高功率微波武器概述

高功率微波武器摘要：高功率微波武器作为一种新概念武器，与传统武器相比有很多自身的特点，随着技术的进步和新军事变革的进一步推进，高功率微波武器的应用势在必行。以下介绍了高功率微波武器的概念、分类、组成，发展过程以及典型的军事应用。前言：未来战争将是高度信息化的高技术战争，作战双方的指挥、控制、通信、情报甚至武器系统本身均离不开信息技术的支持，夺取信息优势将成为战争获胜的重要保证。在战场上，信息网络是由地面、空中和空间的各个信息节点和他们之间的链路构成的。高功率微波(HPM)武器由于其自身的特性而将成为战成信息中最为有效的攻击手段之一，而且随着武器系统和平台中电子化程度的进一步提高，其作用会更加明显。高功率微波武器是未来电子战中对付电子设备和武器系统的新一代电子战武器装备，是电子战武器系统及其技术一次新的革命。它不仅可以与雷达兼容构成一体化系统，实施低功率探测、跟踪目标，对目标进行干扰，还可以迅速提高功率，对目标实施硬杀伤摧毁，或者对目标的电子设备实施破坏，或对人员进行杀伤使之丧失战斗能力。1.高功率微波武器的概念与原理高功率微波(HPM)是指峰值功率超过100MW、频率在1～300GHz之间的微波。高功率微波武器(HPMW)是将高功率微波源产生的微波,经高增益天线定向辐射,将微波能量会聚在窄波束内,以极高的强度照射目标,杀伤人员和干扰、破坏现代武器系统的电子设备。高功率微波武器的基本原理：初级能源(电能或化学能)经过能量转换装置(强流加速器或爆炸磁压缩换能器等)车拿变为高功率脉冲相对论电子束。在特殊设计的高功率微波器件内，电子束与电磁场相互作用，产生高功率电磁波。这种电磁波经低衰减定向装置变成高功率微波波束发射，到达目标表面后，经过“前门”(如天线、传感器等)或“后门”(如小孔、隙缝等)耦合目标内部，干扰、致盲或烧坏电子传感器，或使其控制线路失效，亦可能烧坏其结构。2.高功率微波武器的组成高功率微波武器除一般武器必备的捕捉、跟踪、瞄准目标等辅助系统外，构成高功率微波武器的主要系统如下图所示。初级能源和脉冲功率源称为高功率脉冲电源，选用合适的高功率脉冲电源向强流电子束产生装置提供脉冲高电压，便可产生强流电子束。因此，图中前三部分构成了强流电子束加速器。高功率微波源主要由适合的高功率微波器件组成，电子束在这些器件中，或者与电磁波所渭的波一粒【子】相互作用产生高功率微波，或者电子束自身振荡产生高功率微波。然后，这些微波经衰减的空间发射装置聚束，射向目标，对目标进行杀伤。在高功率微波及其武器系统中，最为核心的部分是高功率微波源(或微波发生器)器件。这类器件包括：相对论速调管、磁控管、行波管(回波振荡器)、回旋管、回旋脉塞等。但目前，产生微波最有效的器件是虚阴极振荡器，它是由二极管和漂移管组成的。当高电压脉冲加在二极管的阴极和网状阳极之间时，阴极发射出电子束，电子束穿过阳极网进人漂移(或波导)管。当进入漂移管的电子束流大于空间电荷限制电流时，进人的电子束就不能一直向前传播，而是在漂移管轴线上某个位景堆积起来，即在离阳极不远的地方形成一个虚阴极。这个虚阴极随时间周期性地来回振荡，于是就产生了微波发射。发射出的微波再由高增益天线将微波定向地向目标辐射出去。高电压脉冲通常由变压器之类的脉冲调制系统产生，如磁通压缩发射器和脉冲等离子体发电机。3.高功率微波武器的效应高功率微波武器是利用高功率微波在与物体或系统的相互作用过程中所产初级能源脉冲功率装置强流电子束产生器高功率波源及模相频控系统低衰减空间发射系统及天线微波高功率微波其示意图生的电效应、热效应和生物效应对目标造成杀伤破坏的。高功率微波武器主要通过电效应和热效应干扰或破坏各种武器装备或军事设施中的电子装置或电子系统，如干扰和破坏雷达、战术导弹(特别是反辐射导弹)、预警飞机、C3I系统、通信台站、军用车辆点火系统等，特别是对其中的计算机系统能造成严重的干扰或破坏，此外，还可以引爆地雷等。高功率微波武器对人和其它生物的杀伤作用主要是利用微波的生物效应。(1)高功率微波武器的电效应高功率微波武器的电效应是指高功率微波在射向目标时会在目标结构的金属表面或金属导线上感应出电流或电压，这种感应电压或电流会对目标上的电子元器件产生多种效应，如造成电路中器件的状态反转、器件性能下降、半导体结的击穿等。(2)高功率微波武器的热效应高功率微波热效应是指高功率微波对目标加热导致温度升高而引起的效应，如烧毁电路器件和半导体结，以及使半导体结出现热二次击穿等。(3)高功率微波武器的生物效应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。对于人体而言，接收微波功率密度达10MW／cm2—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。后者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0．5W／cm2时，人体皮肤会受到灼伤；当达到20W／cm2时，2s内将使人体达到三度灼伤；当功率密度达到80W／cm2时，18内可以将人烧死。因此，无论在上述哪一种情况下，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。对人员的杀伤主要是热效应和生物效应。此外，高功率微波武器在对付硬目标时特别有用，可通过管道、通风口、电缆等结构去打击深埋地下的大规模杀伤性武器、生化武器。它不会产生物理结构上的破坏和有毒物质的泄漏，因而不会伤害许多无辜百姓，是一种非致命性武器，起到了常规武器起不到的作用。4.高功率微波武器的发展过程2003年3月美国发动的伊拉克战争,美英联军第一次使用了微波脉冲炸弹空袭了伊拉克国家电视台,并造成电视台一段时间内瘫痪。从此,高功率微波武器(HPMW)正式登上了历史舞台。在高功率微波技术方面，国际上以美国和前苏联/俄罗斯为主。20世纪80年代以后，英国也开始大力发展高功率微波技术。本文主要对美、俄、英、法、德、韩六国发展高功率微波武器技术研究现状和发展动向进行简单的介绍。(1)美国的微波武器美国作为超级军事大国，在高功率微波的研究方面投资最多，每年仅花费在脉冲源上的投资就达数亿美元。1999年定向能管理局与国际电话电报公司签订了一项1400万美元的合同，进行高功率微波源、超宽带天线、先进概念和材料物理等方面的研究。现在美国空军研究实验室正在进行一项称为“定向能战术机载作战”的研究，其中最有作战效力的就是高功率微波无人飞行器。在美国空军协会的2002年大会上，洛克希德，马丁公司称，高功率武器与无人机或巡航导弹综合作战的技术已经可行。它把高功率微波武器装在无人飞行器上，主要对付防空导弹、雷达、车辆，烧坏敌方武器关键装置的电子部件。这种无人机可飞到敌占区内进行更为精确的打击，可减少长距离所需的高功率微波发射能量和执行危险任务人员的伤亡。美国空军准备在2012年将此类高功率微波武器放到无人作战飞机上。《美国空军2025年战略规划》在未来武器构想中提出发展空基高功率微波武器，要求这种武器对地面、空中和空间目标具有不同的杀伤力，它用一组低轨道(500－916km)卫星把超宽带微波投射到地面、空中和空间目标上，在几十到几百米的范围内产生高频电磁脉冲，摧毁或干扰目标区内的电子设备，而且具有一定的气象修正能力。美国各军种对微波武器都有特殊的要求：陆军提出战术微波武器要能装在大型履带战车上，而且要把定向性极高的天线装在直立的桅杆上，以利于最佳瞄准：空军要求微波武器体积小，并采用专用天线：海军的舰载微波武器要求具有高功率、大天线和远作用距离。可以看出，海军对微波武器在重量、空间和功率等方面提出的限制条件较小。因此，海军的微波武器极有可能在未来20年内首先投入作战使用。(2)俄罗斯的微波武器长期以来前苏联，俄罗斯的多种高功率微波技术研究处于世界领先地位。前苏联，俄罗斯在20世纪50年代就开始研究电磁脉冲的效应和军事应用，70年代以来高功率微波源已获得迅速发展，小型便携式高功率微波源可产生0.1GW的峰值功率，脉冲重复频率为100Hz。1979年苏联在捷苏边境的科希城堡进行了动物试验。试验表明，HPM武器可使lkm内的山羊瞬间死亡，2km外的山羊顷刻丧失活动能力，瘫痪倒地。利用现有技术研制出的陆基防空高功率微波发射系统样机，由微波脉冲功率源、高功率微波源和配套的对空监视雷达与指挥控制系统构成，分载于三辆越野卡车上，总重量为13t，可用于保护重要的军事设施和指挥中心。1992年俄罗斯研制的NA－GIRA雷达，其发射功率300MW，工作频率10GHz，脉宽5ns，重复频率150Hz，能跟踪150km以外高度低于50m的直升飞机。1993年12月，俄罗斯专家称正在进行一种新的杀伤研究，即利用两束HPM在空间聚焦形成一个低温等离子区(直径为一二十米)，将其置于飞机或导弹的前面，使飞机或导弹进入这个区域内坠毁。由于低温等离子区的压力低于周围的大气压力，当导弹的一半进入低温等离子区时，这个压力差会使得导弹旋转，从而导致导弹坠毁。俄罗斯在微波弹小型化技术方面有许多独到之处。俄罗斯早在10年前就拥有微波弹，瑞典和澳大利亚军方都曾买过可发射10GW脉冲的俄制电子炸弹。据报道，俄罗斯在前几年已为SS－18洲际导弹装备了电磁脉冲弹药。在2001年利马海事和宇航展览会上，俄罗斯展出了两种射频武器：Ranets－E和Rosa－E。前者为射频火炮，是一个射频可变的防御系统，输出功率超过500MW，工作在厘米波段，产生10－20ns的尖脉冲，能在60度扇形里使10km范围内的高精度制导武器失效：后者也工作在厘米波段，重600－1500kg，可安装在飞机上，用于降低敌方雷达系统性能，射程达到500km。(3)英国的微波武器20世纪80年代以来英国大力发展高功率微波技术。英国研究高功率微波的项目比美国少一些，但也有相应水平的研究，特别是在高功率微波源的脉冲缩短问题和爆炸驱动方面的成果曾受到各国高功率微波界的关注和赞赏。1990年英国国防部利用爆炸磁压缩发生器与特种行波管制造过lGW的微波弹。一所位于英国西南部的秘密工厂曾研制多种高功率微波武器。目前，美国有计划使用英国在该工厂新研制的强力微波炸弹。这种炸弹现正在测试阶段，据报道，炸弹释放的电磁波威力相当于核爆，十亿分之一秒内射出数十亿瓦威力的电波。英国也发展和成功试验了一种定向能武器载荷，用于无人机或防区外飞行的巡航导弹上，其中有些试验工作是在美国进行的。载荷大小根据瑞安航空公司BQM一145A中程无人机来设定，现5架BQM一145A已转交给美国空军，在埃格林基地进行试验，估计比美国以前用改装的空射巡航导弹试验更有希望。而且据说这种样机，一旦需要，几个月内就能投入战场使用。今后他们的工作是小型化和提高功率，研制可重复使用的高功率微波武器。此外，英国BAE系统公司和MBDA公司目前正联合进行射频武器载荷开发工作，计划将这种新的高能微波战斗部配备于风暴前兆导弹上，并于2008—2011年期间装备部队。(4)法国和德国的微波武器欧洲高功率微波的研究在德国和法国也很突出。法国从1998年起就将“用微波武器烧毁电子设备”的研究列入重点课题，1990年就已发表了关于制造电磁脉冲弹的专利，由法国陆军武器工业集团研究的微波炮弹预计2010年投入使用。德国也一直非常重视无人机高功率微波武器的研究工作，但是还未能达到实用程度。随着机载定向能系统的交付使用，小型化和大功率需求将显得更为突出。2004年6月在伦敦举行的定向能武器讨论会上，先进技术的首要人物托马斯·魏泽透露。德国莱茵金属公司正在研究用于防空作战的中等能量激