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新一代电磁脉冲武器走上台前

时间:2022-11-22 12:15:03 来源:网友投稿

材料被击穿或者是电子设备的某些元器件受电磁脉冲的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、电话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。

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。进入二十世纪九十年代后,美军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“9·11”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。

美国也是世界上惟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拟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3.84米,直径0.46米。

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、500兆瓦的电磁脉冲发生源,能生成500赫兹、10~20纳秒的电磁脉冲,其峰值功率为0.1~1吉瓦,平均输出功率为2.5~5千瓦。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32千米。

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拟阴极振荡器等高功率微波器件作为电磁脉冲发生源。

新一代电磁武器

第一代电磁武器多采用炸药瞬间驱动磁通压缩发生器机理,该机理可以简单地理解为: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,产生巨大的交变电流,从而产生电磁波脉冲。这种机理具有不可重复使用、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。

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。虚拟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。

前文提到的波音“反电子设备高功率微波先进导弹项目”可能也采取了类似的设计,仍然不能重复使用,但是已经开始应用以虚拟阴极振荡器为代表的新一代大功率微波发生器技术。这次试验所针对的目标据称是电子设备,而不是通信设备。关键区别在于电子设备往往并没有用来接收电磁波的天线,因而电磁脉冲武器最适用的前门耦合机理就无法产生杀伤效果,必须采用后门耦合进入电子设备内部,从而需要更大的电磁脉冲功率和更精准的定向发射技术。

另外,此次试验还有一个亮点,就是采用无人机作为电磁武器的载体。由于常规电磁脉冲武器的有效杀伤距离较近,而且使用定向天线作为辐射源,因而使用有人飞机进行抵近投掷往往具有一定的风险。因而,美国空军正在进行隐身无人机载电磁脉冲武器项目的研究,该项目旨在开发一种能重复发射吉瓦级电磁脉冲的电磁脉冲武器系统,用于攻击地基传感器、通信网及防空导弹指令系统。这次试验无疑检验了无人机与电磁脉冲武器的搭配使用问题。

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