高功率微波定向能武器

微波武器

概述

高功率微波武器（high-power microwave weapon）又称为射频武器，是利用高功率微波束毁坏敌方的电子设备和杀伤作战人员的一种定向能武器。该武器的辐射频率通常在1～30吉赫范围内，输出脉冲功率在吉瓦级。（“吉”是数量级名称，10（U9）称为吉）高功率微波武器属“软杀伤”武器，可从远距离把电子器件“烧”坏，使整个武器失效，也能使人精神错乱、行为失常、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荡器，提高振荡器的输出功率是其中的一项关键技术。

1. 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.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

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

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：