强微波波束照射目标时，其辐射形成的电磁
场可以在金属的表面产生感应电流，通过天线、导线、金属开口或缝隙进入飞机、
导弹、卫星、坦克等武器系统的电子设备电路当中，如果电流较大就会使电路功能
紊乱、产生误码、中断数据或中断信息传输，抹掉计算机存储信息。如果感应电流
很大，则会烧毁电路中的元器件，使电子装备和武器系统失效。
  
（3）硬杀伤作用
  
当使用能量密度为（1-10）kW/cm2的强微波波束照射目标时，能在瞬间摧毁目标，
引爆导弹、炸弹和核弹等武器。
  
4  高能电磁炸弹对C4I系统的严重威胁
  
高能电磁武器对C4I系统的威胁主要体现在以下几个方面：
  
（1）对C4I计算机网络系统的威胁
  
采用了大规模集成电路的计算机平台是C4I系统的大脑和神经中枢，但大规模集成
电路抗高能电磁武器的能力非常薄弱。当电磁炸弹爆炸时，强大的电磁脉冲所产生
的电磁场耦合到计算机电路之中感应出强大的电流，使数字逻辑电路发生瞬时可恢
复翻转或永久性的翻转，降低电子元器件的性能，使计算机系统无法正常工作，甚
至烧毁电子元器件。也可能触发系统内部的电路，使之产生工作方式的紊乱。随着
超大规模固体集成技术的发展，硅片上容纳的元器件和电路的数量一直在迅速增长
，使得电子器件正常工作的电流和电压电平以及可能导致损坏的功率都在慢慢降低
，这些都使得计算机系统极易受到高能电磁武器的威胁。
  
（2）对C4I通信网络的威胁
  
各种类型的通信设备,由于其内部高灵敏度的高频晶体管和电子管极易被瞬时高电
压破坏。因而已被集成电路、大规模集成电路广泛取代。但集成电路抗电磁脉冲的
能力仅有晶体管的千分之一, 电子管的万分之一.通信设备数量的剧增和设备本身
抗毁能力的下降,使得通信网络遭受高能电磁武器打击的可能性大大提高。1984年
，美国研制的一种电磁脉冲发生器，它以新型脉冲等离子磁流体动力技术为基础，
把炸药的化学能直接转化为脉冲电磁能，用18×43厘米的弹药桶产生了GW级的功率
，在无抗辐射条件下能使7公里范围内的集成电路全部损坏。
  
高能电磁武器对通信系统的威胁还在于对通信信道的破坏。众所周知，核电磁脉冲
的产生必然伴随着附加电离区的出现，这种附加电离区将对通信信道造成严重的破
坏。
  
（3）对C4I卫星系统的威胁
  
侦察卫星、通信卫星、导航定位卫星都是C4I系统的重要组成部分，它们为C4I系统
数据的快速、准确、及时传递提供了保证。高能电磁武器使卫星系统的性能严重恶
化的途径有3：.对传播路径的破坏，.对空间段的威胁，.对地面段的威胁。
  
5  高能电磁炸弹的防御
  
对高能电磁武器最有效的防御就是设法摧毁敌方的投放平台或飞行器；再就是对暴
露在高能电磁武器作用范围的系统进行电磁防护加固处理；最后是对C4I系统进行
接地、屏蔽和滤波处理。
  
最有效的加固方法是使设备完全置于一个导电的法拉第笼内，这种箱体不让电磁场
到达被保护的设备。但是，所有的电子设备都要获得电力，也都要与外界通信，这
些进入点为高能电磁武器的电气瞬态过程的进入提供了机会。可以改用光纤通信以
满足传送数据进出的要求，还必须对所有进入箱体的导电通路加装电磁抑制器件。
必须对系统中的任一元件都进行加固，而且设备设计时的加固要远容易于对成形设
备的加固。
  
接地处理是将电子设备通过适当的方法和途径与大地连接以提高电子设备电路系统
工作的稳定性，有效地抑制外界电磁场的影响，避免机壳电荷积累过多导致放电而
造成的干扰和损坏。
  
屏蔽是利用屏蔽体来阻挡或减少电磁能的传输，达到电磁防护的一种重要手段。屏
蔽的目的，一是限制内部辐射的电磁能量泄露出来，二是防止外来辐射进入某个区
域。
  
滤波是为了预防不希望的电磁振荡沿与设备相连的任何外部连接线传入设备。滤波
由滤波器来完成，滤波器可以由电阻、电感、电容一类无源或有源器件组成选择性
网络，以阻止有用频带之外的其余成分通过，完成滤波作用；也可以由铁氧体一类
有损耗材料组成，由它把不希望的频率成分吸收掉，达到滤波的作用。
  
6  高能电磁武器系统的发展趋势
  
高能电磁武器是一种新式信息系统攻击武器，其中尤其是非核致电磁脉冲武器和微
波武器，它们都是非致命性武器，但又给敌方的信息系统以致命的打击，因此它们
倍受各国武器专家的青睐。但是高能电磁武器系统毕竟还处于研制初期，大量用于
实战还存在不少问题。目前，俄、美都在研究一种性能优良的防护高能电磁武器的
装置，以克服用于实战时不致影响友邻部队电子设备的使用。由于海军舰载高能电
磁武器具有天线大、功率高和作用距离远等特点，从而使海军对高能电磁武器系统
在重量、空间和功率方面所提的限制条件较陆军、空军要少得多。因此，海军型高
能电磁武器有可能在未来一些年里得到较快发展。
  
资料来源
  
1.  姬国良译 俄罗斯的电磁弹《军事电子信息系统专题技术文选》 28所科信部
1999年12月
  
2.  祝 利等  高能电磁武器对C4I系统的威胁《军事电子信息系统专题技术文选》
28所科信部 1999年12月