高功率微波武器

微波武器 概述 微波武器，也称射频武器。一般由微波发生器、天线、定向微波发射装置、控制系统等组成。微波发生器用于发射微波电磁脉冲，天线将微波波束聚成方向性极强、能量极高的窄波束，定向微波发射装置将电子束的能量或爆炸的化学能量转换为微波能量。微波武器通常在远距离上对军事目标和武器的光电设备进行干扰，在近距离上实施杀伤有生力量，引爆各种装药或直接摧毁目标。由于其威力大、速度高、作用距离远，而且看不见、摸不着，往往伤人于无形，与离子束武器、激光武器并称为三大定向能武器，因此，微波武器也被军事专家誉为高技术战场上的“无形杀手”。

1. 研发背景 微波武器高功率微波武器的研发，源于20世纪60年代的东西方技术竞赛。1962年7月，美国进行了当时最高当量，代号为“海星一号”的高空核试验。当天夜里11点零9秒(夏威夷时间)，一枚140万吨当量的热核弹头在太平洋中部400千米的高空被引爆。爆炸产生的大量高密度带电粒子沿着地球磁场向外迸发。它们的回旋运动产生了一束微波脉冲，导致测量仪器失准。爆炸所产生的极光带在洋面上空闪烁，照亮了整个夜空。在距离爆点1 300多千米外的檀香(Honolulu)，脉冲不仅导致防盗警报器此起彼伏，路灯也纷纷熄灭，最后连供电线路也跳闸瘫痪了。当时冷战双方的军事决策层，发现了这次实验中电磁脉冲的破坏潜能，并展开了一场利用这种潜力制造非核武器的竞赛。随后，美国、苏联、英国等都做了大量的微波武器研制工作。

2.作用机理 从杀伤机理上看，高功率微波武器具有电效应、病效应和热效应，既能杀伤人畜，又能破坏武器的电子设备，即具有软/硬杀伤能力。 2.1 对电子电气设备的破坏机理 高功率微波辐射效应从低到高可以大致划分为三级。第一级, 类似于超级干扰系统, 高于当前战场使用的干扰系统功率, 能完全压制敌方通信和雷达系统; 第二级, 功率达到足够破坏敌方电子系统中的微型电路; 第三级, 类似于家用微波炉,功率高到能够加热目标。 高功率微波脉冲对系统及器件的破坏机制主要有以下几种: 1）高压击穿。电磁能接收后转化成高电压或大电流, 由此引起结点、部件或回路间击穿; 2）器件烧毁。包括半导体器件的结烧蚀、连线熔断等; 3) 微波加温。微波可使金属、含水介质加温, 使器件不能正常工作; 4) 电涌冲击。脉冲高电压、大电流进入系统、设备, 电路像电涌一样烧毁器件、电路; 5) 瞬间干扰。当进入的功率较低,导致电路出现干扰, 不能正常工作。 表一 电磁脉冲对各种电子器材的影响 表二 高功率微波对计算机及其系统的破坏阈值 表三 对军用设备干扰破坏所需功率密度 2.2 对人和其他生物的杀伤效应

高功率微波对人和其它生物的杀伤作用主要是通过微波生物效应起作用的。微波的生物效应可以分为:非热效应和热效应两种。 前者指的是当较弱的微波能量照射后, 造成人类出现神经紊乱、行为失控、烦躁、致盲或者心肺功能衰竭;造成动物活动能力变差, 甚至失去知觉等行为现象。克拉拉多大学的科学家经过实验证明: 在每平方厘米上小于100 毫焦、持续时间为011~ 100毫秒的单脉冲微波, 可以暂时改变神经细胞的活动。对于人体而言: 接收微波功率密度达10~50mW/ cm2 时, 会造成作战人员神经混乱、行为错误、痉挛甚至失去知觉; 当接收功率密度达到100mW/ cm2 时, 人的心肺功能会衰竭。对于动物而言: 如1979 年苏联在苏捷边境的科希城堡进行的动物试验表明, 高功率微波可以在1Km 内杀死山羊, 使2Km 外的山羊神经混乱或者丧失活动能力; 在微波的照射下, 猴子的好动性减退程度正比于微波强度和照射时间, 老鼠会产生痉挛甚至失去知觉等现象。 热效应类似于微波炉加热原理, 它是由高功率微波能量照射引起的。当接收的微波功率密度达到015 W/ cm2 时, 人体皮肤会受到灼伤; 当达到20 W/ cm2 时, 2 秒内将使人体达到三度灼伤; 当功率密度达到80 W/ cm2 时, 1秒内可以将人烧死。因此在上述无论哪一种情况下, 都会因操作人员或者飞行员无法正常操纵计算机、雷达、飞机而导致严重的灾难性后果。 3.军事应用 3.1 干扰、破坏各种武器系统中的电子设备，使其丧失作战效能 高功率微波武器可采用与电子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。 当使用能量密度为0.01－1μW/cm2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0.01-1W/cm2时，可导致探测系统、指挥、控制、通信和情报(C3I)系统以及武器系统设备中的电子元器件及小型计算机系统的芯片失效或烧毁。当使用能量密度为10-100W/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、电缆和各种开口或缝隙耦合到卫星、导弹、飞机、舰艇、坦克等武器系统的电子设备电路当中。破坏各种敏感元件，如传感器和电子元器件，使电路功能紊乱、产生误码、中断数据或中断信息传输，抹掉计算机存储的信息。如果感应电流很大，则装备外壳开口与缝隙处可以被电离，从而变成良导体，烧毁电路中的元器件，使电子装备和武器系统失效，整个通信网络失控。当能量密度达到103104W/cm2时，会在很短的时间内使目标受高热而破坏，甚至能够提前引爆导弹中的战斗部或炸药。 3.2 高功率微波武器对精确制导武器的杀伤作用 当使用能量密度为1－10kW/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。下面介绍高功率微波武器对几种精确制导武器的杀伤作用： (1)巡航导弹 巡航导弹通常在500－1000km以外发射，根据预定航线采用惯性制导、GPS定 位制导、地形匹配以及最后的景象匹配制导，以精确的命中率摧毁预定目标。高功率微波武器能够在200－500km处干扰和破坏其GPS定位和地形匹配对航线的修正，使之不能按预定的航线飞行：在50M00km内使其导航系统的电子线路失效，在4－lOkm内使引信失效或自行引爆。但高功率微波武器需与组网的雷达、红外侦察配合使用，方可达到良好的摧毁效果。 (2)反辐射导弹 反辐射导弹根据截获的辐射源信号，自行引导直至命中辐射源。而高功率微波武器功率非常强，任何反辐射导弹一旦截获其信号即自行飞向该武器，不等它飞近，在距离高功率微波武器1－2km处就会自行引爆。 (3)反舰导弹 利用舰载高功率微波武器，在反舰导弹末制导主动寻的雷达开机时，即可发射微波，在10－15km处使雷达完全丧失功能，在4－5km处使其导引头的电子元器件全部受损，在1－2km处使其战斗部自行引爆。因此，高功率微波武器比炮弹的作用距离远、威力大、反应时间长，只要波束对准导弹的来袭方向，即可在一定距离上将其摧毁。 (4)激光、红外制导炸弹 高功率微波武器在距飞机100－500km范围内，可干扰破坏飞机上的雷达，使飞机无法飞向被保卫的目标，在5－10km处可使光电导引头致盲、失效，在1－2km,处引爆其炸药。 3.3 高功率微波弹 高功率微波武器可以制成高功率微波弹，较小的可由巡航导弹、炸弹携带：较大的可制成炸弹形式，用装备有导航攻击系统、能够投放GPS制导武器的战术飞机投放。 由导弹、炸弹运载的高功率微波弹通过在导弹或炸弹战斗部上加装电磁脉冲发生器和辐射天线的方式构成，利用炸药爆炸压缩磁通量的方法产生高功率的电滋脉冲。在海湾战争中，美海军普用“战斧”巡航导弹运载实验型高功率微波弹。最近开发成功的装于常规炸弹和滑翔炸弹上的GPS卫星导航制导组件，为投放这种武器提供了非常高的精度。美国空军将配备GPS制导的 GBU－29/30联合直接攻击弹药(JDAM)和AGM－154联合防区外武器(JSOW)滑翔炸弹，可用于高功率微波弹投放。其他国家也正在开发研究这种技术。 在新世纪，高功率微波弹将成为西方国家作战使用的标准武器，每一种能够投放标准制导武器的飞机也将成为投放高功率微波弹的载机。 3.4 用作无人作战飞机的攻击武器 美军的无人机(UAV)有捕食者、全球鹰、猎狗、黑星等，这些无人机由于在最近的阿富汗战争与伊拉克战争中大放异彩而让人耳熟能详。虽然这些无人机的任务互不相同，但是每一种都具有侦察和监视能力，如果在这些无人机上搭载HPMW，那么它们将变成无人战斗机(CUAV)。目前美-国正在开发一种可重复使用的高功率微波武器，用于装备波音公司的x－45 Block30无人作战飞机，攻击那些电子系统易受攻击的目标。它的摧毁机制远比激光快得多，只要几秒钟就能摧毁目标。这种小型无人机可从较大的无人机或载人飞机上空投，能产生宽带射频。其强大的射频脉冲足以使许多电子器件瘫痪而停止工作。这种微波射频武器可做得非常小，只有几英尺长(1英尺：0.3m)，重几百磅(1磅=0.454kg)，能够安装在翼展约0.6m的小型无人战斗机上，将巨大的电磁能量投放到离敌人天线几百英尺的位置。这种微波武器的作用范围要比一枚普通炸弹大100倍，但又不会伤及实体结构或人员。装备这种微波武器的UCAV的最大能力是每次任务发射100000个高能微波脉冲，平均对每个目标发射约1000个脉冲，可攻击约100个目标。同时，这种微波武器系统还可用来保护无人机免遭敌人导弹的攻击。作为防御系统，这种微波武器可以抵挡红外和雷达制导导弹的攻击，装上相控阵天线后可以重新快速捕获目标。 3.5 直接杀伤人员 这一杀伤机理分为“非热效应”和“热效应”。非热效应指当微波照射强度低时，使导弹和雷达的操纵人员、飞机驾驶员以及炮手、坦克手等的生理功能紊乱 (如烦躁、头痛、记忆力减退、神经错乱以及心脏功能衰竭等)。热效应指在高频率微波照射下，人的皮肤灼热，眼白内障，皮肤内部组织严重烧伤和致死等。当微波功率密度达到13mW／cm2时，武器操纵人员的工作状态会发生变化，使武器系统操作失灵：微波功率密度为0.5W/cm2、单个脉冲释放的能量达到 20J/cm2时，会造成人体皮肤轻度烧伤：功率密度为20W/cm2时照射2s，可造三度烧伤：功率密度为80W/cm2时，仅ls就可使人丧命。另外，只要目标的缝隙大于微波的波长，微波就可以经过这些缝隙进人目标的内部，还可通过玻璃或纤维等不良导体进入驾驶舱内，杀伤里面的人员。