戰(zhàn)場電磁環(huán)境效應(yīng)對軍事人員的作用研究

楊麗芬，王 斌

（中國人民解放軍通信指揮學(xué)院，湖北武漢 430010）

戰(zhàn)場電磁環(huán)境效應(yīng)對軍事人員的作用研究

楊麗芬，王 斌

（中國人民解放軍通信指揮學(xué)院，湖北武漢 430010）

戰(zhàn)場電磁環(huán)境效應(yīng)的研究目的是系統(tǒng)地研究復(fù)雜電磁環(huán)境對于軍事行動所有相關(guān)因素作用和影響的規(guī)律，其中對軍事人員的生物效應(yīng)研究是其中一項(xiàng)重要內(nèi)容。從分析人體的電磁兼容性著手，闡述了戰(zhàn)場電磁環(huán)境生物效應(yīng)對軍事人員的作用機(jī)理，并進(jìn)一步分析和探討了現(xiàn)代戰(zhàn)場上各類電磁輻射對軍事人員帶來的影響與危害。

電磁環(huán)境；現(xiàn)代戰(zhàn)爭；影響；生物效應(yīng)

戰(zhàn)場電磁環(huán)境效應(yīng)研究的根本目的是系統(tǒng)地研究復(fù)雜電磁環(huán)境對于軍事行動所有相關(guān)因素作用和影響的規(guī)律，包括對信息化的武器裝備、作戰(zhàn)人員、后勤物資等的安全性和可靠性的作用與危害。隨著信息技術(shù)在軍事領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，現(xiàn)代戰(zhàn)場上各種雷達(dá)、通信、導(dǎo)航、敵我識別等電磁輻射裝備的種類越來越多，數(shù)量越來越龐大，輻射功率越來越強(qiáng)，部署范圍越來越廣，加上電子對抗的強(qiáng)針對性和高效能等因素，形成了在時(shí)域、空域、頻域重疊交叉的復(fù)雜電磁環(huán)境，對處于高強(qiáng)度電磁輻射中的軍事人員的健康、安全以及作戰(zhàn)行動和作戰(zhàn)能力造成了很大的影響。因此，加強(qiáng)探討戰(zhàn)場電磁環(huán)境效應(yīng)中對軍事人員的生物效應(yīng)研究是推進(jìn)整個(gè)戰(zhàn)場電磁環(huán)境效應(yīng)研究的重要環(huán)節(jié)。

1 人體電磁兼容分析

人體本身就是一個(gè)復(fù)雜的電磁兼容系統(tǒng)。人體組織由于各種生命活動會產(chǎn)生電子運(yùn)動、離子轉(zhuǎn)移和神經(jīng)電活動等生物的電過程，因此產(chǎn)生不同頻率、強(qiáng)度和波形的生物電場、磁場和電流。實(shí)驗(yàn)表明，人體組織呈現(xiàn)一定的電阻抗特性，且在低頻電流下生物結(jié)構(gòu)具有更復(fù)雜的電阻性質(zhì)。人體組織和器官的電阻抗差異比較大，不僅各組織和器官阻抗有所不同，統(tǒng)一組織或器官在不同頻率下的阻抗也不相同，而各個(gè)不同的阻抗值，正表征著人體各組織和器官的功能狀態(tài)，表1列出了幾種組織的電阻抗和電導(dǎo)率。此外實(shí)驗(yàn)已證明，生物結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出電容、電阻和電感的復(fù)合電路特性，即生物電阻抗可以等效為復(fù)雜的阻抗組件。

表1 人體組織的電阻率和電導(dǎo)率

在電磁場與人體相互作用的過程中，人體可以看做是具有均勻性、非線性、局部為各向異性參數(shù)的散射體。因此在研究人體組織的宏觀電磁特性時(shí)可以簡化為宏觀電磁參數(shù)——磁導(dǎo)率μ、介電常數(shù)ε、和電導(dǎo)率γ的描述，可以通過理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)的方法來確定在外部電磁場的輻射下人體中所感受的電磁場，正是這些電磁場與人體組織相互作用，才產(chǎn)生出種種效應(yīng)。通常用生物醫(yī)學(xué)中的一個(gè)重要參數(shù)——比吸收率SAR（specific absorption rate），也即每千克人體組織所吸收的電磁功率來度量電磁輻射在生物單位組織中所感應(yīng)的電場。

2 戰(zhàn)場電磁環(huán)境生物效應(yīng)對軍事人員作用的主要機(jī)理

從目前看，對于電磁輻射生物效應(yīng)的研究大多集中在極低頻電磁場，特別是工頻電磁場的作用，尤其是微波、毫米波和脈沖波的生物效應(yīng)研究。在作用機(jī)制上，除了電磁輻射生物效應(yīng)的熱效應(yīng)獲得普遍接受外，對于其他的機(jī)制認(rèn)識還不夠統(tǒng)一，需要進(jìn)一步證實(shí)。綜合來說，在現(xiàn)代戰(zhàn)場上，電磁生物效應(yīng)作用機(jī)理主要包括熱效應(yīng)、非熱效應(yīng)和累積效應(yīng)。

2．1 熱效應(yīng)

在電磁作用機(jī)理中，人體最終還是由分子、原子組成的。電磁波將在人體組織內(nèi)引起電磁場分布和感應(yīng)電流，機(jī)體內(nèi)的分子和離子因此發(fā)生震蕩和取向運(yùn)動，產(chǎn)生分子偶極化發(fā)生位移，并相互碰撞而產(chǎn)生熱，由于人體組織有介質(zhì)損耗，該能量被人體組織吸收并轉(zhuǎn)變成熱能使機(jī)體溫度升高，從而影響人體各項(xiàng)生命活動。這是目前基本得到公認(rèn)的熱效應(yīng)理論基礎(chǔ)。

2．2 非熱效應(yīng)

有些電磁波生物效應(yīng)現(xiàn)象熱效應(yīng)不能解釋，在某些情況下受電磁波輻射的機(jī)體組織產(chǎn)熱少或者即使產(chǎn)熱也在0．1℃以下仍然出現(xiàn)了效應(yīng)，如人體失衡、頭暈、疲勞、惡心的感覺，稱之為非熱效應(yīng)。目前對其機(jī)理還未形成共識。靜電場、恒磁場、低頻場的作用都屬于此類，會引起神經(jīng)、免疫、內(nèi)分泌、心血管系統(tǒng)以及生殖系統(tǒng)的反應(yīng)和變化。

2．3 積累效應(yīng)

實(shí)驗(yàn)觀察表明，磁場的生物效應(yīng)有滯后、累積和放大等的特性。因?yàn)榇艌鲂枰谧饔糜谌梭w一段時(shí)間后才會引起分子、細(xì)胞、組織、臟器或者整體代謝、功能、結(jié)構(gòu)上發(fā)生變化，表現(xiàn)出累積效應(yīng)。另外，即使外加磁場能量很小，也能作為一種觸發(fā)條件，經(jīng)體內(nèi)信息反饋和放大，最后導(dǎo)致很大的能量變化，即信息放大。

3 戰(zhàn)場電磁環(huán)境效應(yīng)對軍事人員的作用影響

戰(zhàn)場環(huán)境中的電磁輻射包括自然電磁輻射、民用電磁輻射和軍用電磁輻射，其中軍用電磁輻射是戰(zhàn)場電磁環(huán)境的核心組成部分，也是戰(zhàn)場電磁環(huán)境效應(yīng)對軍事人員作用的主要因素。筆者從軍用電磁輻射的通信輻射、雷達(dá)輻射、光電輻射、電子對抗中的電磁攻擊幾個(gè)方面來探討其對軍事人員的影響與危害。

3．1 通信與雷達(dá)輻射

信息化條件下聯(lián)合作戰(zhàn)，通信電磁輻射是戰(zhàn)場電磁環(huán)境的重要組成部分，通信電磁輻射源已成為戰(zhàn)場電磁輻射源的主體之一，且基本上在各種作戰(zhàn)平臺上都有通信輻射源。據(jù)統(tǒng)計(jì)，在集團(tuán)軍配置地域內(nèi)，敵對雙方部署的通信電臺有幾千部，每平方千米最大密度為十余部，通信頻率幾乎達(dá)到了無線電波全頻段覆蓋的程度。通信輻射電磁波頻率范圍主要在輻射區(qū)電磁波對人體作用的典型準(zhǔn)靜態(tài)區(qū)和共振區(qū)。在準(zhǔn)靜態(tài)區(qū)，軍事人員對通信輻射的吸收SAR值的增長正比于頻率的平方，而在共振區(qū)軍事人員（如果按1．8 m高度算）相當(dāng)于直立于大地上的偶極子天線與部分頻段電磁波產(chǎn)生諧振，此時(shí)人體吸收電磁波最多。這2個(gè)區(qū)域的電磁波都可以穿過皮膚和肌肉深入到身體并引起內(nèi)臟發(fā)熱，由于內(nèi)臟熱感覺遲鈍并且散熱困難，長期累積會引起諸多不良反應(yīng)，如頭暈、全身乏力、記憶力減退、睡眠不好、食欲不振、脫發(fā)、多汗、心跳過緩等。

3．2 雷達(dá)輻射

雷達(dá)電磁輻射是戰(zhàn)場電磁環(huán)境中產(chǎn)生大功率脈沖信號的定向輻射。目前軍用雷達(dá)已達(dá)數(shù)百種，用途覆蓋各個(gè)作戰(zhàn)應(yīng)用環(huán)節(jié)；部署使用和運(yùn)載平臺也呈現(xiàn)立體多維和網(wǎng)絡(luò)化，廣泛分布于陸?？仗旆秶鷥?nèi)。這些雷達(dá)電磁輻射源，以各種工作樣式交替或同時(shí)工作，在戰(zhàn)場空間內(nèi)交織成十分密集、復(fù)雜的雷達(dá)電磁環(huán)境，對軍事人員有很大的影響。

雷達(dá)輻射達(dá)到一定強(qiáng)度，會使軍事人員體內(nèi)水分產(chǎn)生熱效應(yīng)，并且破壞人體器官和組織中處于平衡狀態(tài)的微弱電磁場而損傷人體。特別高功率的軍用雷達(dá)輻射，在防護(hù)不周的情況下會導(dǎo)致軍事人員產(chǎn)生神經(jīng)－內(nèi)分泌－免疫網(wǎng)絡(luò)失調(diào)，產(chǎn)生心血管系統(tǒng)、血液系統(tǒng)、眼底、水晶體變化；輕者出現(xiàn)無力綜合癥，重者出現(xiàn)無力、植物性神經(jīng)綜合癥狀。

3．3 光電輻射

光電電磁輻射常規(guī)設(shè)備，按照視覺和波長差異，可劃分為紫外線、可見光和紅外線3個(gè)波段。在戰(zhàn)場上應(yīng)用較多的包括光電偵察、探測、夜視、火控、制導(dǎo)、光通信和光電信息處理的部件、器材和裝備等。一般來說，當(dāng)電磁波的波長大于103 nm時(shí)，不管電磁波強(qiáng)度多大都不會使生物分子電離。因此，光電常規(guī)電磁輻射由于紫外線、可見光、紅外線電磁波的透入深度很小（可見光甚至不能穿透人體皮膚），其對軍事人員主要的影響是皮膚燒傷和眼睛灼傷，同時(shí)也表現(xiàn)為熱效應(yīng)，電磁場分布和感應(yīng)電流使人體組織內(nèi)的分子和離子發(fā)生震蕩和取向運(yùn)動，由于人體組織有介質(zhì)損耗，該能量被人體組織吸收并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苁管娛氯藛T溫度升高，這一效應(yīng)在紅外線表波段現(xiàn)尤其明顯。光電常規(guī)設(shè)備中對戰(zhàn)場電磁環(huán)境形成帶來影響的主要是激光輻射源，常規(guī)激光輻射以其高功率、高單色性和高聚束的特性，對軍事人員能夠直接損傷，包括皮膚和眼睛的灼傷。

3．4 電子對抗中的電磁攻擊

電子對抗是指在敵對雙方為奪取戰(zhàn)場制電磁權(quán)，運(yùn)用各種電子對抗設(shè)備進(jìn)行的電磁斗爭，是戰(zhàn)場電磁環(huán)境最活躍、最具影響力的因素。電磁空間的軍事對抗是戰(zhàn)場電磁環(huán)境復(fù)雜化的重要原因，也是對軍事人員的健康、安全以及作戰(zhàn)行動和作戰(zhàn)能力造成最大影響的因素。電子戰(zhàn)的基本分類包括電子偵察、電子攻擊和電子防御。

1）高功率微波武器攻擊 高功率微波武器是利用非核方式在極短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生非常高的微波功率，以極窄的定向波束直接射向目標(biāo)將其摧毀的一種定向能武器。高功率微波隨能量的變化，可對人體產(chǎn)生不同的毀傷。當(dāng)微波照射強(qiáng)度較弱時(shí)，引起非熱效應(yīng)的生理傷害；當(dāng)微波照射強(qiáng)度增強(qiáng)后，會由于熱效應(yīng)而造成人體不同程度的傷害：1）弱微波照射功率強(qiáng)度（3～13 mW／cm2）時(shí)，作戰(zhàn)人員會由于非熱效應(yīng)生理傷害產(chǎn)生神經(jīng)混亂、記憶力衰退、行為錯(cuò)誤，甚至致盲、致聾或心臟功能衰竭、失去知覺等。2）較強(qiáng)微波照射功率強(qiáng)度（0．5 W／cm2）時(shí)，微波能量的熱效應(yīng)能造成作戰(zhàn)人員皮膚輕度燒傷。3）強(qiáng)微波照射功率強(qiáng)度（20 W／cm2）時(shí)，微波能量的熱效應(yīng)在2 min內(nèi)造成人員皮膚班三度燒傷；4）超強(qiáng)微波照射功率強(qiáng)度（80 W／cm2）時(shí)，能在1 min內(nèi)使被照射作戰(zhàn)人員致死（燒死）。

2）高能激光武器和高能粒子束武器 高能激光武器是利用高能激光波束直接照射目標(biāo)使之摧毀或失效的一種兼有軟殺傷能力和硬殺傷能力的定向能武器。對于軍事人員來說其危害是致命的。毀傷機(jī)理比較復(fù)雜，主要有燒蝕效應(yīng)、激波效應(yīng)、輻射效應(yīng)和熱軟化效應(yīng)。

高能粒子束武器是用高能強(qiáng)流加速器將粒子源產(chǎn)生的粒子（如電子、質(zhì)子、離子等）加速到接近光速，并將其聚束成高密集能量的束流直接射向口標(biāo)，靠高速粒子的動能或其他效應(yīng)摧毀殺傷目標(biāo)的一種定向能武器。高能粒子束武器的粒子束流比激光具有更強(qiáng)的穿透能力，其巨大動能對目標(biāo)具有更大的毀傷能力，能瞬間摧毀目標(biāo)。

［1］ 呂文紅，郭銀景，唐富華，等．電磁兼容原理及應(yīng)用教程［M］．北京：清華大學(xué)出版社，2008．

［2］ 劉培國，侯冬云．電磁兼容基礎(chǔ)［M］．北京：電子工業(yè)出版社，2008．

［3］ 劉亞寧．電磁生物效應(yīng)［M］．北京：北京郵電大學(xué)出版社，2002．

［4］ 熊群力．綜合電子戰(zhàn)［M］．北京：國防工業(yè)出版社，2008．

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A

1008－1542（2011）12－0201－03

2011－06－20；責(zé)任編輯：張 軍

楊麗芬（1973－），女，湖南懷化人，講師，博士研究生，主要從事軍事電磁頻譜管理和戰(zhàn)場電磁環(huán)境效應(yīng)方面的研究。