新一代電磁脈沖武器走上臺前

據英國《每日郵報》報道，美國已經成功測試使用無人機投放電磁脈沖彈，該炸彈能讓一個目標區域的電子設備陷入全部癱瘓。美國的此次研究屬于“反電子設備高功率微波先進導彈項目”，這款導彈搭載了一臺電磁脈沖炮。這臺脈沖炮利用功率超強的微波器生成一束集中的能量束，導致電子設備發生電涌（電壓急劇升高）從而癱瘓，而電涌保護器根本來不及作出反應。實際上，早在1991年海灣戰爭期間，美海軍就首次使用了高功率微波彈，干擾和破壞伊拉克防空武器系統和指揮中心的電子系統，使其癱瘓和失去作戰能力。在此后的南聯盟戰爭、新伊拉克戰爭中，美國都使用了電磁脈沖炸彈。應該說，電磁武器已經成為高強度現代化常規戰爭的重要裝備，在不知不覺中，人類已經進入能量束武器時代。

電磁脈沖武器及其毀傷原理

信息化戰爭催生電磁脈沖武器。進入二十一世紀以來，軍用電子系統的綜合化向集成化發展，通信、雷達、導航、電子儀器以及各種武器監控、目標識別及定位、軍事指揮等方面均廣泛地實現了信息化和智能化，這極大地提高了武器系統的綜合效能。未來的戰爭是高度信息化的高技術戰爭，也是核威脅條件下的信息戰。信息體系在空、天、地、海、電、磁全維空間的各個信息節點及其間網絡構成了立體戰場空間的信息網。對于戰場敵我雙方的任何一方的信息節點給與破壞、切斷，都將造成指揮、通信、控制系統的癱瘓或失靈，從而造成戰斗力銳減或喪失。針對武器系統中電子系統的相對脆弱性，各軍事大國開始競相發展電磁脈沖武器。所謂電磁脈沖武器是指能產生強烈的電磁輻射，并通過短暫的脈沖照射來破壞敵方的雷達、通信、計算機等與電磁有關設備的一種武器系統，國外稱之為EMP武器。電磁脈沖武器的作戰對象主要是敵方的指揮、通訊、信息及武器系統，它能夠對較大范圍內的敵方各種電子設備的內部關鍵部件同時實施壓制性和摧毀性的殺傷。所以，它是一種性能獨特、威力強大、軟硬殺傷兼備的信息化作戰武器，是一種可用來控制未來戰場，并成為核威懾條件下信息戰的殺手锏武器。

電磁脈沖武器的分類和原理。根據電磁炸彈產生的電磁輻射頻段可將電磁炸彈分為兩類：一類是輻射電磁波頻譜較寬、頻率在1吉赫（一般為幾百兆赫）以下的電磁脈沖彈；另一類是輻射電磁波在微波波段的微波彈（頻率在1～300吉赫之間）。電磁脈沖彈又分為核爆電磁脈沖彈與非核爆電磁脈沖彈兩種。這兩種電磁脈沖彈都可以用飛機和導彈等載體投送，在目標區上空適當的高度引爆，利用高能量電磁波輻射對一定范圍內的目標造成不同程度的損傷。

核電磁脈沖彈。核電磁脈沖彈利用核爆產生電磁場，核爆產生的射線和X射線以光速由爆點向四周輻射，與空氣中的氧和氟原子撞擊產生電子，形成強大的電磁場，也就是電磁脈沖。電磁脈沖在擴散的過程中，會在一瞬間發出最強的能量，并以光速擴散。核電磁脈中現象并不是從裂變核武器，也就是原子彈試爆中發現的，而是在聚變核武器，也就是氫彈試爆中第一次發現。1961年10月31日，蘇聯在新地島上空35公里處進行空爆核試驗，電磁脈沖對數千公里范圍內的電子系統產生沖擊，蘇軍地面的防空雷達被燒壞，無法探測空中的飛行目標；數千公里長的通訊中斷，部隊一個多小時處于無法指揮狀態。后來，蘇聯經過幾年的研究才發現這是氫彈爆炸所產生的電磁脈沖造成的惡果。原子彈爆炸會產生沖擊波、光輻射、早期核輻射和放射性污染四種效應，而氫彈爆炸又增加了另一種效應，即電磁脈沖。1962年7月，美國在太平洋約翰斯頓島上空400公里處，爆炸了一顆140萬噸梯恩梯當量的氫彈。爆炸后，在遠離爆心14000公里的夏威夷瓦胡島上，300多條大小馬路上的路燈突然全部熄滅，數百具防盜報警器同時響了起來。美國經過近20年的研究才發現這是由于氫彈爆炸造成的。美國隨后把核電磁脈沖作為第三代核武器的重要組成部分，同時著手研發弱核爆電磁脈沖彈。弱核爆電磁脈沖彈通常指核當量約為1000噸或更低的（內爆式）核彈，它可用彈道導彈發射到目標區上空距地面約40千米的平流層引爆，在目標區地球表面300千米范圍內產生強大的電磁脈沖沖擊波。

常規電磁脈沖彈。常規電磁脈沖彈是由彈頭攜帶的大功率微波產生器在接近目標時瞬間釋放大功率的電磁脈沖，幅度也取決于微波功率產生器功率的大小。與核電磁脈沖彈不同的是，常規電磁脈沖彈從峰值的0.1升到峰值的0.9約需幾十微秒，而從最高峰下降到峰值一半時所持續時間約為幾十納秒。其頻譜可覆蓋分米波到厘米波。常規電磁脈沖彈有多種，主要有爆炸式泵浦磁通壓縮發生器、爆炸或推進驅動磁電動力發生器和一系列高功率微波器件技術等。其中，在海灣戰爭、南聯盟戰爭和新伊拉克戰爭中，美國已經將爆炸磁通壓縮發射器炸彈應用于實戰。而本文開頭新聞中，美國試驗的則是新一代高功率微波器件電磁脈沖炸彈。

電磁脈沖的毀傷原理。電磁脈沖對電子設備的破壞作用一般可分為兩類：功能損壞和工作干擾。功能損壞是指電纜的絕緣材料被擊穿或者是電子設備的某些元器件受電磁脈沖的用而造成永久性損傷。工作干擾是指電磁脈沖雖然沒有使系統或器件受到破壞，但引進的附加信號使某些器件的工作狀態改變，導致電子設備的功能紊亂，發出錯誤信號，或消除和改變貯存器中的內容。電磁脈沖能量可通過各種耦合途徑進入電子系統，耦合的途徑主要有：天線直接耦合；電線、電纜的耦合與傳導；電磁脈沖對設備殼體的穿透；對金屬殼體上縫、孔、洞的耦合以及金屬框架、管道等的結構耦合。凡是導體都能夠在電磁脈沖場中耦合到能量，這些能從電磁脈沖場中耦合到能量的導體，稱為電磁脈沖能量收集器。一個收集器收集到的電磁脈沖能量的大小基本上和收集器導體的尺寸成正比，導體面積越大、導線越長，收集到的能量就越多。電磁脈沖能量耦合的具體方式可分為前門耦合和后門耦合。前門耦合是指電磁脈沖或者微波能量通過目標上的天線、傳輸線（包括電源線、電話線和屏蔽的信號電纜、埋地電纜以及地線回路）等媒質線性耦合到其接收和發射系統內，以破壞其前端電子設備；后門耦合是指通過目標上的縫隙或孔洞耦合進入系統，干擾其電子設備，使其不能正常工作或燒毀電子設備中的微電子器件和電路。

各國在電磁脈沖武器領域的進展

美國

美國在研究和發展電磁脈沖武器時，十分重視武器裝備電磁環境效應和防護加固技術的研究。1979年，美國總統卡特發布命令，強調核電磁脈沖的嚴重威脅，要求每開發一種武器，必須考慮電磁脈沖防護能力。為此，美國在新墨西哥州科特蘭、亞利桑那州等地，建立了十余座電磁脈沖場模擬器。1986年，美軍完成了電子元器件易損性與加固測試計劃。進入二十世紀九十年代后，美軍把各種電磁危害源的作用歸納為武器系統在現代戰爭中遇到的電磁環境效應問題，并于1993年完成了“強電磁干擾和高功率微波輻射下集成電路防護方法”的研究。目前，美國有世界上規模最大、設備最先進的陸、海、空三軍電磁脈沖效應研究機構。該研究機構著重于軍事項目和暴露環境的研究，并對美軍各種電磁輻射裝備提出暴露標準。科索沃戰爭和“9·11”之后的伊拉克戰爭都表明，美國十分重視用電磁炸彈和電磁脈沖武器打擊重要軍事目標和電臺等民用設施。

美國也是世界上惟一一個將電磁脈沖武器應用于實戰的國家。1991年的海灣戰爭期間，當時美海軍在“戰斧”巡航導彈上裝載了一些大功率微波彈頭，試圖干擾伊拉克的防空武器系統和指揮中心的電子設備。時隔8年之后，EA-6B“徘徊者”電子干擾飛機投放電磁炸彈，使南聯盟部分地區的各種通信設施、電子設備受到不同程度的干擾和破壞，癱瘓了3個多小時。在伊拉克戰爭中，美英聯軍又重新使用了該武器。在對巴格達進行首輪攻擊后，伊拉克的電子系統被干擾，巴格達所有電子信號被覆蓋。在戰爭進行到第7天時，美英聯軍又使用了電磁炸彈攻擊伊國家電視臺，使電視信號中斷了3個小時。這次使用的是微波彈，功率2兆瓦，殺傷半徑約2.5千米。美國已經為JDAM這類GPS／INS精確制導炸彈研制了基于二級磁通壓縮發生器和虛擬陰極天線組設計的高功率微波戰斗部，改進后的高功率微波彈長3.84米，直徑0.46米。

俄羅斯

俄羅斯的研制重點為陸基微波武器站。2001年在利馬舉行的海事與航空展上，俄羅斯展出了一種名為Ranets-E的高功率微波武器。它是一種利用可變射頻防御系統對敵方飛機和制導武器系統實施摧毀或破壞的高功率微波武器系統，由天線、高容量發電器、控制測量裝置以及補給能源的子系統組成。Ranets-E采用X波段、500兆瓦的電磁脈沖發生源，能生成500赫茲、10～20納秒的電磁脈沖，其峰值功率為0.1～1吉瓦，平均輸出功率為2.5～5千瓦。據俄羅斯宣稱，其對精確制導武器制導系統以及飛機的致命打擊距離可達32千米。

法國

1990年法國馬特拉公司研制了一種彈載電磁脈沖武器，它屬于電磁脈沖彈，以制導炸彈為載體。二級磁通壓縮發生器作為電磁脈沖發生源安裝在彈體中部，中部還有一個升壓空心變壓器，用于使低阻抗的磁通壓縮發生器輸出與高得多的天線阻抗相匹配，并保證電磁脈沖不會過早地使電纜汽化。該武器還使用了十分具有創新性的折疊可調天線，以讓天線適應較為寬泛的電磁脈沖頻率。不過盡管馬特拉公司采取一系列措施提高其研制的電磁脈沖彈的殺傷力，但是由于磁通壓縮發生器作為電磁脈沖發生源所產生的電磁脈沖本身功率有限，所以這種電磁脈沖彈的殺傷能力有限，若想進一步提高殺傷力只有使用虛擬陰極振蕩器等高功率微波器件作為電磁脈沖發生源。

新一代電磁武器

第一代電磁武器多采用炸藥瞬間驅動磁通壓縮發生器機理，該機理可以簡單地理解為：使用炸藥的化學能猛烈轟擊一部發電機，這部發電機在被摧毀之前，轉子高速轉動，切割磁場，產生巨大的交變電流，從而產生電磁波脈沖。這種機理具有不可重復使用、電磁脈沖峰值功率不夠大以及不夠安全等缺點。軍方希望能夠研制一種就像雷達一樣能夠重復使用，只消耗電能的電磁武器系統。這就要求必須采用以虛擬陰極振蕩器為機理的新一代總體設計。

虛擬陰極振蕩器由陰極產生的電子束經加速到達網狀陽極，大部分電子經陽極射出，部分反射，在適當的條件下，射出的電子束在陽極和虛擬陰極組成的空間內發生振蕩，當微波能量達到一定程度時，微波從諧振腔經導能裝置送入喇叭口輻射出去，從而形成強功率電磁脈沖。這種原理被認為是新一代電磁武器的基本技術。虛擬陰極技術目前還在發展之中，還不夠成熟，必須與磁通壓縮發生器一起搭配使用。美國研制的高功率微波戰斗部就是將磁通壓縮發生器和虛擬陰極振蕩器串聯起來，從而產生更大的電磁脈沖功率。

前文提到的波音“反電子設備高功率微波先進導彈項目”可能也采取了類似的設計，仍然不能重復使用，但是已經開始應用以虛擬陰極振蕩器為代表的新一代大功率微波發生器技術。這次試驗所針對的目標據稱是電子設備，而不是通信設備。關鍵區別在于電子設備往往并沒有用來接收電磁波的天線，因而電磁脈沖武器最適用的前門耦合機理就無法產生殺傷效果，必須采用后門耦合進入電子設備內部，從而需要更大的電磁脈沖功率和更精準的定向發射技術。

另外，此次試驗還有一個亮點，就是采用無人機作為電磁武器的載體。由于常規電磁脈沖武器的有效殺傷距離較近，而且使用定向天線作為輻射源，因而使用有人飛機進行抵近投擲往往具有一定的風險。因而，美國空軍正在進行隱身無人機載電磁脈沖武器項目的研究，該項目旨在開發一種能重復發射吉瓦級電磁脈沖的電磁脈沖武器系統，用于攻擊地基傳感器、通信網及防空導彈指令系統。這次試驗無疑檢驗了無人機與電磁脈沖武器的搭配使用問題。