电磁突防的利器—美国CHAMP计划发展分析.doc

电磁突防的利器美国CHAMP计划发展分析来源：现代军事2014年 11期 作者：苏党帅 王茜 石绍柱CHAMP是美国近期发展的一种空基高功率微波武器系统。这种武器系统成功地实现了高功率微波技术与巡航导弹技术的集成，具有重要的潜在军事应用价值。文章对CHAMP计划的发展、试验以及美国国内对此的认识等进行介绍，在此基础上，对CHAMP可能的作战目标与作战模式以及其未来发展进行了分析当代战争是“陆、海、空、天、电磁”五维一体的空间立体式的联合作战，其中制电磁权对于现代战争的影响，已越来越明显，成为决定战争胜负的关键因素。高功率微波(HPM)武器主要用来攻击敌方的电子设施系统，可对智能弹药、导弹系统、雷达系统、通信指挥系统、电子侦察、卫星以及控制与导航等信息化武器装备中的电子设备和系统产生干扰、扰乱、损伤或烧毁等效应。正因于此，世界各军事大国都在积极发展高功率微波武器系统，其中又以美国和俄罗斯发展最早，技术较为成熟，瑞典、德国等欧洲国家也开展了大量的研究工作。根据目前的公开资料来看，陆基(包括舰载)的高功率微波武器技术发展较为成熟，美国陆续发展了多种陆基的高功率微波武器样机系统，如用于反恐作战的主动拒止系统(ADS)、用于机场防御的“警惕之鹰”系统等，但此类武器系统的作战半径都很有限。2008年，美国开始研制基于巡航导弹的高功率微波武器系统，即反电子系统高功率微波先进导弹计划(CHAMP)，并于2012年10月成功进行了样机的试验演示验证，成功地实现了微波武器技术与航空飞行器技术的完美结合。由于巡航导弹具有精度高、射程远、突防能力强的特点，反电子系统高功率微波先进导弹系统的出现对于夺取战场大范围内的制电磁权，以及对重要战略目标进行先遣电磁打击都具有划时代的意义。CHAMP计划概况反电子系统高功率微波先进导弹计划(CHAMP)是一项联合概念技术演示计划，由美太平洋司令部提出需求，空军研究实验室(AFRL)牵头。项目于2008年10月在FAS网站发布招标合同信息，其目标是研发、试验、演示多脉冲、多目标机载HPM演示平台，且具有非动力、低附带损害的性能，能够降级、破坏或者毁坏电子系统。为实现该目标，要求合同商研发一种集成至机载平台的紧凑型HPM有效载荷。合同商应当生产5套机载演示平台，1个无集成HPM源的机载平台，用于演示运输、控制和引信的飞行试验，其他4个集成HPM源的机载平台用于飞行试验、演示、HPM效应试验。这4个HPM样机中，1个用于地面试验，2个用于飞行试验，还有1个作为飞行试验的备份。2009年4月27日，波音公司获得该合同，价值3800万美元(预估金额为4000万美元，分3年支付)，这项CHAMP联合性能技术演示(JCTD)计划将是第一个演示反电子系统HPM航空演示器的项目。该项目为期3年，包括地面和飞行演示，将专注于技术集成和军事应用。波音公司作为主承包商将提供机载平台和系统集成。新墨西哥州阿布奎恩(Albuquerque)市的Ktech公司作为主要分包商将提供HPM发射源。桑迪亚国家实验室将提供脉冲电源系统。波音鬼怪工作组(Phantom Works)CHAMP项目经理基斯科尔曼认为，这种演示器将提供一种革命性的非致命系统，能够帮助美国军方应对各种目标，并将附带毁伤降到最低。该系统融合了空军研究实验室紧凑型微波技术和波音公司的先进飞行器设计制造技术，将会催生一类新型非致命高效系统，从而“改变游戏规则”。美国空军科学顾问局从事定向能武器项目的专家道哥比森(Doug Beason)认为，CHAMP的HPM可以通过飞机或无人机上的平台发射，甚至可以通过可回收的巡航导弹实现，这种导弹可以安全降落在其最初发射点附近的陆地上。当然要想实现系统可用，还需克服许多困难，包括天线及电源的小型化。2011年9月，波音公司宣布CHAMP导弹在犹他试验训练基地完成了首次飞行试验。此次飞行试验实际是在5月17日完成，HPM系统未被激活，但是导弹定位了多个仿真目标及坐标，确定导弹飞行过程可控，HPM系统的时机可控。据称，2011年还将继续进行其他多次试验，但未见相关后续报道。2012年10月16日，CHAMP再次在犹他州(Ultah)试验训练靶场进行了1次飞行试验。按照既定路线，CHAMP在犹他沙漠低空飞行1个小时，在沙漠上空自毁之前使7个不同目标内的电子系统降级或失效。CHAMP飞过时，沿线房屋中放置的计算机全部黑屏，甚至关闭了试验记录用的遥控TV相机。与传统的动能武器(如导弹、炸弹、子弹等)不同，CHAMP是从目标上空飞过，而不是穿过目标。波音公司和空军研究试验室认为，2012年10月16日在犹他州在试验训练靶场进行的CHAMP试验取得了巨大的成功，“我们打中了所有设定的目标，在今天将科学幻想变为了现实。”波音飞机副主席詹姆斯多德认为这是对付其他国家日益复杂的雷达系统的有效武器。美国国内对CHAMP计划的认识美国国防部公布的其空军HPM武器发展规划提出了从20052025年投掷型电磁脉冲弹的发展规划：近一段时期内，美国空军重点发展战机投放的小型化反电子HPM武器，打击对象是对方的防空系统;20152020年主要研究可大面积抛撒的高功率微波弹药;到2025年，将研制出大型战机机载可远距离、较大范围、攻击多目标的反电子HPM武器。根据上述发展规划，自2009年开始，美国空军已推出了反电子HPM先进导弹计划。因此，综合分析来看，此计划还处于第一步阶段。CHAMP计划提到未来可配备至F-35上，有助于避免F-35被敌方无源雷达系统跟踪，这正是其第2步发展目标，无疑具有重要的军事价值。为探讨定向能武器的应用问题，美国空军在2013年2月2728日、3月1819日、4月2425日召开了3次会议，针对美国空军定向能应用的研究与发展评估相关问题。研讨会重点关注定向能的武器应用。除空军科学技术界及主要司令部的代表外，研讨会委员会还邀请了多个单位的定向能武器专家，包括美国海军、陆军、国防秘书办公室、国防先进研究项目局(DARPA)的专家代表。在HPM武器应用方面，与会专家主要围绕CHAMP展开讨论，个别报告人还介绍了反简易爆炸设施、准连续毫米波主动拒止系统、HPM效应数据库的建设等相关工作。针对CHAMP计划，如下与会专家发表了见解或看法：空军研究实验室(AFRL)定向能分部首席科学家彼得金(Peterkin)博士彼得金博士主要论述了CHAMP联合概念技术演示(JCTD)及其后续项目“超级Champ”。空军研究试验室如何利用联合射频效能模型(JREM)来优化开火坐标和瞄准点，预测对目标的杀伤概率，在系统飞行试验之前，利用JREM开展CHAMP的研发工作。单枚CHAMP弹能够作用于多个目标，实现多种有效杀伤。在CHAMP 联合概念技术演示中，2次交战之间的充电时间为数十秒量级。在概念研究阶段，通过在同一目标上空多次实施交战，来提高有效杀伤。“超级CHAMP”的近期目标是在作战相关范围内拓展CHAMP的反电子能力，中远期目标是提供频率捷变的反电子能力，利用其他平台从更远的距离处实施网络战效应和电子战效应。桑地亚实验室军事系统及技术部副主任万斯贝尔(Vance Behr)博士在CHAMP计划中，桑地亚实验室室主要负责CHAMP 联合概念技术演示的脉冲功率系统。贝尔博士主要讲述了电子战损伤评估工作;高功率瞬时电子波形与电子器件的耦合建模工作;频率灵活并可控的HPM天线设计工作;紧凑型HPM源;895吉赫兹射频辐照飞行状态下的无人机以及控制系统后的效应测量工作等相关研究工作。波音公司“鬼怪”工作组的CHAMP项目管理人基斯科尔曼(Keith Coleman)科尔曼概述CHAMP 联合概念技术演示及后续工作。CHAMP综合了多个复杂系统，包括飞行控制系统、功率分布系统、HPM源、靶目标系统等。克服的困难包括：脉冲功率、电压绝缘、导弹飞行系统的电磁防护(自损伤防护)、精确到靶、武器点火触发技术、微波束传输到靶、对靶目标的微波效应预测及验证、作战概念的开发、新型导弹的作战分析等。雷声公司彼得杜瑟里斯(Peter Duselis)博士杜瑟里斯博士主要讲述了CHAMP载荷及效应测试，他认为，系统的真空环境是影响CHAMP寿命的关键因素，目前，CHAMP的源是ACES，由真空泵维持系统的真空环境。CHAMP弹需要维持1年的真空环境，这需要真空泵24小时工作，以满足工作压力。杜瑟里斯介绍，通过修正软件，可以使CHAMP弹在发射之前使用B-52的电源;他对2012年的飞行试验结果进行了评估，更加详细的介绍了目标电子系统的效应水平;对CHAMP载荷需要改进的主要方面进行了评估。据介绍，改进之后，CHAMP弹具有更高的辐射效率，消除或简化了子系统，可对目标实施多脉冲作用，脉冲间隔小于10毫秒。美国太平洋司令部科技顾问肯布鲁纳(Ken Bruner)布鲁纳认为CHAMP飞行试验结果甚至好于原先的地面试验，导弹按计划飞行，并成功制导，通过翻转导弹成功激发HPM，载荷工作正常。CHAMP弹对目标电子系统的大多数效应是瞬时的，因为这种效应机制会强制关闭系统，必须在给定时间后才能重启。从太平洋司令部的角度出发，CHAMP可能应用于多种太平洋空海作战环境。布鲁纳指出，美国太平洋司令部还对CHAMP对抗大型舰船电子系统的试验感兴趣，并支持已经提议的32枚CHAMP弹的快速采办项目，在未来10年增加全寿命成本预算和合同上后勤保障。总的来说，太平洋司令部支持空中战斗司令部(ACC)的后续CHAMP及其它HPM项目。目前，美国军方和HPM届的大多数与人都对CHAMP项目予以较高的评价，认为这是美国空军HPM领域的重要项目，如ACC首席科学家办公室的戴维罗比就认为：CHAMP联合概念技术演示利用3年时间，花费7000万美元取得了突出研究成果;空军喜欢做这种有积极投入产出的项目，为作战人员提供改变作战形势的能力;应当部署这种不对称、破坏性能力强的武器系统。CHAMP计划的潜在价值及未来发展趋势CHAMP计划首次成功地实现了HPM技术与航空飞行器技术的完美结合，特别是首次解决了脉冲功率装置的小型化、HPM天线设计、紧凑型HPM源以及导弹的自防护等关键技术，具有重要的应用前景。从目前美国国内的发展形势来看，CHAMP是最有可能在近期实现初步部署应用的高功率微波武器系统，将会对航母战斗群、卫星地面接收系统、大型预警雷达等形成威胁。目前，CHAMP可在近距离对开放场所的民用计算机网络、通信网络、电力网络、工业控制系统等民用设施进行扰乱破坏，也可在更近的距离对不按规范使用或电磁兼容(EMC)不良的少数军用设施产生扰乱效应，但应该很难造成物理损伤效应。但是，通过CHAMP实现先遣的电磁打击，尤其是针对具有重要战略目标的关键指挥通讯与雷达系统实施电磁打击，可为后续火力攻击提供战略时机。从目前来看， CHAMP将会对以下几类目标形成重要威胁：航母战斗群一般来讲，航母战斗群的防御范围约在500千米的左右，而巡航导弹的作战半径可达到数千千米的范围，且巡航导弹雷达散射面小，突防能力强，通过对航母战斗群实施先遣的电磁打击，利用CHAMP对分布在20千米范围内的航母战斗群进行电磁攻击，对其指挥控制与雷达系统进行干扰破坏，为后续的火力打击赢得战略时间。地面卫星指挥通信与预警雷达阵地地面卫星指挥通信与大型预警雷达系统在现代战争中具有重要的价值，一般都是由前端的天线与后端的计算机处理系统组成，且分布存在于数千米的范围内。巡航导弹的突防进入作战范围后，通过CHAMP的多次不连续电磁打击，可对一定范围内的卫星接收站与预警雷达形成干扰，严重时会对后台的网络及计算机构成干扰，造成网络阻塞、丢包、数据错误、计算机重启等现象，数据及指令无法正确收发，影响系统正常工作，从而为后续的打击提供战略时机。作战战场环境以美军最新提出的网络中心战为例，网络中心战是信息优势驱动下的作战概念，通过遍布战场的传感器网络，决策者和执行者可以共享情报。这种作战体系保证在恰当的时间和地点为联合作战实施快速指挥，获取压倒性的作战效果。然而，网络中心战所依赖的计算机、网络、电台、供电设备、各类传感器、导航卫星、飞行器、舰艇等均以电子设备为基础，这就为对情报数据链、卫星通信、全球定位系统接收机、无线电设备等电子系统进行电磁打击提供了可能，从而获得战场的主动权。由于CHAMP计划所取得的重大成就及其潜在的巨大军事价值，美国又提出了Super CHAMP计划。其近期目标