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1300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。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015W/cm2时,人体皮肤会受到灼伤;当达到20W/cm2时,2秒内将使人体达到三度灼伤;当功率密度达到80W/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。军事应用较大的可制成炸弹形式，用装备有导航攻击系统、能够投放GPS制导武器的战术飞机投放。

由导弹、炸弹运载的高功率微波弹通过在导弹或炸弹战斗部上加装电磁脉冲发生器和辐射天线的方式构成，利用炸药爆炸压缩磁通量的方法产生高功率的电滋脉冲。在海湾战争中，美海军普用“战斧”巡航导弹运载实验型高功率微波弹。最近开发成功的装于常规炸弹和滑翔炸弹上的GPS卫星导航制导组件，为投放这种武器提供了非常高的精度。美国空军将配备GPS制导的GBU－29/30联合直接攻击弹药(JDAM)和AGM－154联合防区外武器(JSOW)滑翔炸弹，可用于高功率微波弹投放。其他国家也正在开发研究这种技术。

在新世纪，高功率微波弹将成为西方国家作战使用的标准武器，每一种能够投放标准制导武器的飞机也将成为投放高功率微波弹的载机。3.4用作无人作战飞机的攻击武器美军的无人机(UAV)有捕食者、全球鹰、猎狗、黑星等，这些无人机由于在最近的阿富汗战争与伊拉克战争中大放异彩而让人耳熟能详。虽然这些无人机的任务互不相同，但是每一种都具有侦察和监视能力，如果在这些无人机上搭载HPMW，那么它们将变成无人战斗机(CUAV)。目前美-国正在开发一种可重复使用的高功率微波武器，用于装备波音公司的x－45Block30无人作战飞机，攻击那些电子系统易受攻击的目标。它的摧毁机制远比激光快得多，只要几秒钟就能摧毁目标。这种小型无人机可从较大的无人机或载人飞机上空投，能产生宽带射频。其强大的射频脉冲足以使许多电子器件瘫痪而停止工作。这种微波射频武器可做得非常小，只有几英尺长(1英尺：0.3m)，重几百磅(1磅=0.454kg)，能够安装在翼展约0.6m的小型无人战斗机上，将巨大的电磁能量投放到离敌人天线几百英尺的位置。这种微波武器的作用范围要比一枚普通炸弹大100倍，但又不会伤及实体结构或人员。装备这种微波武器的UCAV的最大能力是每次任务发射100000个高能微波脉冲，平均对每个目标发射约1000个脉冲，可攻击约100个目标。同时，这种微波武器系统还可用来保护无人机免遭敌人导弹的攻击。作为防御系统，这种微波武器可以抵挡红外和雷达制导导弹的攻击，装上相控阵天线后可以重新快速捕获目标。3.5直接杀伤人员这一杀伤机理分为“非热效应”和“热效应”。非热效应指当微波照射强度低时，使导弹和雷达的操纵人员、飞机驾驶员以及炮手、坦克手等的生理功能紊乱(如烦躁、头痛、记忆力减退、神经错乱以及心脏功能衰竭等)。热效应指在高频率微波照射下，人的皮肤灼热，眼白内障，皮肤内部组织严重烧伤和致死等。当微波功率密度达到13mW／cm2时，武器操纵人员的工作状态会发生变化，使武器系统操作失灵：微波功率密度为0.5W/cm2、单个脉冲释放的能量达到20J/cm2时，会造成人体皮肤轻度烧伤：功率密度为20W/cm2时照射2s，可造三度烧伤：功率密度为80W/cm2时，仅ls就可使人丧命。另外，只要目标的缝隙大于微波的波长，微波就可以经过这些缝隙进人目标的内部，还可通过玻璃或纤维等不良导体进入驾驶舱内，杀伤里面的人员。高功率微波武器的作战特点4.1HPMW(高功率微波)作战优点

1）HPMW射束以每秒3>105km/s的光速抵达目标，因此，几乎是瞬时抵达大距离目标，从而使跟踪与拦截问题大大简化，同时目标避开损伤的能力也大幅度下降。

2）射束不受重力影响。由于射束没有质量，因此摆脱了动力学与空气动力学的限制，无需常规弹药确定弹道轨迹所需的复杂计算。

3）HPMW的效应可以进行调整，以便取得致命、非致命、干扰或损伤等不同的效应，

4）HPMW与常规弹药相比拦截目标的成本相当低。在进行导弹防御时，每枚火箭拦截器消耗数百万美元，而用HPMW每发只消耗几千美元就能取得相当的杀伤概率。

5）HPMW具有长时间重复交战能力。

6）HPMW既可作为攻击武器，又可作为防御武器，同时也可以作为传感器(具有雷达跟踪潜能)。

7）HPMW是一种区域武器，可同时攻击多个目标。4.2HPMW存在的缺陷1）微波穿过大气层传播时，大气中的水蒸汽、氧气和雨水对微波具有吸收作用。在战术微波武器1～100km的作战距离内，微波在某些频率的附近有衰减。2）由于微波武器的发射功率很大，在作战使用中，可能会在一定范围内对友邻部队的电子设备和通讯情报系统形成干扰。3)用微波炸弹对核、生物、化学武器储备地点及其生产基地，可能会导致有毒物质释放到空气中。高功率微波武器在各国的研究现状1）美国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。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。总的来说，俄罗斯在高功率微波方面的主要技术成就有：①在等离子体加热用的回旋管方面达到了高峰值功率：②研制了驱动高峰值功率和高平均功率源的小型重复脉冲功率源；③开发了用于回旋管的高效耦合器和吉瓦级结构的输出耦合器。3）英国20世纪80年代以来英国大力发展HPM技术。英国在HPM源脉冲缩短问题和爆炸驱动方面的成果曾受到各国HPM界的关注和赞赏。

1990年英国国防部门利用爆炸磁压缩发生器与特种行波管制造过IGW的微波弹。他们还购买了俄罗斯的NAGIRA雷达，探测海洋杂乱回波中的运动目标，测量设备前端保护器件抵御微波的有效性。一所坐落于英国西南部的秘密设施曾研制多种HPM武器。目前，美国有使用英国在该设施新研制的强力微波炸弹的计划。这种炸弹现正在测试阶段，据报道其释放的电磁波威力相当于核爆，十亿分之一秒内射m数十亿瓦威力的电波。英国还研制并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，其中有些试验工作是在美国进行的，这种