印度的秘密武器：“卡利”5000加速器

尹瑞濤

印度教中“卡利”女神的形象

卡利：女神與加速器

印度人對“卡利（Kali）”女神非常熟悉，她有著杜爾嘎女神一樣的兇猛外貌。在印度教中，“卡利”是時間之神（創(chuàng)造、改變、保護、破壞）和力量之神。她的紫色嘴唇經(jīng)常表現(xiàn)出血液的流動;她長牙狀的牙齒下降到她的下唇上，舌頭伸出外面。她經(jīng)常站在她的配偶，無活動性的濕婆上面，她有時候陪伴著魔鬼：她戴著長長的人類頭骨項鏈（幾乎延伸到膝蓋）。她展示出腰帶上的厲害武器。兒童的尸體是耳飾（很可能是代表嬰兒的自然死亡率和由某些疾病引致的兒童死亡），眼鏡蛇是手鐲，加在她身上的花環(huán)是極大的裝飾品。她是白色和虛弱的，她的臉是天藍色的，有黃色的斑紋，她的目光是兇惡的，她凌亂和如剛毛似的頭發(fā)經(jīng)常張開著，就像孔雀尾巴那樣地伸展，她的手臂握著武器，或者嚴(yán)厲的魔鬼的頭;這些物品既象征著她創(chuàng)造性的力量，也象征著她毀滅性的力量，因為卡利使正反感情并存的神性人格化，顯示出它自身，依照印度教的傳統(tǒng)，是生命與死亡，創(chuàng)造與毀滅的不斷循環(huán)?！翱ɡ迸裣笳髦f事萬物的毀滅與消亡，是宇宙萬物自然的流程的一部分。

印度國防領(lǐng)域就有一個以兇惡的“卡利（KALI）”命名的“撒手锏”武器——千安線性加速器（KiloAmpere Linear lngector），它是印度最大的秘密武器，是由印度國防研究發(fā)展組織（DRDO）和巴巴原子研究中心（BARC）開發(fā)的線性電子加速器，但一直處于保密狀態(tài)，有關(guān)它的信息很少。

發(fā)展歷程

“卡利”5000線性電子加速器項目的核心技術(shù)是脈沖功率技術(shù)。

早在1970年代，印度巴巴原子研究中心就已經(jīng)啟動了脈沖功率技術(shù)的研究項目，主要模擬核聚變中輻射效應(yīng)，一直持續(xù)到1980年代。此后，研究方向轉(zhuǎn)向于核電磁脈沖的模擬、加固和壓縮。脈沖功率系統(tǒng)用于戰(zhàn)略目的，可以產(chǎn)生高功率微波和閃光X射線。巴巴原子研究中心的科研人員創(chuàng)造性地開發(fā)出一系列技術(shù)和高能脈沖功率系統(tǒng)，這其中包括設(shè)計與發(fā)展馬克斯發(fā)生器、特斯拉變壓器、脈沖產(chǎn)生線、Blumlein納秒發(fā)生器、快速響應(yīng)開關(guān)、磁脈沖壓縮、固態(tài)調(diào)節(jié)器以及相對論電子束二極管等。當(dāng)初這些系統(tǒng)僅能夠單次觸發(fā)，而目前它們能夠全狀態(tài)運行，并且能用來產(chǎn)生高功率微波和閃光X射線。

脈沖功率技術(shù)的精髓是將較慢的充電脈沖轉(zhuǎn)換為快速放電脈沖，從而使得峰值功率成倍增加，這可以通過多種儲能技術(shù)和功率轉(zhuǎn)換開關(guān)來實現(xiàn)。

“卡利”5000線性電子加速器

卡利項目最初是由巴巴原子研究中心當(dāng)時的主任拉賈杰帕拉·奇達姆巴拉姆博士在1985年提出的，拉賈杰帕拉·奇達姆巴拉姆博士也是時任總理的科學(xué)顧問以及印度原子能委員會的主席。該項目的工作始于1989年，由巴巴原子研究中心的加速器和脈沖功率部門負(fù)責(zé)研發(fā)，負(fù)責(zé)人是P·H·Ron博士，他也是印度首款星球大戰(zhàn)武器項目的總設(shè)計師。印度國防研究與發(fā)展組織也參與了這個項目。最初是用作工業(yè)用途，用于光束焊接。在中國和巴基斯坦看來，卡利作為一種光束武器的潛在軍事作用使其成為一種威脅。

卡利系列加速器被描述為“單次短脈沖吉瓦電子加速器”，單次加速，使用充水電容器來建立充電能量。印度第一個加速器“卡利”75的功率為0.4GW，后來逐步改進，開發(fā)了一系列加速器如“卡利”80，“卡利”2000，“卡利”5000和“卡利”10000。其中“卡利”5000加速器于2004年底投入使用，功率逐漸增加，目前加速器能夠達到40GW。脈沖時間約為60ns。

系統(tǒng)組成

“卡利”5000由以下部分組成：0-±50KV的直流電源、馬克斯（MARX）發(fā)生器（1.5MV，25kJ）、電容分壓器、布魯姆萊因（Blumlein）型納秒發(fā)生器（1MV，5kJ，60ns）、脈沖形成線、羅氏線圈、REB二極管、鉛屏蔽層、高功率微波產(chǎn)生裝置、六氟化硫火花間隙、微波測量裝置、消聲室、齒輪油泵、變壓器油、蓖麻油、油傳輸系統(tǒng)等。預(yù)脈沖開關(guān)、充電電感、REB槍等部件上都覆蓋有蓖麻油。

“卡利”5000印度官方宣傳畫

拉賈杰帕拉·奇達姆巴拉姆博士

馬克斯發(fā)生器及輸出高功率微波的波形

“卡利”5000脈沖電子束加速器的結(jié)構(gòu)框圖

為了產(chǎn)生數(shù)個GW（1G=1x10）的峰值輸出功率，需要運用馬克斯發(fā)生器?！翱ɡ?000系統(tǒng)使用了混合絕緣的馬克斯發(fā)生器（火花間隙用氣體絕緣，其余部分用絕緣油）。馬克斯發(fā)生器（Marx Generator）是通過低壓直流電源產(chǎn)生高壓脈沖，通過電容并聯(lián)充電再串聯(lián)放電的高壓裝置，在負(fù)荷電容上就形成一個數(shù)百千伏到數(shù)兆伏電壓的短暫脈沖波形的沖擊電壓。其原理是：先利用高壓直流電源通過適當(dāng)?shù)碾娮杈W(wǎng)絡(luò)對大量的由氣體火花間隙開關(guān)隔離的脈沖電容器進行并聯(lián)充電，然后通過指令觸發(fā)使這些火花開關(guān)快速順序擊穿，從而導(dǎo)致電容器迅速串聯(lián)起來，把電壓一層一層疊加起來，電壓加倍的倍數(shù)相當(dāng)于火花開關(guān)的個數(shù)，獲得幅值很高的電壓脈沖。為了減少充電階段以及火花間隙開關(guān)，使用了雙極充電的方式。為了控制各種輸出參數(shù)，使用了加壓式火花間隙，通過改變氣體壓強火花間隙開關(guān)來調(diào)節(jié)擊穿電壓。

羅氏線圈是一種原邊為單匝線圈、副邊為多匝線圈的無磁芯電流互感器，其布置方式是載流導(dǎo)體或帶電粒子束流作為圓邊，與無磁芯線圈彎成圓環(huán)狀的彎曲中心軸線重合。

“卡利”5000摧毀導(dǎo)彈的效果圖

六氟化硫（SF6）火花間隙開關(guān)是一種雙電極放電部件，它利用絕緣容器在電極之間充六氟化硫壓縮氣體以提高工作電壓，甚至直接暴露于大氣中，開關(guān)先承受一定的高電壓而呈現(xiàn)絕緣（高阻抗）狀態(tài)，然后氣體擊穿形成等離子體傳導(dǎo)通道而接通電路。六氟化硫氣體是一種優(yōu)良的絕緣介質(zhì)，其絕緣強度較高的主要原因是，作為鹵素元素的氟（F）原子對自由電子具有很強的吸附作用，是強電負(fù)性原子。因此，六氟化硫氣體的放電過程由于自由電子易受吸附而較難發(fā)生，擊穿電壓較高。

脈沖形成線利用電壓波，在一定長度和一定波阻抗的傳輸線上的往來反射成一定脈寬的電壓脈沖，由于脈沖形成線的長度總是有限的，再長也不會超過幾十米，而電壓波在線上的傳播速度通常與光速同一數(shù)量級，因此通過多次反射形成的電壓波形很窄，一般脈寬僅幾十到上百納秒。與此同時，初級脈沖十分不規(guī)則的波形在此過程中被整形或形成更接近矩形形狀的脈沖，這就是脈沖形成線的工作原理。

“卡利”5000系統(tǒng)中脈沖形成線應(yīng)用的是布魯姆萊茵（Blumlein）傳輸線，它由3個同軸圓筒組成，筒間充油或水作為絕緣介質(zhì)，充油稱為油線，充水則稱為水線。中筒與馬克斯發(fā)生器相連充電，內(nèi)筒通過電感與接地的外筒連接。布魯姆萊茵傳輸線可以看做是雙同軸脈沖形成的，對于相同的幾何尺寸，水線阻抗約為油線的1/6，電容約為油線的34倍，因此更適合低阻抗脈沖功率裝置，而其儲能密度則在常用液體絕緣介質(zhì)中的是最高的。

“卡利”5000摧毀反坦克導(dǎo)彈的效果圖

當(dāng)脈沖形成線被充電到額定電壓時，位于形成線終端的開關(guān)接通，脈沖形成線通過二極管的負(fù)載放電，放電過程也是作用于二極管上的脈沖電壓的形成過程。高壓脈沖加到二極管的陰、陽極之間，陰極產(chǎn)生強烈的爆炸式場致發(fā)射，產(chǎn)生電子束，該電子束在陰、陽極之間的高電場下被加速，形成相對論電子注器件所需要的強流相對論電子束。

印度科學(xué)家說，“卡利”5000加速器是一種快速打擊裝置，可以用作粒子束武器。它可以產(chǎn)生高能電子束、激光束、電磁輻射、強X射線或大功率微波?！翱ɡ?000可被用作微波武器，其發(fā)射的微波輻射頻率在3～5GHz范圍內(nèi)。采用高能粒子武器在任何時間摧毀目標(biāo)。

當(dāng)敵方的導(dǎo)彈飛向印度時，“卡利”加速器會迅速發(fā)出強大的相對論電子束，摧毀目標(biāo)。不像激光武器在靶標(biāo)上融化成洞，它是通過破壞電子元器件而摧毀目標(biāo)的。這臺機器生產(chǎn)的巨大的微波爆炸，會癱瘓導(dǎo)彈或飛機上的電子系統(tǒng)和電腦芯片，并馬上將它們擊落。強流相對論性電子束的概念最初由Alfventll、Budkert等人在20世紀(jì)40～50年代提出，但是直到1960年代初期，英國原子武器研究中心（AWRE）的J.C.Martin和他領(lǐng)導(dǎo)的閃光X射線機研究小組首先運用脈沖功率技術(shù)，獲得強流相對論性電子束，來產(chǎn)生高強度的X射線，并成功地將“二戰(zhàn)”期間雷達上所采用的布魯姆萊因傳輸線技術(shù)應(yīng)用于閃光X射線照相研究，使得閃光X射線機的能量和強度都有了極大的提高，從而開創(chuàng)了高功率脈沖技術(shù)研究的新紀(jì)元，才使得這種強流相對論性粒子束的實際應(yīng)用真正成為可能。

“卡利”5000攻擊衛(wèi)星作戰(zhàn)效果圖

“卡利”5000摧毀飛機的效果圖

“卡利”5000產(chǎn)生的高能微波

“卡利”5000是由國防研究發(fā)展組織和巴巴原子研究中心開發(fā)的一種線性電子加速器。這臺機器實際上產(chǎn)生了高能電子脈沖。機器的其它部件將電子能量轉(zhuǎn)換成閃光X射線（用于超高速攝影）或微波。該項目旨在產(chǎn)生約100納秒的電子脈沖，能量約為1兆伏，電流為40千安，功率為40吉瓦。由此產(chǎn)生的相對論性電子束（相對論性電子，指其速度接近真空中光速，因而其運動不服從牛頓方程而必須用相對論力學(xué)方程來處理的電子）將用于產(chǎn)生高功率微波和閃光X射線。這燃起了人們的希望，即有朝一日“卡利”5000可以用于大功率微波炮，通過軟殺傷（摧毀導(dǎo)彈上的電子線路或芯片）摧毀來襲的導(dǎo)彈和飛機。據(jù)印度科學(xué)家說，高功率微波武器的“軟殺傷”相比激光武器的硬殺傷（在金屬上融化洞）具有顯著優(yōu)勢。