AdminECM即电磁脉冲,破坏电器
电磁脉冲(EMP)是一种突变的、宽带电磁辐射的高强度脉冲。视在电磁频段取决于EMP源。核武器高空爆炸产生一种强EMP。由于爆炸持续相当长一段时间,所以它含有强的低频分量(<100MHz)。常规EMP装置是用炸药驱动的高功率微波技术来制造的,它产生一个次强、超短(纳秒)脉冲,主要微波频段为100MHz-100GHz。EMP作用范围取决于源的强度,正像电磁冲击波从源发出以连续递减强度的方式传播一样。
伽玛辐射通过裂变弹或聚变弹与大气的相互作用来产生。通过它撞击大气中的电子建立一个正、负电荷的大区域。这些电荷的运动产生EMP。脉冲进入该区间所有未屏蔽的电路,造成从电路故障与存贮数据丢失直到过热与熔化的破坏。
用小型脉冲功率源(吉瓦量级)、电能变换器和高功率微波器件(例如,虚阴极振荡器)加以配套来产生军用EMP。常规EMP装置的优点是触发时间极短、输出能量集中在较高的微波频率上(>100MHz)。因为现代电子设备主要工作于这些微波频段,所以常规EMP关闭电子设备极为有效、潜力很大。爆炸泵激的EMP装置(例如虚阴极振荡器)还有另一个优点:可将其设计成使它们的电磁脉冲聚束在一个特定的方向。甚至,常规装置产生的聚束EMP效应有一个致命半径,量级约为几百米到几千米,取决于功率源的强度和大气吸收,特别是当频率大于20GHz时。
美国空军菲利普实验室已制造出小型等离子螺旋管(toroids)。它有约10千焦耳的能量。等离子螺旋管对准固态靶,在靶表面上迅速感应加热,产生极大的机械与热冲击以及X光脉冲。这个X光脉冲也能用来产生EMP。尽管理论上预测螺旋管产生的高能等离子会因大气而迅速耗散,但是,可能有一种好方法将高能等离子送到近区靶,不包括空气中的长路径。
能力
空间核爆炸的几次试验已揭示出:核电磁脉冲效应的大小,炸弹当量的影响比核空爆高度的影响要小。在高度60英里处产生100千吨空爆时,造成EMP破坏区遍及半个美国。在高度300英里处同样当量的爆炸,则EMP破坏区遍及整个美国另加上墨西哥与加拿大的大部分地区。由一种(纯理论)微当量核装置产生的伽玛脉冲用来产生可控制的EMP效应。
被EMP脉冲打击的电器件经受从外沿上的暂时电子破坏直到近中心的过压摧毁。现代半导体器件,特别是基于MOS技术的那些器件(例如商用计算机)由于瞬变高压而最易损坏。地面长线路(例如电传输线)充当EMP脉冲的巨大天线。因此,电源传输网络与通迅网络是极易损坏的。它们很可能被EMP脉冲所摧毁。任何含半导体的电子设备包括机载平台的系统都可能被电磁脉冲关闭或烧毁,除非该系统采用笨重而昂贵的电磁屏蔽、良好设计的滤波器和仔细接地等措施来加以完全保护。核武器空爆产生的电磁脉冲是一种极有效的区域武器。毫无疑问,它将破坏城市基础设施。
更灵活类型的EMP武器系统既可用微当量核武器(当量低于2千吨)、常规爆炸驱动的EMP装置,又可用等离子技术来产生EMP。微当量核武器或常规EMP装置可作为炸弹[可能装到航天飞机(TAV)上]或作为导弹弹头投到目标近处。但是,EMP对电、电子设备的破坏效应是不可预见的,这些EMP“打击”力量最好用来对付依靠复杂电子设备的敌方平台与设施,特别是敌方的指挥、控制与通迅系统(战略目标)和敌方的空防系统(作战目标)。配备EMP弹头的导弹也是战斗中获取空中优势的有效武器,因为现代高性能的战斗机紧紧依靠复杂而易损的电子设备。
核EMP效应的主要困难是它不加选择的特性。脉冲以无方向性的方式传送并覆盖行星区,它对友邻资源的可能破坏和对敌人的可能破坏机会一样。使用核驱动EMP武器的另一个障碍是世界都厌恶核武器,特别是轨道上的核武器。一旦核弹在太空爆炸,它所产生的带电微粒容易被地球的范爱伦辐射带俘获。凡经过辐射带附近的卫星都会受到强烈的辐照,从而瓦解或摧毁屏蔽薄弱的卫星。带电粒子会在辐射带中停留很长一段时间,敌友同样都不能利用太空。
对抗措施
核驱动的EMP是无方向性的,它用破坏性的宽带电磁辐射照射一个大的区域。使用常规技术产生的EMP的特性为:定向性、相应的短作用距离和对准破坏性微波频率的电磁输出。以光速传输的EMP的宽带特性的防御极其困难又极费金钱。EMP武器的主要对抗措施是电磁屏蔽。应该分别提供对付EMP电场与磁场分量的屏蔽,并且应该考虑EMP脉冲的宽带特性。因为在EMP中存在极宽的频段,设计师必须对低、中、高频段进行屏蔽。设计师还必须在大量进入电系统的导电通路处安装保护滤波器(例如,电源线、传输线、天线的输入端等)。因为不同频率上的滤波器很难实现。这是一个难题。接地、滤波器设计或屏蔽形状有一处错误就足以使破坏性的EMP进入,在高速计算机电路系统中尤为重要。从这点可提出适当的反对抗措施。对于只需破坏几处接地、将EMP的攻击频谱从屏蔽频谱中移开、或在几处关键点穿透屏蔽,从而使对抗措施变得毫无价值。一旦EMP作用的能量进入区域的电源网、通讯网或计算机网,则整个网络都可能被瓦解一段时间,甚至被摧毁。
评估
由于核驱动EMP的不加选择性,它只适合于总体战情况(灵活性为零─Zero flexibility)。另一方面,常规EMP武器呈现更大的灵活性,它能定向、它的效应能够定位。两类EMP武器在及时性和反应能力方面至少处于中等,因为一个EMP弹(bomb)可能在发射(用类似现代洲际弹道导弹发射火箭)后30分钟内抵达目标。相对来说,EMP武器的精确度相当低─它多半只对区域目标有用(例如,敌方商业中心、大型设施、或敌机飞行中队)。EMP武器的生存能力与可靠性是中等到高等,特别是如果作为地基武器时(如像洲际弹道导弹和面射弹道导弹的战斗部一样)。最不幸的是,EMP武器的选择致命性是低的。EMP脉冲对给定电系统的效应是高度不可预见的,因为它在很大程度上取决于交战的精确几何、在攻击下电系统的准确设计和当前的大气状态。总之,常规EMP武器极有可能作为一种潜在的未来武器。但是,当前不可预见的致命性、有限的适应性和可疑的精度使它不可能成为2025年太空作战武器系统的主要部件。
高功率微波
高功率微波(HPMW)装置也将电磁辐射作为武器效应。HPMW不像核驱动EMP武器那样强力,而是通过快速耦合建立一个窄带微波电磁辐射,将高能脉冲功率加到特殊设计的微波天线阵列上。选择微波频率(几十兆赫到几十千兆赫)有两个原因:大气对微波辐射一般呈透明的(全天候能力);现代电子设备对这些频率特别易损。HPMW武器不同于大多数的EMP武器,它产生的微波束由其微波天线阵的形状与特性来确定。HPMW束比中性粒子束武器束或激光束宽,并且这个空间打击武器系统对瞄准与跟踪精度的要求不高(100纳弧度稳定性和1米目标精度就足够了)。如果电源和HPMW的电路能承受内电流,就能延长瞄准目标的时间。粗略比较指出,HPMW系统是现代电子战(EW)系统输出功率的100~1000倍。
能力
这种光速武器可理解为用微波辐射照射目标的微波“探照灯”(floodlight)。它比EMP的方向性强和可控,武器对电系统的一般效应在EMP一节中作了较好的陈述。与通常的EW技术不一样,HPMW武器系统的效应常常在停止照射后还要持续一段长的时间(取决于使用的功率)。
实验室的实验表明,现代商用电子器件,当它们接收到每平方厘米微瓦到毫瓦量级的辐射时,就有可能被瓦解。电路越灵敏就越易损。
大多数传感器和高增益天线不可能屏蔽,因为屏蔽会妨碍它们完成主要功能,而其它许多电子器件可用与EMP武器一节中所述的同样技术加以屏蔽。
HPMW武器受到支配电磁辐射的基本定律的固有限制。空基HPMW武器必须有一个天线或者英亩大小的相控天线阵,以便将波束较好地瞄准和聚焦至地面目标。建造如此庞大的建筑所需的资源和送入轨道的代价是昂贵的,且在自由落体环境中的组装也是困难的。和中性粒子束武器一样HPMW武器是一种视距装备,在发射之前必须“看”到它的目标。
产生武器级微波所需的电脉冲功率水平现在已可得到(对地基系统)。小型、可定标的实验室窄带高功率微波源业已论证,它能在10到几百纳秒内产生吉瓦功率。超宽带微波源进展稍差些,但是在这个领域的研究大有前途。然而,HPMW武器应该能够在低功率水平上瞬时瓦解电路与干扰微波通讯。
太空打击的HPMW系统应该包含带有超大型天线或天线阵的卫星星座,星座越高,则所需住留的卫星数就越少。但是,相应地需要更高的功率和更大的天线。另一种可能性是用多个卫星的较小的HPMW能量叠加照射每个目标,以增加卫星为代价来得到目标中心高功率的好处(由于大量叠加照射)。这种有用的分布式HPMW武器系统类似于低地球轨道(LEO)通讯卫星的Iridium或Teledesic星座(几十到几百颗卫星;而且HPMW的卫星还不是小卫星)。除了利用高功率来对付敌方的电气与电子系统,在瞄准敌方接收站或平台时,HPMW武器系统在低功率水平上就足以干扰敌方通讯。由于水分子可以吸收一定频段的微波频率,所以还可以用适当设计的HPMW武器系统来改善地球的气候。
对抗措施
微机电器件与纳米技术的最新进展,终究会使器件与传感器的尺寸远远小于微波波长。如果微小器件足够小,就能对HPMW武器免疫,因为微波频率不能以足够的引起损坏的能量耦合给该器件。光学计算与光通讯的进展也是一种有用的对抗措施。光学器件对微波辐射存在着固有的免疫力,尽管光电转换部件仍必须屏蔽。EMP武器一节中所述的反电子对抗对HPMW武器也是有用的。
评估
HPMW的全天候特性使它作为一种2025年的武器有极大的吸引力。这种光速武器用作天基型有高度实时反应能力。但是,适应性(机动性)和精确性类似于核电磁脉冲器件,比较低。此外,像中性粒子束一样,受视线的限制,而对于LEO星座所需的每个卫星它都要求大量天线而使它不切实际。最后,杀伤选择类似于EMP,有些无法预料。到2025年,如果纳米技术趋于完善,并且广泛用于电子系统,则会大大抵消HPMW的作用。因此,HPMW武器系统不适合作为2025年的太空力量。杨德秀 摘译自《先进防御技术通讯》,1997(1), 27-31
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