高功率微波國外發(fā)展現(xiàn)狀以及與電子戰(zhàn)的關(guān)系

王 寧，金雪雁

(中國兵器科學(xué)研究院，北京 100089)

0 引言

電子戰(zhàn)是20世紀(jì)初出現(xiàn)的一種作戰(zhàn)樣式，即敵對(duì)雙方為了爭奪戰(zhàn)場空間電磁頻譜的控制權(quán)與利用權(quán)而展開的斗爭，進(jìn)入21世紀(jì)后, 隨著研究應(yīng)用的深入和技術(shù)的提高，電子戰(zhàn)技術(shù)向?qū)掝l帶、大功率、高精度方向發(fā)展, 電子戰(zhàn)手段更側(cè)重于硬殺傷手段的應(yīng)用，而高功率微波等定向能武器的出現(xiàn)為電子戰(zhàn)提供了新的手段[1-2]。

高功率微波(HPM)指峰值功率超過100MW、中心頻率在300MHz～300GHz的強(qiáng)電磁脈沖輻射，高功率微波武器是一種新概念電子對(duì)抗武器系統(tǒng)，可對(duì)敵方的導(dǎo)彈系統(tǒng)、智能彈藥、雷達(dá)系統(tǒng)、通信指揮系統(tǒng)等信息化武器裝備中的電子設(shè)備和系統(tǒng)產(chǎn)生干擾、損傷、燒毀等效應(yīng)[3-5]。與傳統(tǒng)武器裝備相比，高功率微波武器有其自身的的特點(diǎn)：一是攻擊速度快，作用時(shí)間短，高功率微波以光速攻擊敵方目標(biāo)，能夠使敵方電子目標(biāo)瞬間毀壞，留給敵方的反應(yīng)時(shí)間極短；二是與激光等其它定向能武器相比，高功率微波的波束更寬，目標(biāo)覆蓋范圍更大，對(duì)跟瞄系統(tǒng)的要求更低；三是采用電磁能作為打擊手段，可多次使用，對(duì)目標(biāo)進(jìn)行重復(fù)打擊，因此效費(fèi)比高，成本更低。

1 國外高功率微波發(fā)展現(xiàn)狀

高功率微波技術(shù)研究起始于20世紀(jì)70年代，美國、俄羅斯、德國、法國等發(fā)達(dá)國家在高功率微波技術(shù)及其針對(duì)電子設(shè)備和武器裝備的效應(yīng)方面開展了大量的基礎(chǔ)性研究工作，并且逐步開展了高功率微波武器的裝備研制[6-7]，重點(diǎn)應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)榉揽辗磳?dǎo)領(lǐng)域、電磁壓制/打擊領(lǐng)域和特種作戰(zhàn)領(lǐng)域。

1.1 防空反導(dǎo)領(lǐng)域

美國于1997年制定了“高功率微波先進(jìn)防御技術(shù)領(lǐng)域計(jì)劃”，最具代表性的是雷聲公司為機(jī)場開發(fā)的“警惕鷹”(Vigilant Eagle)高功率微波武器防御系統(tǒng)，用于防止飛機(jī)在起降時(shí)受到便攜式地對(duì)空導(dǎo)彈的攻擊，該防御系統(tǒng)由導(dǎo)彈預(yù)警系統(tǒng)、指控系統(tǒng)及固態(tài)高功率微波發(fā)射系統(tǒng)組成，如圖1所示，2006—2009年，“警惕鷹”的各個(gè)子系統(tǒng)分別進(jìn)行了演示驗(yàn)證，并在外場測試中證實(shí)了其對(duì)抗便攜式防空導(dǎo)彈的有效性。

2016年10月雷聲公司發(fā)布報(bào)告，該公司最初為美國陸軍開發(fā)的高功率微波演示樣機(jī)獲得了國防部其他機(jī)構(gòu)的關(guān)注。從2013年開始，該公司就在陸軍希爾堡基地演示了利用高功率微波演示樣機(jī)使小型無人機(jī)失效的能力，研制的代號(hào)為“Phaser”的微波定向能武器樣機(jī)，如圖2所示，系統(tǒng)安裝在1臺(tái)6m長的拖車上,電源由內(nèi)部的柴油發(fā)電機(jī)提供。公開的演示試驗(yàn)中該系統(tǒng)完成了對(duì)Flanker和Tempest2種無人機(jī)的探測、跟蹤、打擊過程，未來可用于反精確制導(dǎo)彈藥和無人機(jī)蜂群。

俄羅斯科學(xué)院無線電研究所研制的Ranets-E機(jī)動(dòng)式高功率微波防御系統(tǒng)，由雷達(dá)、指控系統(tǒng)及高功率微波發(fā)射系統(tǒng)組成，主要用于擾亂航空電子設(shè)備、對(duì)付精確制導(dǎo)彈藥，用于裝備的電磁易損性試驗(yàn)，該系統(tǒng)輸出功率超過500MW，脈沖重復(fù)頻率500Hz，工作頻段X波段，作用距離1～10km。

1.2 電磁壓制/打擊領(lǐng)域

美國從20世紀(jì)90年代開展彈載HPM武器研制工作。2012年10月16日，在“反電子設(shè)備先進(jìn)導(dǎo)彈項(xiàng)目(CHAMP)”的支持下，波音公司利用高功率微波巡航導(dǎo)彈在猶他試驗(yàn)訓(xùn)練靶開展反電子設(shè)備高功率微波試驗(yàn)，如圖3所示，CHAMP按照既定路線，在猶他沙漠低空飛行1h，在沙漠上空自毀前使7個(gè)不同目標(biāo)中的電子系統(tǒng)降級(jí)或失效。CHAMP飛過時(shí)，沿線房屋中放置的計(jì)算機(jī)全部黑屏，甚至試驗(yàn)記錄用的遙控TV相機(jī)也被攻擊失效，此次試驗(yàn)獲得了軍方的肯定。

德國長期開展高功率微波效應(yīng)和軍事應(yīng)用研究，其中萊茵美特和迪爾公司聯(lián)合開發(fā)了一種降落傘型高功率微波戰(zhàn)斗部，演示樣機(jī)型號(hào)RDS1000M，該戰(zhàn)斗部采用了降落傘共形天線輻射高功率電磁脈沖，其輻射功率為1GW，工作頻率100MHz～1GHz，作用距離為10～100m，攻擊目標(biāo)包括：區(qū)域防御系統(tǒng)，雷達(dá)系統(tǒng)、指揮控制和通訊系統(tǒng)。

1.3 特種作戰(zhàn)領(lǐng)域

高功率微波相對(duì)于傳統(tǒng)武器具備攻擊不可見、目標(biāo)選擇性高等特點(diǎn)，所以國外在反恐維穩(wěn)等特種作戰(zhàn)領(lǐng)域開展了應(yīng)用研究，主要裝備有毫米波主動(dòng)拒止系統(tǒng)、微波車輛迫停系統(tǒng)、掃雷反簡易爆炸物裝備等。

毫米波主動(dòng)拒止系統(tǒng)(簡稱ADS)依靠微波源產(chǎn)生頻率為95GHz的微波，經(jīng)天線作用于人體后可使皮膚產(chǎn)生灼痛感，從而驅(qū)散可疑目標(biāo)人員，圖4左所示為美國研制的機(jī)動(dòng)式主動(dòng)拒止系統(tǒng)，該系統(tǒng)輸出功率100kW，天線口徑1.6m，作用距離為750m，但是由于該系統(tǒng)采用超導(dǎo)聚焦技術(shù)，影響了作戰(zhàn)使用，目前美國陸軍與非致命武器計(jì)劃署正在聯(lián)合開展全固態(tài)拒止系統(tǒng)研制，用于代替現(xiàn)有的系統(tǒng)。

美國陸軍實(shí)驗(yàn)室以及“尤里卡”宇航公司等于20世紀(jì)90年代開始先后開展了高功率電磁脈沖對(duì)車輛的效應(yīng)試驗(yàn)，主要測試不同車輛的敏感頻率及迫停所需的功率密度。美國陸軍實(shí)驗(yàn)室研制了窄譜微波車輛迫停系統(tǒng)樣機(jī)，并且依據(jù)財(cái)年制定了詳細(xì)的發(fā)展規(guī)劃。

德國迪爾軍工集團(tuán)基于寬譜高功率微波技術(shù)，研制開發(fā)了多種車輛迫停設(shè)備并對(duì)典型的目標(biāo)車輛進(jìn)行了效應(yīng)試驗(yàn)，2014年法國巴黎防務(wù)展上該公司推出了“car stop”車輛迫停系統(tǒng)，如圖5所示，該系統(tǒng)采用兩元寬譜陣列電磁脈沖合成技術(shù)，輻射場強(qiáng)距離積可達(dá)300～400 kV@1m，輻射系統(tǒng)被集成至城市越野車內(nèi)部，隱蔽性強(qiáng)，可在3～15m距離范圍阻停目標(biāo)車輛，未來還有望用于對(duì)抗無人飛行器、簡易爆炸裝置等。

2015年英國E2V公司對(duì)外發(fā)布了一種微波車輛迫停系統(tǒng)樣機(jī)，該系統(tǒng)工作在L或S波段，脈沖工作比為10%，質(zhì)量為350kg，在UPS供電的條件下，可待機(jī)2h，連續(xù)工作 12min，可在50m的距離上使目標(biāo)車輛熄火。為了降低傳統(tǒng)喇叭天線的體積，該系統(tǒng)目前完成了高功率微波平板裂縫陣列天線測試，如圖6所示。

高功率微波可使電子設(shè)備瞬間失效，因此可用于掃雷和排除簡易爆炸裝置，美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室在2007—2012年期間開展了“MAX POWER”高功率微波掃雷排爆技術(shù)研究，該系統(tǒng)如圖7所示，搭載平臺(tái)為一輛輪式卡車，采用陣列天線輻射，系統(tǒng)于2015—2016年間在阿富汗開展了為期九個(gè)月的戰(zhàn)場環(huán)境測試，目前在新墨西哥開展反簡易爆炸裝置技術(shù)評(píng)估和后續(xù)改進(jìn)工作。

在2015年的土耳其國際防務(wù)展上， ASELSAN公司展示了集探測和掃除一體化的反IED設(shè)備，該設(shè)備的核心是稱為“EJDERHATM”的高功率微波輻射系統(tǒng)，如圖8所示，“EJDERHATM”系統(tǒng)能夠輻射ns量級(jí)的極強(qiáng)電磁場，輻射場強(qiáng)距離積為400kV@1m，可在遠(yuǎn)場使IED內(nèi)部動(dòng)作機(jī)構(gòu)瞬間失效，從而達(dá)到在安全距離清除IED的目標(biāo)，該車輛平臺(tái)的下方集成了IED探測設(shè)備。

圖8 土耳其ASELSAN公司的車載式強(qiáng)電磁脈沖反IED系統(tǒng)

2 高功率微波發(fā)展趨勢分析

經(jīng)過50多年的發(fā)展，由于研究起步時(shí)間較早，無論是技術(shù)發(fā)展水平還是軍事應(yīng)用成熟度，美國在高功率微波領(lǐng)域都具備一定的領(lǐng)先優(yōu)勢，后續(xù)各軍事強(qiáng)國也相繼投入了大量資源在該領(lǐng)域開展工作，目前高功率微波發(fā)展已經(jīng)完成了基礎(chǔ)技術(shù)研究和關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)，進(jìn)入21世紀(jì)，高功率微波技術(shù)在近程防空、電磁壓制、特種作戰(zhàn)等領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了武器應(yīng)用逐步推進(jìn)，某些裝備甚至在戰(zhàn)場得到了驗(yàn)證和測試[8-10]。

雖然高功率微波技術(shù)及其武器化應(yīng)用需各項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)已經(jīng)取得重大進(jìn)展，但是也存在一定不足，主要是部分關(guān)鍵技術(shù)體積龐大，系統(tǒng)能量轉(zhuǎn)換效率不高，搭載在巡航導(dǎo)彈、無人機(jī)等小尺寸作戰(zhàn)平臺(tái)時(shí)，輸出功率較小，導(dǎo)致作戰(zhàn)距離較近。所以各國在尋求發(fā)展頻率覆蓋更寬、輸出功率更高的高功率微波武器裝備，一方面為了獲取更遠(yuǎn)的作用距離，利用陣列天線進(jìn)行電磁脈沖合成進(jìn)而提高峰值功率，同時(shí)注重輻射天線的共形研究；另外一方面為了降低目標(biāo)毀傷閾值，通過增加輸出微波的脈沖寬度或者脈沖重復(fù)頻率，從而提高作用在靶目標(biāo)上的平均功率。綜上所述，高功率微波技術(shù)未來將朝著小型化、陣列化、高重頻化方向發(fā)展。

3 未來高功率微波與電子戰(zhàn)的發(fā)展關(guān)系

美軍對(duì)電子戰(zhàn)關(guān)于電子進(jìn)攻概念的最新闡述，明確增加了高功率微波定向能武器，2017年5月美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室定向能處高功率電磁部(RDH)宣布，授予雷聲公司價(jià)值1000萬美元的合同，開展“高功率電磁網(wǎng)絡(luò)電子戰(zhàn)應(yīng)用”(HPEM CEWA)項(xiàng)目研究。HPEM CEWA項(xiàng)目旨在通過開展實(shí)驗(yàn)、論證概念、記錄結(jié)果，找到將高功率電磁(HPEM)技術(shù)用于軍事網(wǎng)絡(luò)及電子戰(zhàn)領(lǐng)域的方法；將通過研究HPEM技術(shù)在網(wǎng)絡(luò)及電子戰(zhàn)領(lǐng)域的潛在應(yīng)用場景，更好地運(yùn)用現(xiàn)有及新興HPEM射頻源、軟件技術(shù)，推動(dòng)網(wǎng)絡(luò)及電子戰(zhàn)未來發(fā)展。

另一方面，未來的武器裝備將向著無人化、智能化方向發(fā)展，其電子設(shè)備和信息系統(tǒng)將更加復(fù)雜，所以耐受高功率微波的能力將持續(xù)下降，這也為高功率微波武器應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。從未來發(fā)展角度而言，高功率微波武器必將引發(fā)電子戰(zhàn)領(lǐng)域的深刻變革，即從以電磁信息為基礎(chǔ)的軟殺傷階段到以電磁能量為基礎(chǔ)的硬殺傷階段的飛躍，相對(duì)于傳統(tǒng)的持續(xù)性電子壓制手段，高功率微波武器能夠提供一種對(duì)人員非致命、對(duì)電子系統(tǒng)形成瞬間致命毀傷能力的新型作戰(zhàn)樣式。 同時(shí)電子戰(zhàn)的不斷發(fā)展也將牽引高功率微波武器快速走向應(yīng)用，電子戰(zhàn)人員可為微波定向能提供更多的作戰(zhàn)經(jīng)驗(yàn)、任務(wù)規(guī)劃、交戰(zhàn)規(guī)則、目標(biāo)確定和第三級(jí)效應(yīng)的理解等，這些能確保微波武器更加適應(yīng)未來的戰(zhàn)場條件。

4 結(jié)束語

高功率微波武器既可以損傷各類信息傳感器，實(shí)現(xiàn)信息致盲；也可以毀傷通信、數(shù)據(jù)鏈設(shè)備；還可以擾亂計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及武器控制單元，因此在空間攻防對(duì)抗、信息對(duì)抗和反精確打擊等方面具有巨大的軍事應(yīng)用潛力，同時(shí)該武器具有人員非致命、光速攻擊、攻擊波束面覆蓋等能力，是未來戰(zhàn)爭中潛在的重要電磁打擊手段，高功率微波新技術(shù)發(fā)展，必將引發(fā)電子戰(zhàn)領(lǐng)域的深刻變革?！?/p>

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