后勤保障裝備的電磁脈沖防護(hù)

王 磊

(總后后勤科學(xué)研究所，北京 100071）

0 引言

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，軍事行動越來越依賴與電子設(shè)備以及大量的通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備。另一方面，現(xiàn)代軍事后勤保障系統(tǒng)也日益依賴于計(jì)算機(jī)、通信設(shè)備、衛(wèi)星導(dǎo)航、電子標(biāo)簽管理等電子系統(tǒng)。電磁脈沖（EMP）恰好是電子系統(tǒng)的殺手，它利用了電子系統(tǒng)中部件固有的電磁特性弱點(diǎn)，可以在瞬間摧毀或者癱瘓大量的電子裝備和電子系統(tǒng)。本文主要就電磁脈沖的產(chǎn)生機(jī)理、強(qiáng)電磁脈沖對后勤裝備電子裝備影響、以及后勤裝備電磁脈沖防護(hù)措施等問題加以討論。

1 電磁脈沖特點(diǎn)及對電子系統(tǒng)影響途徑

[1]，電磁脈沖根據(jù)其產(chǎn)生機(jī)理可以分為核電磁脈沖（NEMP）和非核電磁脈沖（EMP）。核電脈沖是由高空30～500 km高空區(qū)域發(fā)生核爆炸產(chǎn)生?射線激發(fā)電離大氣層而產(chǎn)生的電磁脈沖。核電磁脈沖覆蓋頻譜很寬，主要在10 kHz～1 MHz，從1～100 MHz逐漸減少。非核電磁脈沖是由電磁脈沖彈頭攜帶的大功率微波產(chǎn)生器在接近目標(biāo)時(shí)瞬間釋放大功率的電磁脈沖，幅度取決于微波功率產(chǎn)生器功率的大小，其頻率覆蓋分米波到厘米波。

電磁脈沖特別是大功率微波電磁脈沖，具有獨(dú)特的傳播機(jī)制和穿透能力，對電子系統(tǒng)造成的影響途徑，根據(jù)電磁波在目標(biāo)處的耦合形式主要包括下面4種：①天線耦合，通信裝備天線系統(tǒng)是接收電磁波能量的部件，當(dāng)天線在其頻帶內(nèi)接收到強(qiáng)電磁脈沖能量會使接收裝備器件損壞無法工作；②電纜及連接處耦合，在強(qiáng)電磁脈沖作用下，保護(hù)處理不徹底的電纜（如信號傳輸電纜、電源電纜）以及設(shè)備連接處都會產(chǎn)生感應(yīng)電流，這些電流經(jīng)過線路到達(dá)器件，就會造成器件的損壞；③縫、空、窗的耦合，具有屏蔽盒的電子系統(tǒng)，強(qiáng)電磁脈沖通過屏蔽盒上縫、空、窗的耦合到達(dá)盒內(nèi)，并在其中產(chǎn)生駐波，造成部件損壞；④導(dǎo)電介質(zhì)的穿透，電磁波在導(dǎo)電介質(zhì)中具有一定的穿透能力，可以通過一些導(dǎo)電介質(zhì)，對地下電子設(shè)備造成破壞。

2 后勤保障裝備電磁脈沖防護(hù)方法

后勤保障系統(tǒng)主要由網(wǎng)絡(luò)平臺、后勤作業(yè)軟件、物資管理系統(tǒng)、運(yùn)輸跟蹤系統(tǒng)等組成，其中：①網(wǎng)絡(luò)平臺，主要由后勤作業(yè)裝備和通信裝備組成。這些裝備一般采用方艙方式，可快速構(gòu)建有線/無線通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對內(nèi)、對外信息及業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的處理與傳輸；②后勤作業(yè)軟件，主要實(shí)現(xiàn)指揮作業(yè)以及調(diào)度；③物資管理系統(tǒng)，主要采用條形碼、射頻卡技術(shù)等，它覆蓋了物資接收、配載、物資發(fā)放等全過程的信息自動采集、傳輸與處理；④運(yùn)輸跟蹤系統(tǒng)，主要由衛(wèi)星定位裝備以及地理信息系統(tǒng)等配套軟件組成。主要用于運(yùn)輸?shù)膶?shí)時(shí)跟蹤和控制。

下面分為后勤作業(yè)裝備、通信方艙、通信系統(tǒng)等3個(gè)方面，介紹后勤保障裝備電磁脈沖防護(hù)方法。

2.1 后勤作業(yè)裝備電磁脈沖防護(hù)[2]

后勤作業(yè)裝備電磁脈沖防護(hù)的重點(diǎn)是機(jī)械車輛的電子電氣系統(tǒng)。電子電氣系統(tǒng)受到干擾主要是由于在電磁脈沖環(huán)境中耦合了一定的電磁能量所致。要想降低電子電氣系統(tǒng)的敏感度就必須減小其對電磁脈沖的耦合能力。電子電氣系統(tǒng)對電磁脈沖的耦合效能與耦合機(jī)制、系統(tǒng)中電路及元器件的布局、阻抗匹配以及電介質(zhì)等因素有關(guān)，所以在設(shè)計(jì)電子電氣系統(tǒng)的過程中必須綜合考慮這些因素，進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過理論分析提出設(shè)計(jì)方案，并通過電磁脈沖模擬試驗(yàn)驗(yàn)證這種方案的可行性，評估其防護(hù)性能。

（1）降低機(jī)械電子電氣電磁脈沖的耦合能力

降低電子電氣系統(tǒng)對電磁脈沖的耦合能力與增加系統(tǒng)的電磁兼容性能是相通的。系統(tǒng)的電磁兼容性包括2個(gè)方面：①系統(tǒng)整體的電磁發(fā)射和敏感度性能；②系統(tǒng)內(nèi)部各個(gè)設(shè)備和分系統(tǒng)之間的電磁發(fā)射和敏感度性能。降低系統(tǒng)對電磁脈沖的耦合能力實(shí)際上也是降低系統(tǒng)整體的敏感度。此外還可以通過隔離、屏蔽、接地等方式來增強(qiáng)電子電氣系統(tǒng)對電磁脈沖的防護(hù)能力。

（2）增加機(jī)械電子電氣設(shè)備內(nèi)部電磁敏感環(huán)節(jié)的防護(hù)能力

電磁脈沖對電子電氣系統(tǒng)造成的干擾和損壞往往是通過對其內(nèi)部電路的某個(gè)元器件造成干擾和損傷引起的，這個(gè)元器件就是系統(tǒng)對電磁脈沖的敏感環(huán)節(jié)。由于系統(tǒng)內(nèi)部的各種元器件對電磁脈沖的敏感度不盡相同，在制定防護(hù)方案時(shí)對所有的元器件采取同樣的防護(hù)措施既不經(jīng)濟(jì)也不現(xiàn)實(shí)，因此需要找出系統(tǒng)中對電磁脈沖最敏感的環(huán)節(jié)，然后采取措施加以重點(diǎn)防護(hù)。

（3）對重要的機(jī)械電子電氣部件進(jìn)行冗余設(shè)計(jì)

為了保證關(guān)鍵裝備和系統(tǒng)在電磁脈沖武器打擊的情況下能夠正常工作，就要進(jìn)行必要的冗余設(shè)計(jì)。對于某些難以進(jìn)行有效電磁防護(hù)的裝備來說，應(yīng)保證其機(jī)械系統(tǒng)的完整性，即使裝備的電子電氣系統(tǒng)被完全破壞了，其機(jī)械系統(tǒng)仍能維持裝備某些性能的正常發(fā)揮。

2.2 后勤保障通信方艙[3]

（1）提高通信方倉電磁屏蔽效能

方倉的設(shè)計(jì)不能僅考慮倉體的剛度強(qiáng)度等要求，還要充分考慮屏蔽效能指標(biāo)。在材料的選擇上，應(yīng)選用電導(dǎo)率、磁導(dǎo)率高的金屬川。所以：①通信車輛的門縫、結(jié)構(gòu)縫隙等設(shè)計(jì)。應(yīng)增加縫隙的深度，減少縫隙的長度，同時(shí)保證結(jié)構(gòu)的電氣連續(xù)性；②通風(fēng)孔設(shè)計(jì)，一般選用安裝通風(fēng)波導(dǎo)窗來進(jìn)行屏蔽，屏蔽的效果取決于波導(dǎo)窗與倉體的電連接特性和波導(dǎo)窗的本身屏蔽指標(biāo)；③采光窗設(shè)計(jì)，在 0.15 MHz～10 GHz的頻率范圍內(nèi)屏蔽指標(biāo)在60 dB以上的方倉不應(yīng)設(shè)采光窗。屏蔽指標(biāo)低于50 dB的倉體可以設(shè)置采光窗，應(yīng)采用專用鋁型材制作采光窗戶，以便與屏蔽絲網(wǎng)有良好的電氣連接性。

（2）提高通信方艙接地效率

在接地點(diǎn)的選擇上，應(yīng)該注意以下3點(diǎn)：①通信車的接地點(diǎn)應(yīng)該選在電阻率低的地方，以降低接地電阻值，比如河邊，潮濕的土壤周圍；②接地點(diǎn)應(yīng)盡量和周圍的地網(wǎng)連接，這樣可有效地降低接地系統(tǒng)的接地電阻，同時(shí)也可以防止在不同地網(wǎng)間形成的電位差，產(chǎn)生對系統(tǒng)的干擾甚至損壞；③利用化學(xué)(在接地點(diǎn)土壤周圍添加降阻劑)或者物理(換土法)的方法降低土壤的電阻率，達(dá)到降低接地電阻的效果。

2.3 通信系統(tǒng)[4]

（1）無線通信系統(tǒng)

無線通信系統(tǒng)的防護(hù)重點(diǎn)部件是天線，主要措施包括：①采用人工干預(yù)方法進(jìn)行有效防護(hù)，從天線上耦合的能量是致命的，在關(guān)電臺無線等通信設(shè)施防護(hù)中，一方面是盡量選擇跳頻擴(kuò)頻通信方式，另一方面在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中加入自閉系統(tǒng)，即在預(yù)知電磁脈沖彈來臨之前將系統(tǒng)迅速關(guān)閉，從而避免接收到強(qiáng)脈沖信號；②減少饋線引入的電磁脈沖傳導(dǎo)效應(yīng)， 外部防護(hù)對天線來說主要是攔截和分流。一方面在饋線和信號線，應(yīng)加裝電涌保護(hù)器(＜SPD)，達(dá)到攔截電磁脈沖的效果；另一方面對饋線要做到良好的接地，饋線在進(jìn)天線處和與電臺連接處的金屬屏蔽層要分別接地。

（2）有線通信網(wǎng)絡(luò)

有線通信網(wǎng)絡(luò)的防護(hù)重點(diǎn)是關(guān)鍵通信裝備，如核心路由交換設(shè)備等。這些設(shè)備保護(hù)措施是建設(shè)屏蔽房，避免后端藕合方式對這些設(shè)備的損傷。核心路由交換設(shè)備以及需要防護(hù)的其他設(shè)備可全部放入屏蔽房內(nèi)，并對可能出現(xiàn)藕合的電纜、縫、窗孔等環(huán)節(jié)采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。另外，對與屏蔽房連接的供電部分，應(yīng)加適當(dāng)?shù)妮斎吮Ｗo(hù)裝置。

有線通信網(wǎng)絡(luò)總體規(guī)劃中，需要考慮有線通信網(wǎng)絡(luò)的冗余設(shè)計(jì)。在通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)可考慮多條通路同時(shí)實(shí)現(xiàn)通信，以便即使在某個(gè)節(jié)點(diǎn)受到電磁脈沖攻擊時(shí)仍能保障通信系統(tǒng)的暢通。

3 加強(qiáng)后勤裝備電磁脈沖防護(hù)的建議

1）研制和改進(jìn)電磁脈沖模擬器設(shè)備，特別是大型電磁脈沖模擬設(shè)施。在電磁脈沖防護(hù)研究方面，美國一直走在世界的前列。美國研制和建造了多種電磁脈沖模擬器設(shè)備和設(shè)施，用于對裝備的電磁防護(hù)性能進(jìn)行測試和研究。對于電磁脈沖的防護(hù)研究，中國起步晚，基礎(chǔ)比較薄弱，與美國等發(fā)達(dá)國家相比還有較大的差距?！肮び破涫拢叵壤淦鳌?，現(xiàn)要借鑒國內(nèi)外有關(guān)電磁脈沖防護(hù)的經(jīng)驗(yàn)，研制和改進(jìn)電磁脈沖模擬器設(shè)備，特別是大型電磁脈沖模擬設(shè)施，引進(jìn)先進(jìn)的電磁測試分析儀器，為中國軍隊(duì)后勤裝備的現(xiàn)代化建設(shè)打下一個(gè)堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

2）加強(qiáng)專業(yè)人才隊(duì)伍的建設(shè)，提高電磁脈沖防護(hù)與攻擊能力。后勤裝備的電磁脈沖防護(hù)研究工作科技含量高，需要有一支高素質(zhì)的人才隊(duì)伍。①建立科學(xué)完善的人才選拔和任用機(jī)制，把專業(yè)水平高的人才集中組織起來進(jìn)行相應(yīng)的技術(shù)研究和攻關(guān)工作，要使既有人才學(xué)有所用；②加強(qiáng)科研院所相應(yīng)學(xué)科專業(yè)的建設(shè)，提高硬件設(shè)施的建設(shè)水平，為人才培養(yǎng)和研究工作提供一個(gè)良好的平臺；③拓寬人才的來源渠道，采取有效措施，積極吸納地方的高水平人才為國防和軍隊(duì)建設(shè)服務(wù)。

3）研究和更新后勤裝備電磁脈沖防護(hù)測試的有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。后勤裝備電磁脈沖防護(hù)研究的最終目的是提高裝備抗電磁脈沖打擊的能力，在未來的信息化戰(zhàn)場上發(fā)揮其應(yīng)有的作用。隨著科技的發(fā)展和技術(shù)的進(jìn)步，電磁脈沖武器的破壞效能會不斷提高，相應(yīng)的，對后勤裝備電磁脈沖防護(hù)性能的要求也要不斷提高。一方面要緊密追蹤國內(nèi)外電磁脈沖攻防技術(shù)發(fā)展的前沿，提高電磁脈沖防護(hù)研究的水平；另一方面就是開發(fā)研究相應(yīng)的防護(hù)措施，制定科學(xué)合理的防護(hù)方案，貫穿到后勤裝備的研發(fā)過程中去，并不斷更新電磁脈沖防護(hù)測試的有關(guān)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，提高后勤裝備電磁脈沖防護(hù)的整體水平。

4 結(jié)語

沒有電磁脈沖防護(hù)的裝備，無異于對敵人袒露胸膛。目前中國軍隊(duì)后勤裝備電子電氣系統(tǒng)的研發(fā)并沒有對電磁脈沖的防護(hù)問題做出特殊的要求，所以必須在今后的裝備研究及試驗(yàn)中加強(qiáng)電磁脈沖防護(hù)技術(shù)研究，并把它貫穿到裝備的研制、生產(chǎn)、檢驗(yàn)和驗(yàn)收的過程中去。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉學(xué)觀，蔡文鋒，郭輝萍,等.電磁脈沖彈及防護(hù)[J].通信技術(shù)，2003(09):112-114.

[2] 周壁華,高成,石立華，等. 人防工程電磁脈沖防護(hù)設(shè)計(jì)[M].北京:國防工業(yè)出版社, 2006.

[3] 白俊，徐筱麟.地域網(wǎng)通信車輛的電磁脈沖防護(hù)[J].現(xiàn)代軍事通信,2006, 14(01):32-34.

[4] 劉鋒,李躍波,潘征，等. 高功率微波對防護(hù)工程的影響及防護(hù)對策思考[J].防護(hù)工程，2011，33（01）：67-70.