高功率微波定向能武器

微波武器概述高功率微波武器（high-powermicrowaveweapon）又稱為射頻武器，是利用高功率微波束毀壞敵方的電子設(shè)備和殺傷作戰(zhàn)人員的一種定向能武器。 該武器的輻射頻率通常在1?30吉赫范圍內(nèi)，輸出脈沖功率在吉瓦級。“吉”是數(shù)M級 名稱，10（U9）稱為吉）高功率微波武器屬“軟殺傷”武器，可從遠(yuǎn)距離把電子器件“燒”壞，使整個(gè)武器失效，也能使人精神錯(cuò)亂、行為失常、眼睛失明、心 肺功能衰竭甚至死亡。高功率微波武器的核心是微波振蕩器，提高振蕩器的輸出功率是其中的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。.背景微波武器高功率微波武器的研發(fā)，源于 20世紀(jì)60年代的東西方技術(shù)競賽。1962年7月，美國進(jìn)行了當(dāng)時(shí)最高當(dāng)代號為“海星一號”的高空核試驗(yàn)。 當(dāng)天夜里11點(diǎn)零9秒（夏威夷時(shí)間），一枚140萬噸當(dāng)M的熱核彈頭在太平洋中 部400千米的高空被引爆。 爆炸產(chǎn)生的大M高密度帶電粒子沿著地球磁場向外迸 發(fā)。它們的回旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了一束微波脈沖，導(dǎo)致測M儀器失準(zhǔn)。爆炸所產(chǎn)生的極光帶在洋面上空閃爍，照亮了整個(gè)夜空。在距離爆點(diǎn) 1300多千米外的檀香（Honolulu）,脈沖不僅導(dǎo)致防盜警報(bào)器此起彼伏， 路燈也紛紛熄滅，最后連供電線路也跳閘癱瘓了。當(dāng)時(shí)冷戰(zhàn)雙方的軍事決策層， 發(fā)現(xiàn)了這次實(shí)驗(yàn)中電磁脈沖的破壞潛能，并展開了一場利用這種潛力制造非核武器的競賽。 隨后，美國、蘇聯(lián)、英國等都做了大M的微波武器研制工作。.機(jī)理從殺傷機(jī)理上看，高功率微波武器具有電效應(yīng)、病效應(yīng)和熱效應(yīng)，既能殺 傷人畜，又能破壞武器的電子設(shè)備，即具有軟 /硬殺傷能力。對電子電氣設(shè)備的破壞高功率微波輻射效應(yīng)從低到高可以大致劃分為三級。 第一級,類似于超級干擾系統(tǒng),高于當(dāng)前戰(zhàn)場使用的干擾系統(tǒng)功率 ,能完全壓制敵方通信和雷達(dá)系統(tǒng)；第二級,功率達(dá)到足夠破壞敵方電子系統(tǒng)中的微型電路 ；第三級,類似于家用微波爐,功率高到能夠加熱目標(biāo)。高功率微波脈沖對系統(tǒng)及器件的破壞機(jī)制主要有以下幾種 ：1）高壓擊穿。電磁能接收后轉(zhuǎn)化成高電壓或大電流 ,由此引起結(jié)點(diǎn)、部件或回路間擊穿；2）器件燒毀。包括半導(dǎo)體器件的結(jié)燒蝕、連線熔斷等 ；3）微波加溫。微波可使金屬、含水介質(zhì)加溫 ,使器件不能正常工作；4）電涌沖擊。脈沖高電壓、大電流進(jìn)入系統(tǒng)、設(shè)備,電路像電涌一樣燒毀器件、電路；5）瞬間干擾。當(dāng)進(jìn)入的功率較低,導(dǎo)致電路出現(xiàn)干擾,不能正常工作。表一電磁脈沖對各種電子器材的影響電于蹴件#汁匕？問代i注Hj10IDrfrjtlh縛管Hi*1UX.-HiB. ■■IU#W*\o*ICT*齊岫二營1()n類KX齊卻二ttt管的丹：弋星流寂Irf*\nl/汕l(f14/肋平二破首Iff10?表二高功率微波對計(jì)算機(jī)及其系統(tǒng)的破壞閾值，誦助辛艱涯陡呈對TJ■舁機(jī)日勺曲蟒炊況ftCH-1 科護(hù)U每H1.站點(diǎn)的T倫它利干歌ULr1?L/厘#?心向2厘Y:'兀辭件毓饒您ifrd■侍鳳詁心戳并淺表三對軍用設(shè)備干擾破壞所需功率密度件用右兀坳主炸‘登.mu3從.扎迪辿21■就)0*-IOs住蟲料電fA=FWO <J1疵廉輕亟W停止飛fl'?4川）-ilMl內(nèi)?對人和其他生物的殺傷高功率微波對人和其它生物的殺傷作用主要是通過微波生物效應(yīng)起作用 的。微波的生物效應(yīng)可以分為：非熱效應(yīng)和熱效應(yīng)兩種。前者指的是當(dāng)較弱的微波能M照射后，造成人類出現(xiàn)神經(jīng)紊亂、行為失控、 煩躁、致盲或者心肺功能衰竭；造成動(dòng)物活動(dòng)能力變差，甚至失去知覺等行為現(xiàn)象?？死啻髮W(xué)的科學(xué)家經(jīng)過實(shí)驗(yàn)證明：在每平方厘米上小于100毫焦、持續(xù)時(shí)間為011?100毫秒的單脈沖微波，可以暫時(shí)改變神經(jīng)細(xì)胞的活動(dòng)。 對于人體而言：接收微波功率密度達(dá)10?50mW/cm2時(shí)，會(huì)造成作戰(zhàn)人員神經(jīng)混亂、行為錯(cuò)誤、痙攣甚至失去知覺；當(dāng)接收功率密度達(dá)到100mW/cm2時(shí)）人的心肺功能會(huì)衰竭。對于動(dòng)物而言：如1979年蘇聯(lián)在蘇捷邊境的科希城堡進(jìn)行的動(dòng)物試驗(yàn)表明，高功率微波可以在1Km內(nèi)殺死山羊，使2Km外的山羊神經(jīng)混亂或者喪失活動(dòng)能力；在微波的照射下，猴子的好動(dòng)性減退程度正比于微波強(qiáng)度和照射時(shí)間 ，老鼠會(huì)產(chǎn)生痙攣甚至失去知覺等現(xiàn)象。熱效應(yīng)類似于微波爐加熱原理，它是由高功率微波能M照射引起的。當(dāng)接 收的微波功率密度達(dá)到015W/cm2時(shí)）人體皮膚會(huì)受到灼傷；當(dāng)達(dá)到20W/cm2時(shí),2秒內(nèi)將使人體達(dá)到三度灼傷；當(dāng)功率密度達(dá)到80W/cm2時(shí)）1秒內(nèi)可以將人燒死。因此在上述無論哪一種情況下，都會(huì)因操作人員或者飛行員無法正常 操縱計(jì)算機(jī)、雷達(dá)、飛機(jī)而導(dǎo)致嚴(yán)重的災(zāi)難性后果。.軍事應(yīng)用干擾、破壞各種武器系統(tǒng)中的電子設(shè)備，使其喪失作戰(zhàn)效能高功率微波武器可采用與電子干擾系統(tǒng)相同的工作方式， 對敵方通信和雷達(dá)系統(tǒng)等電子設(shè)備進(jìn)行干擾，產(chǎn)生足以暫時(shí)擾亂或致盲敵方計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的微波功率，起到超級干擾機(jī)的作用。當(dāng)使用能M密度為0.01-1PW/cm2勺微波波束照射目標(biāo)時(shí)，就會(huì)使在相應(yīng)頻 段上的雷達(dá)、通信設(shè)備和導(dǎo)航系統(tǒng)無法正常工作，當(dāng)能M密度達(dá)到 0.01-1W/cm2時(shí)，可導(dǎo)致探測系統(tǒng)、指揮、控制、通信和情報(bào) (C3I)系統(tǒng)以及武器系統(tǒng)設(shè)備中勺電子元器件及小型計(jì)算機(jī)系統(tǒng)勺芯片失效或燒毀。當(dāng)使用能M密度為10-100W/Cm2勺強(qiáng)微波波束照射目標(biāo)時(shí)，具輻射形成的電磁場可以在金屬的表面 產(chǎn)生感應(yīng)電流，通過天線、導(dǎo)線、電纜和各種開口或縫隙耦合到衛(wèi)星、導(dǎo)彈、飛機(jī)、艦艇、坦克等武器系統(tǒng)的電子設(shè)備電路當(dāng)中。破壞各種敏感元件，如傳感器和電子元器件，使電路功能紊亂、產(chǎn)生誤碼、中斷數(shù)據(jù)或中斷信息傳輸，抹掉計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的信息。如果感應(yīng)電流很大，則裝備外殼開口與縫隙處可以被電離，從而變成良導(dǎo)體， 燒毀電路中的元器件， 使電子裝備和武器系統(tǒng)失效， 整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)失控。當(dāng)能M密度達(dá)到103104W/cm時(shí)，會(huì)在很短的時(shí)間內(nèi)使目標(biāo)受高熱而破 壞，甚至能夠提前引爆導(dǎo)彈中的戰(zhàn)斗部或炸藥。高功率微波武器對精確制導(dǎo)武器的殺傷作用當(dāng)使用能M密度為1-10kW/cm2的強(qiáng)微波波束照射目標(biāo)時(shí)，能在瞬間摧毀目標(biāo)，弓I爆導(dǎo)彈、炸彈和核彈等武器。 下面介紹高功率微波武器對幾種精確制導(dǎo) 武器的殺傷作用：巡航導(dǎo)彈巡航導(dǎo)彈通常在500-1000km以外發(fā)射，根據(jù)預(yù)定航線采用慣性制導(dǎo)、 GP定位制導(dǎo)、地形匹配以及最后的景象匹配制導(dǎo)， 以精確的命中率摧毀預(yù)定目標(biāo)。 高功率微波武器能夠在200-500km處干擾和破壞其GP定位和地形匹配對航線的修正，使之不能按預(yù)定的航線飛行：在50M00kr內(nèi)使其導(dǎo)航系統(tǒng)的電子線路失效，在4-lOkm內(nèi)使引信失效或自行引爆。但高功率微波武器需與組網(wǎng)的雷達(dá)、紅外 偵察配合使用，方可達(dá)到良好的摧毀效果。反輻射導(dǎo)彈反輻射導(dǎo)彈根據(jù)截獲的輻射源信號，自行引導(dǎo)宜至命中輻射源。而高功率微波武器功率非常強(qiáng)，任何反輻射導(dǎo)彈一旦截獲其信號即自行飛向該武器， 不等它飛近，在距離高功率微波武器1-2km處就會(huì)自行引爆。反艦導(dǎo)彈利用艦載高功率微波武器， 在反艦導(dǎo)彈末制導(dǎo)主動(dòng)尋的雷達(dá)開機(jī)時(shí)， 即可發(fā)射微波，在10-15km處使雷達(dá)完全喪失功能，在4-5km處使其導(dǎo)引頭的電子元器件全部受損，在1-2km處使其戰(zhàn)斗部自行引爆。因此，高功率微波武器比炮彈的作用距離遠(yuǎn)、威力大、反應(yīng)時(shí)間長，只要波束對準(zhǔn)導(dǎo)彈的來襲方向，即可在一定距離 上將其摧毀。激光、紅外制導(dǎo)炸彈高功率微波武器在距飛機(jī)100-500kn范圍內(nèi)，可干擾破壞飛機(jī)上的雷達(dá)，使飛機(jī) 無法飛向被保衛(wèi)的目標(biāo)，在5—10km處可使光電導(dǎo)引頭致盲、失效，在 1-2km,處引爆其炸藥。高功率微波彈高功率微波武器可以制成高功率微波彈，較小的可由巡航導(dǎo)彈、炸彈攜帶：較大的可制成炸彈形式，用裝備有導(dǎo)航攻擊系統(tǒng)、能夠投放 GPSfU導(dǎo)武器的戰(zhàn)術(shù)飛機(jī)投放。由導(dǎo)彈、炸彈運(yùn)載的高功率微波彈通過在導(dǎo)彈或炸彈戰(zhàn)斗部上加裝電磁脈沖發(fā)生 器和輻射天線的方式構(gòu)成，利用炸藥爆炸壓縮磁通M的方法產(chǎn)生高功率的電滋脈 沖。在海灣戰(zhàn)爭中，美海軍普用“戰(zhàn)斧”巡航導(dǎo)彈運(yùn)載實(shí)驗(yàn)型高功率微波彈。最 近開發(fā)成功的裝于常規(guī)炸彈和滑翔炸彈上的GP衛(wèi)星導(dǎo)航制導(dǎo)組件，為投放這種 武器提供了非常高的精度。美國空軍將配備GP制導(dǎo)的GBUk29/30聯(lián)合宜接攻擊彈藥（JDAM）和AGM-154聯(lián)合防區(qū)外武器（JSOW骨翔炸彈，可用于高功率微波彈投 放。其他國家也正在開發(fā)研究這種技術(shù)。在新世紀(jì)，高功率微波彈將成為西方國家作戰(zhàn)使用的標(biāo)準(zhǔn)武器，每一種能夠 投放標(biāo)準(zhǔn)制導(dǎo)武器的飛機(jī)也將成為投放高功率微波彈的載機(jī)。3.4用作無人作戰(zhàn)飛機(jī)的攻擊武器美軍的無人機(jī)（UAV）有捕食者、全球鷹、獵狗、黑星等，這些無人機(jī)由于在最 近的阿富汗戰(zhàn)爭與伊拉克戰(zhàn)爭中大放異彩而讓人耳熟能詳。 雖然這些無人機(jī)的任務(wù)互不相同，但是每一種都具有偵察和監(jiān)視能力， 如果在這些無人機(jī)上搭載HPM,W那么它們將變成無人戰(zhàn)斗機(jī)（CUAV>目前美-國正在開發(fā)一種可重復(fù)使用的高功 率微波武器，用于裝備波音公司的 x-45Block30無人作戰(zhàn)飛機(jī)，攻擊那些電子系統(tǒng)易受攻擊的目標(biāo)。 它的摧毀機(jī)制遠(yuǎn)比激光快得多，只要幾秒鐘就能摧毀目標(biāo)。 這種小型無人機(jī)可從較大的無人機(jī)或載人飛機(jī)上空投，能產(chǎn)生寬帶射頻。 其強(qiáng)大的射頻脈沖足以使許多電子器件癱瘓而停止工作。 這種微波射頻武器可做得非常小，只有幾英尺長（1英尺：0.3m）,重幾百磅（1磅=0.454kg）,能夠安裝在翼展約0.6m的小型無人戰(zhàn)斗機(jī)上，將巨大的電磁能M投放到離敵人天線幾百英尺的位 置。這種微波武器的作用范圍要比一枚普通炸彈大 100倍，但又不會(huì)傷及實(shí)體結(jié)構(gòu)或人員。裝備這種微波武器的UCA的最大能力是每次任務(wù)發(fā)射100000個(gè)高能微波脈沖，平均對每個(gè)目標(biāo)發(fā)射約1000個(gè)脈沖，可攻擊約100個(gè)目標(biāo)。同時(shí)，這種微波武器系統(tǒng)還可用來保護(hù)無人機(jī)免遭敵人導(dǎo)彈的攻擊。 作為防御系統(tǒng)，這種微波武器可以抵擋紅外和雷達(dá)制導(dǎo)導(dǎo)彈的攻擊， 裝上相控陣天線后可以重新快速捕 獲目標(biāo)。3.5宜接殺傷人員這一殺傷機(jī)理分為“非熱效應(yīng)”和“熱效應(yīng)”。非熱效應(yīng)指當(dāng)微波照射強(qiáng)度 低時(shí)，使導(dǎo)彈和雷達(dá)的操縱人員、 飛機(jī)駕駛員以及炮手、 坦克手等的生理功能紊亂（如煩躁、頭痛、記憶力減退、神經(jīng)錯(cuò)亂以及心臟功能衰竭等 ）。熱效應(yīng)指在高頻率微波照射下， 人的皮膚灼熱，眼白內(nèi)障，皮膚內(nèi)部組織嚴(yán)重?zé)齻椭滤赖取?當(dāng)微波功率密度達(dá)到13mWcm2時(shí),武器操縱人員的工作狀態(tài)會(huì)發(fā)生變化，使武 器系統(tǒng)操作失靈：微波功率密度為0.5W/cm2單個(gè)脈沖釋放的能M達(dá)到20J/cm2時(shí)，會(huì)造成人體皮膚輕度燒傷：功率密度為 20W/cm2寸照射2s,可造三度燒傷：功率密度為80W/cm時(shí)，僅ls就可使人喪命。另外，只要目標(biāo)的縫隙大于微波的波長，微波就可以經(jīng)過這些縫隙進(jìn)人目標(biāo)的內(nèi)部， 還可通過玻璃或纖維等不良導(dǎo)體進(jìn)入駕駛艙內(nèi)，殺傷里面的人員。4.高功率微波武器的作戰(zhàn)特點(diǎn)HPMW高功率微波）作戰(zhàn)優(yōu)點(diǎn)HPM射束以每秒3>105km/s的光速抵達(dá)目標(biāo)，因此，幾乎是瞬時(shí)抵達(dá)大距離 目標(biāo)，從而使跟蹤與攔截問題大大簡化， 同時(shí)目標(biāo)避開損傷的能力也大幅度下降。2）射束不受重力影響。由于射束沒有質(zhì)因此擺脫了動(dòng)力學(xué)與空氣動(dòng)力學(xué)的 限制，無需常規(guī)彈藥確定彈道軌跡所需的復(fù)雜計(jì)算。HPM的效應(yīng)可以進(jìn)行調(diào)整，以便取得致命、非致命、干擾或損傷等不同的效 應(yīng)，HPM與常規(guī)彈藥相比攔截目標(biāo)的成本相當(dāng)?shù)?。在進(jìn)行導(dǎo)彈防御時(shí)，每枚火箭 攔截器消耗數(shù)百萬美元，而用HPMW!發(fā)只消耗幾千美元就能取得相當(dāng)?shù)臍?率。HPM具有長時(shí)間重復(fù)交戰(zhàn)能力。HPM既可作為攻擊武器，又可作為防御武器，同時(shí)也可以作為傳感器 （具有雷達(dá)跟蹤潛能）。HPM是一種區(qū)域武器，可同時(shí)攻擊多個(gè)目標(biāo)。2HPMW存在的缺陷1）微波穿過大氣層傳播時(shí)，大氣中的水蒸汽、氧氣和雨水對微波具有吸收作用。在戰(zhàn)術(shù)微波武器1?100km的作戰(zhàn)距離內(nèi)，微波在莫些頻率的附近有衰減。2）由于微波武器的發(fā)射功率很大，在作戰(zhàn)使用中，可能會(huì)在一定范圍內(nèi)對友 鄰部隊(duì)的電子設(shè)備和通訊情報(bào)系統(tǒng)形成干擾。3）用微波炸彈對核、生物、化學(xué)武器儲(chǔ)備地點(diǎn)及其生產(chǎn)基地， 可能會(huì)導(dǎo)致有毒物質(zhì)釋放到空氣中。.高功率微波武器在各國的研究現(xiàn)狀1）美國美國作為超級軍事大國，在高功率微波的研究方面投資最多，每年僅花費(fèi)在脈沖源上的投資就達(dá)數(shù)億美元。美國各軍種對微波武器都有特殊的要求：陸軍提出戰(zhàn)術(shù)微波武器要能裝在大 型履帶戰(zhàn)車上，而且要把定向性極高的天線裝在宜立的桅桿上， 以利于最佳瞄準(zhǔn)；空軍要求微波武器體積小，并采用專用天線；海軍的艦載微波武器要求具有高功 率、大天線和遠(yuǎn)作用距離。可以看出，海軍對微波武器在重M、空間和功率等方 面提出的限制條件較小。因此，海軍的微波武器極有可能在未來20年內(nèi)首先投入作戰(zhàn)使用。2）俄羅斯長期以來前蘇聯(lián)，俄羅斯的多種高功率微波技術(shù)研究處于世界領(lǐng)先地位?？偟膩碚f，俄羅斯在高功率微波方面的主要技術(shù)成就有： ①在等離子體加熱用的回旋管方面達(dá)到了高峰值功率：②研制了驅(qū)動(dòng)高峰值功率和高平均功率源的小型重 復(fù)