高功率微波武器的防空作戰(zhàn)應(yīng)用

王仁濤，王 毅，李 斌

(北方雷達(dá)電子科技集團(tuán)有限公司總體一部，陜西西安 710100)

現(xiàn)代空襲作戰(zhàn)已經(jīng)是信息化主導(dǎo)的高技術(shù)戰(zhàn)爭，作戰(zhàn)雙方的指揮、控制、通信、情報(bào)甚至武器系統(tǒng)本身均離不開信息技術(shù)的支持，快速發(fā)展的各類遠(yuǎn)程精確打擊武器系統(tǒng)，都依賴于各種精密、復(fù)雜的電子信息系統(tǒng)，這極大地提高了武器系統(tǒng)綜合作戰(zhàn)效能，但同時(shí)也增加了武器裝備對(duì)電子系統(tǒng)的依賴性。一旦武器的電子系統(tǒng)遭到破壞，其戰(zhàn)斗力都會(huì)銳減甚至喪失，這給未來防空系統(tǒng)的發(fā)展提供了新的思路，即對(duì)空襲武器電子系統(tǒng)實(shí)施有效攻擊，使其損毀或失效，從而無法完成空襲任務(wù)［1－2］。

高功率微波武器技術(shù)是指利用向空間發(fā)射極高功率的微波射束能量，直接殺傷目標(biāo)或使目標(biāo)喪失作戰(zhàn)能力的武器技術(shù)［3］。將該技術(shù)應(yīng)用于未來防空武器系統(tǒng)，可在近距離殺傷和摧毀來襲目標(biāo)，在遠(yuǎn)距離干擾破壞敵武器系統(tǒng)使其失去作戰(zhàn)能力，極大地提升防空系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力。

1 基本原理及發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 基本原理

作為一種新概念定向能武器，高功率微波武器與現(xiàn)有的依靠化學(xué)能爆破或動(dòng)能撞擊的彈藥武器有著本質(zhì)不同，它是利用高功率微波照射目標(biāo)產(chǎn)生的電效應(yīng)和熱效應(yīng)破壞敵方雷達(dá)、計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備的一種武器。目前主要有兩種:核高功率微波武器與非核高功率微波武器?，F(xiàn)階段各軍事強(qiáng)國普遍關(guān)注和重點(diǎn)研發(fā)的主要是非核高功率微波武器，因而本文的研究對(duì)象是主要非核高功率微波武器。

高功率微波武器發(fā)射的微波峰值功率通常超過100 MW，使用的電磁波頻率為1～300 GHz的微波頻段。整個(gè)武器系統(tǒng)由初級(jí)能源、能量轉(zhuǎn)換裝置、高功率微波發(fā)生源、高增益天線、以及跟瞄裝置和輔控裝置組成。初級(jí)能源經(jīng)過能量轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)變?yōu)楦吖β蕪?qiáng)脈沖電子束，在高功率微波發(fā)生源內(nèi)，電子束與電磁場相互作用，產(chǎn)生高功率微波，通過高增益天線形定向微波脈沖波束發(fā)射出去，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行照射，產(chǎn)生干擾和毀傷效應(yīng)［4－5］，如圖 1 所示。

圖1 高功率微波武器基本組成框圖

高功率微波武器輻射出的高功率能量與照射目標(biāo)相互作用過程中，產(chǎn)生電效應(yīng)和熱效應(yīng)，對(duì)目標(biāo)實(shí)施攻擊。根據(jù)目標(biāo)處的輻射功率密度不同，高功率微波武器能對(duì)電子系統(tǒng)造成不同程度的攻擊效果［6］。一般而言，功率密度越大，攻擊效果越顯著，如表1所示。

表1 高功率微波武器攻擊效果

1.2 武器現(xiàn)狀

(1)陸基高功率微波武器。

實(shí)際上是一種可重復(fù)使用的高功率微波發(fā)射系統(tǒng)，配套有傳感器系統(tǒng)以及指揮控制系統(tǒng)，通過對(duì)目標(biāo)的定位和跟蹤，發(fā)射高功率微波束進(jìn)行照射，具有極強(qiáng)的毀傷能力。安裝在地面固定設(shè)施或移動(dòng)車輛、艦船上，主要用于攻擊飛機(jī)、艦艇、戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈、裝甲車輛等。如美國在伊拉克部署的用于反戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈的高功率微波武器，以及“警惕之鷹”陸基微波武器系統(tǒng)。俄羅斯也研制出了重約13 t、工作在X波段，由3輛越野卡車組成的用于地面防空的陸基高功率微波武器的試驗(yàn)樣機(jī)，并進(jìn)行了外場試驗(yàn)。如圖2所示。

圖2 陸基高功率微波武器

(2)高功率微波彈。

通過在炸彈或?qū)棏?zhàn)斗部上加裝高功率微波發(fā)生器和輻射天線的方式來構(gòu)成高功率微波彈，利用炸藥爆炸壓縮磁通量的方法把炸藥能量轉(zhuǎn)換成電磁能，再由微波器件把電子束能量轉(zhuǎn)換為高功率微波能量，并由天線發(fā)射。美軍已成功研制一種以GPS/INS制導(dǎo)、由914 kg級(jí)別的MK84常規(guī)炸彈為載體的高功率微波彈頭［7］，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。

淺論水利風(fēng)景區(qū)水文化遺產(chǎn)的分類保護(hù)利用方法…………………………………………………… 周 波(19.62)

圖3 美軍研制的高功率微波彈結(jié)構(gòu)圖

2 防空應(yīng)用分析

在防空作戰(zhàn)中，導(dǎo)彈突防、精確化飽和攻擊以及敵空中平臺(tái)的打擊是面臨的3類主要威脅。隨著電子、航空、隱身等技術(shù)迅速發(fā)展，現(xiàn)代空襲兵器與空中平臺(tái)呈現(xiàn)出高速、高機(jī)動(dòng)、小目標(biāo)、多目標(biāo)、低空、超低空等特點(diǎn)日益顯著，傳統(tǒng)的防空武器系統(tǒng)已經(jīng)很難應(yīng)對(duì)。

與傳統(tǒng)的防空武器利用化學(xué)能或動(dòng)能實(shí)施攻擊不同，高功率微波武器利用高功率的微波脈沖波束實(shí)施攻擊，這是兩者最本質(zhì)的區(qū)別。因此，傳統(tǒng)防空武器與高功率微波武器有許多不同之處，如表2所示。

表2 高功率微波武器與傳統(tǒng)防空武器特點(diǎn)對(duì)比

可以看出，高功率微波武器的作戰(zhàn)性能優(yōu)良，作為火力打擊武器，能夠保證在同樣條件下，極大提高防空系統(tǒng)的作戰(zhàn)能力，有效應(yīng)對(duì)現(xiàn)有的防空威脅。特別是對(duì)于反輻射導(dǎo)彈和隱身導(dǎo)彈，高功率微波武器毀傷力度極大:前者的天線主動(dòng)接收寬頻電磁波能量，使得更多的高功率微波能量能夠耦合進(jìn)入彈體，摧毀其電子系統(tǒng);后者由于通常使用吸波材料，能夠大量吸收高功率微波能量，產(chǎn)生高熱量，燒毀彈體甚至引爆戰(zhàn)斗部。

對(duì)于高功率微波武器的作用距離，可以用式(1)進(jìn)行估算

式中，R為作用距離;Pt為發(fā)射功率;Gt為發(fā)射天線增益;S為目標(biāo)處的功率密度。以國外目前最先進(jìn)的技術(shù)指標(biāo)計(jì)算Pt=20 GW，Gt=60 dB時(shí)，在R為40 km處，仍可產(chǎn)生102W/cm2的照射功率密度，足以造成目標(biāo)電子系統(tǒng)癱瘓。國內(nèi)而言，發(fā)射功率在kMW量級(jí)，天線增益最高也能達(dá)到50 dB，在10 km以內(nèi)的近程空域，高功率微波武器也能有效完成防空任務(wù)。

根據(jù)當(dāng)前面臨的主要空襲威脅和高功率微波武器特點(diǎn)，提出和分析高功率微波武器的3種防空作戰(zhàn)應(yīng)用方式:末段反導(dǎo)、區(qū)域殺傷、空中壓制，以對(duì)抗導(dǎo)彈突防、精確化飽和攻擊以及敵空中平臺(tái)的攻擊。

(1)末段反導(dǎo)。

末段反導(dǎo)是指在來襲導(dǎo)彈的飛行末段對(duì)其進(jìn)行攔截，是對(duì)抗導(dǎo)彈突防的常用方式，以保衛(wèi)重要目標(biāo)的安全。以高功率微波作為火力打擊武器，利用高功率微波對(duì)導(dǎo)彈目標(biāo)進(jìn)行照射，通過前門耦合和后門耦合，產(chǎn)生極強(qiáng)感應(yīng)電流電壓，燒毀導(dǎo)彈上的電子器件，使其制導(dǎo)、控制、引信等電子系統(tǒng)癱瘓，喪失正常工作能力。如果照射導(dǎo)彈目標(biāo)的微波功率密度足夠大，將會(huì)產(chǎn)生極高熱效應(yīng)燒毀彈體，或者非線性效應(yīng)直接引爆導(dǎo)彈戰(zhàn)斗部，完全消除威脅。作戰(zhàn)示意如圖4所示。

圖4 末段反導(dǎo)作戰(zhàn)示意

高功率微波武器對(duì)抗導(dǎo)彈目標(biāo)的主要過程如下:防空系統(tǒng)的傳感器系統(tǒng)對(duì)進(jìn)入飛行末端、開始制導(dǎo)飛行的導(dǎo)彈目標(biāo)進(jìn)行搜索跟蹤，當(dāng)導(dǎo)彈目標(biāo)進(jìn)入高功率微波武器的有效作用距離，發(fā)射高功率微波持續(xù)跟蹤照射目標(biāo)，同時(shí)進(jìn)行航跡分析和威脅判斷，直到引爆導(dǎo)彈目標(biāo)或者分析得出其偏離打擊航跡，不具有威脅時(shí)，完成整個(gè)對(duì)抗過程。

(2)區(qū)域殺傷。

空襲兵器的精確打擊能力、小型化程度都已經(jīng)發(fā)展到新的高度。美軍一架B2隱形轟炸機(jī)一次最多可攜帶80枚JDAM彈，同時(shí)對(duì)不同目標(biāo)實(shí)施精確打擊。再加上如末敏子母彈之類的面殺傷武器，其威脅程度已經(jīng)超過現(xiàn)有防空系統(tǒng)的抗飽和能力。

在對(duì)抗此類高密度、多目標(biāo)、面殺傷的空襲時(shí)，現(xiàn)有防空系統(tǒng)只能依靠防空高炮的高射速、密集彈幕進(jìn)行概率性防御，只是由于彈藥量有限、彈幕覆蓋范圍窄、調(diào)整瞄準(zhǔn)方向時(shí)間較長等原因，防御效果并不理想。

而高功率微波武器發(fā)射的微波波束對(duì)指定區(qū)域范圍進(jìn)行照射，能夠?qū)υ搮^(qū)域內(nèi)的所有目標(biāo)實(shí)現(xiàn)打擊?？梢哉f，高功率微波武器具有真正意義上的區(qū)域殺傷能力，運(yùn)用于防空系統(tǒng)中，使現(xiàn)有的針對(duì)點(diǎn)目標(biāo)打擊的“點(diǎn)防空”轉(zhuǎn)變?yōu)獒槍?duì)區(qū)域目標(biāo)打擊的“區(qū)域防空”。這種由“點(diǎn)防空”到“區(qū)域防空”的模式轉(zhuǎn)變，將使防空系統(tǒng)的防空能力得到一個(gè)質(zhì)的飛躍，作戰(zhàn)示意圖，如圖5所示。

圖5 區(qū)域殺傷作戰(zhàn)示意圖

高功率微波武器區(qū)域殺傷的典型防空作戰(zhàn)過程簡要描述為:傳感器進(jìn)行多目標(biāo)探測、跟蹤獲取數(shù)據(jù)，控制計(jì)算機(jī)根據(jù)各個(gè)目標(biāo)的空間坐標(biāo)劃分區(qū)域，在中程距離上，每個(gè)區(qū)域可以發(fā)射一枚微波炸彈進(jìn)行區(qū)域殺傷，在近程距離上，每個(gè)區(qū)域由地基高功率微波武器進(jìn)行直接照射，實(shí)現(xiàn)高效區(qū)域殺傷。

(3)空中壓制。

武裝偵察直升機(jī)等空中作戰(zhàn)平臺(tái)一直是地面裝甲部隊(duì)在戰(zhàn)場上的最大威脅，它的隱身性和機(jī)動(dòng)性能好、常處于低空飛行狀態(tài)，難以進(jìn)行有效擊毀，主要實(shí)施對(duì)裝甲部隊(duì)進(jìn)行戰(zhàn)場監(jiān)視、戰(zhàn)術(shù)打擊的作戰(zhàn)任務(wù)，使裝甲部隊(duì)行動(dòng)受制，無法有效完成戰(zhàn)術(shù)任務(wù)，而且隨時(shí)可能遭受致命打擊。

為改變裝甲部隊(duì)受制于武裝偵察直升機(jī)的被動(dòng)局面，可以給裝甲部隊(duì)配備高功率微波武器，對(duì)敵武裝偵察直升機(jī)以及飛行員實(shí)施空中壓制，逼迫武裝偵察直升機(jī)離開一定區(qū)域范圍，以便于裝甲部隊(duì)完成作戰(zhàn)任務(wù)。如果功率足夠大，將能夠在武裝偵察直升機(jī)離開照射區(qū)域前，將其燒毀。作戰(zhàn)示意如圖6所示。

圖6 空中壓制作戰(zhàn)示意

空中壓制是指使用高功率微波武器在搜索跟蹤傳感器的引導(dǎo)下，由陸基高功率微波武器或發(fā)射高功率微波彈對(duì)直升機(jī)部隊(duì)所處區(qū)域進(jìn)行照射，高功率的微波波束能造成兩方面效應(yīng):一是對(duì)直升機(jī)的電子系統(tǒng)造成干擾和翻轉(zhuǎn)，無法正常工作;二是對(duì)飛行員造成強(qiáng)烈的灼燒感和疼痛感，逼迫飛行員操作直升機(jī)離開照射區(qū)域。

3 關(guān)鍵技術(shù)

高功率微波武器要作為防空武器應(yīng)用，主要需要解決以下3項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù):

(1)高功率微波源技術(shù)。

高功率微波脈沖源是高功率微波武器的關(guān)鍵和先決條件，其作用是產(chǎn)生高功率的微波脈沖。目前，各國已經(jīng)設(shè)計(jì)出的GW量級(jí)的微波功率源主要有:虛陰極振蕩器、相對(duì)論磁控管、回旋管振蕩器、自由電子激光器等，但是這些高功率微波源的體積和重量很大，功率效率非常低，同時(shí)必須有高質(zhì)量的冷卻設(shè)備和能源供應(yīng)系統(tǒng)［8］。

(2)超寬帶和超短脈沖技術(shù)。

超寬帶和超短脈沖技術(shù)是高功率微波武器發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)，它利用極快的電路直接激勵(lì)低色散寬帶天線，產(chǎn)生ns級(jí)超短脈沖，使脈寬和頻率接近于同一數(shù)量級(jí)。

(3)高增益天線技術(shù)。

高功率微波武器的天線必須具有高增益，提高殺傷能力;并盡量抑制副瓣，避免對(duì)己方人員和設(shè)備造成不良影響。同時(shí)還需要具備耐高功率能力，避免高功率微波能量燒毀天線。在工藝上還要力求做到高精度加工、天線面板不拼接以及接縫導(dǎo)電處理等，以保證阻抗連續(xù)，不發(fā)生打火擊穿效應(yīng)。

4 結(jié)束語

高功率微波武器技術(shù)發(fā)展到今天，已走向成熟。美國、俄羅斯等國已經(jīng)開始進(jìn)行高功率微波武器的型號(hào)研制。為便于高功率微波武器大規(guī)模裝備部隊(duì)，在防空作戰(zhàn)中使用，防空型高功率微波武器的發(fā)展趨勢(shì)主要表現(xiàn)為:減小武器體積重量，以便安裝在各種運(yùn)載平臺(tái)上;進(jìn)一步提高輻射功率，增強(qiáng)殺傷能力;向更寬頻段擴(kuò)展，獲得可調(diào)整的波束寬度，挖掘更多的作戰(zhàn)功能;與雷達(dá)系統(tǒng)集成［9］，提高機(jī)動(dòng)性能和生存能力。

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