《电磁场与电磁波》课程教学资源（文献资料，光电）电磁武器_电磁脉冲武器发展和应用.pdf

光机电信息第27卷第9期 OME hf Vol.27 No.9 空、天、地、海、电、磁全维空间的各个信息节点 2电磁脉冲武器的工作原理及其网络构成了立体战场空间的信息网。对于战场敌我双方的任何一方的信息节点给予破坏、切断电磁脉冲武器一般是由能源，能量转换器件都将造成指挥、通信、控制系统的擁痪或失灵，从高功率微波发生器、大型聚焦天线、跟踪瞄准设备而造成战斗力锐减或丧失。和其他系统控制等配套设备构成，其杀伤机理是电针对武器系统中电子系统的相对脆弱性，军事磁脉冲炸弹爆炸时能产生极短(200-400s)的强电大国开始发展电磁脉冲武器。所谓电磁脉冲武器，磁脉冲，通过波导管送到发射天线，发射天线把能是指能产生强烈破坏性电磁辐射场，并通过短暂的量发射到目标，使之毁伤。它可在棵露的导电体上脉冲照射来破坏敌方的雷达、通信、计算机等与电急剧产生数千伏的瞬变电压，对大量电子设备造成磁有关设备的一种武器系统，国外称之为EMP 无法挽回的损失。 (Electric Magnetic Pulse)武器，被称为“第二原了电磁脉冲武器的工作原理是当战斗部到达预定弹”。电磁脉冲武器的作战对象主要是敌方的指挥的起爆位置时，由引信启动第一个同步开关，初级通讯、信息及武器系统，它能够对较大范围内的敌电源放电，脉冲电流通过爆炸磁压缩发生器的线圈：方各种电子设备的内部关键部件同时实施压制性和接着启动第二个同步开关，起爆炸药，将部分炸药摧毁性的杀伤，因此，它是一种性能独特、威力强能量转换成电能，形成强大的脉冲电流；再通过功大、软硬杀伤兼备的信息化作战武器。电磁脉冲武率调制系统和高功率微波源，将脉冲电流的能量转器将给电子战的作战方式带来革命性的影响，是换成高功率微波，经微波天线发射出去后由“前门种能大量摧毁敌方武器系统并将使作战方式发生南或“后门”耦合至敌方电子信息系统实施干扰、破命性变化的新一代武器，是一种可用来控制未来战坏。电磁脉冲武器工作原理如图】所示场、并成为核威慑条件下信息战的杀手铜武器。生器合图1电磁脉冲武器工作原理部。能源部三军的一些研究机构和马里兰大学等启 3国内外电磁脉冲武器技术发展状况校。1983年，桑迪亚国家实验室成功试验了一种炸美国的Fowler JL(944年)和前苏联的Caxaro 药爆炸磁通量压缩器，能产生18川的磁能脉冲。 AD(1951年)分别提出了炸药驱动的磁通量压缩发 Lawrence Livermore国家实验室曾产生过上升时间仅生器EMFCG)概念，从那时起，前苏联、美、英等为500s、有效功率4x10W的高能炸药脉冲。据科技大国纷纷开展了这方面的研究。报道，洛斯·阿拉莫斯国家实验室研制过高能炸药驱 3.1美国电磁脉冲武器发展状况动的电磁脉冲发生器，炸药爆炸压缩磁场产生了上升时 20世纪80年代，美国就开始研制电磁脉冲武间仅400s.1216MA的脉冲.有效功率达4GW、持器，美国从事电磁脉冲武器研制的部门主要是国防续时间非常短的高功率电磁脉冲。美国能源部核武 82 www.omeinfo.com 14-015China Acade Electronic Publishing House.ll rights reserved.w.cninet

Sep. 2010 www.omeinfo.com 3 国内外电磁脉冲武器技术发展状况美国的 Fowler J L (1944 年) 和前苏联的 Caxarov A D (1951 年) 分别提出了炸药驱动的磁通量压缩发生器 (EMFCG) 概念，从那时起，前苏联、美、英等科技大国纷纷开展了这方面的研究。 3.1 美国电磁脉冲武器发展状况 20 世纪 80 年代，美国就开始研制电磁脉冲武器，美国从事电磁脉冲武器研制的部门主要是国防部、能源部、三军的一些研究机构和马里兰大学等高校。 1983 年，桑迪亚国家实验室成功试验了一种炸药爆炸磁通量压缩器，能产生 18 MJ 的磁能脉冲。 Lawrence Livermore 国家实验室曾产生过上升时间仅为 500 ns、有效功率 4×1012 W 的高能炸药脉冲。据报道，洛斯·阿拉莫斯国家实验室研制过高能炸药驱动的电磁脉冲发生器，炸药爆炸压缩磁场产生了上升时间仅 400 ns、12～16 MA 的脉冲，有效功率达 4 GW、持续时间非常短的高功率电磁脉冲。美国能源部核武空、天、地、海、电、磁全维空间的各个信息节点及其网络构成了立体战场空间的信息网。对于战场敌我双方的任何一方的信息节点给予破坏、切断，都将造成指挥、通信、控制系统的瘫痪或失灵，从而造成战斗力锐减或丧失。针对武器系统中电子系统的相对脆弱性，军事大国开始发展电磁脉冲武器。所谓电磁脉冲武器，是指能产生强烈破坏性电磁辐射场，并通过短暂的脉冲照射来破坏敌方的雷达、通信、计算机等与电磁有关设备的一种武器系统，国外称之为 EMP (Electric Magnetic Pulse) 武器，被称为 “第二原子弹”。电磁脉冲武器的作战对象主要是敌方的指挥、通讯、信息及武器系统，它能够对较大范围内的敌方各种电子设备的内部关键部件同时实施压制性和摧毁性的杀伤，因此，它是一种性能独特、威力强大、软硬杀伤兼备的信息化作战武器。电磁脉冲武器将给电子战的作战方式带来革命性的影响，是一种能大量摧毁敌方武器系统并将使作战方式发生革命性变化的新一代武器，是一种可用来控制未来战场、并成为核威慑条件下信息战的杀手锏武器[1]。 2 电磁脉冲武器的工作原理电磁脉冲武器一般是由能源、能量转换器件、高功率微波发生器、大型聚焦天线、跟踪瞄准设备和其他系统控制等配套设备构成，其杀伤机理是电磁脉冲炸弹爆炸时能产生极短 ( 200～400 ns) 的强电磁脉冲，通过波导管送到发射天线，发射天线把能量发射到目标，使之毁伤。它可在裸露的导电体上急剧产生数千伏的瞬变电压，对大量电子设备造成无法挽回的损失。电磁脉冲武器的工作原理是当战斗部到达预定的起爆位置时，由引信启动第一个同步开关，初级电源放电，脉冲电流通过爆炸磁压缩发生器的线圈；接着启动第二个同步开关，起爆炸药，将部分炸药能量转换成电能，形成强大的脉冲电流；再通过功率调制系统和高功率微波源，将脉冲电流的能量转换成高功率微波，经微波天线发射出去后由 “前门” 或 “后门” 耦合至敌方电子信息系统实施干扰、破坏。电磁脉冲武器工作原理如图 1 所示。光机电信息 OME Information 第27卷第9期 Vol.27 No.9 图1 电磁脉冲武器工作原理核能化学能炸药脉冲发生器高能压缩电子束高功率微波发生器控制系统目标天线前门耦合后门耦合目标控制系统 82

第27卷第9用光机电信息 Vol.27 No.9 器研究所研制了一种新型空投高功率爆炸磁压缩微能使敌方的电子设备失效，还具有抗辐射的能力。波炸弹，这种炸弹可产生宽频带的高功率微波辐射另外，据美国陆军导弹防御与航天技术中心专家说，波音公司已研制出一种可用来破坏敌方武器电子设俄罗斯已经研制出一种电磁脉冲炸弹，应用的是小备的高功率微波炸弹。美国讲行了一项称为“Balboa 型强电子加速器原理。它有一个定向天线，用12V 的计划，该计划的中心项目是研制一种利用爆炸磁充电电池供电，可将爆炸的化学能转换为强大的脉压缩发生器驱动的虚阴极振荡器，以产生很高功率冲电能，激发出激光、X射线、宽带无线电波和电磁的微波。现已试验了一个小尺寸的战斗部系统，证脉冲，破坏导弹和炸弹的电子解保装置和点火引信实了该方案的可行性。在1GHz的颜率下，能产生电路或使车辆的发动机熄火。使用时，一次释放出几干焦耳的能量，电子束转换成微波能量的效率为 10GW的高功率脉冲和100MW的能量，相当于10个 20% 标准核电机组的功率。其体积比手提箱还小，质司在1991年的海湾战争中，美海军首次使用由战只有8kg,可用于攻击导弹、飞机，核电站和C3引斧巡航导弹携带的电磁脉冲弹头，用于干扰、毁伤系统的电子及计算机设备，对北约的指挥通信系统伊拉克的防空系统和指挥中心的电子系统。威胁极大。在1999年3月24日北约对南联盟的轰炸中最近，俄罗斯彩虹设计局披露了一种对抗航母美国使用了洛斯阿拉莫斯实验室研制的微波武器，战斗群的电磁脉冲炸弹，它实际上是俄罗斯军事改使南联盟部分地区的各种通信设施瘫瘓了3个多革的产物，彩虹设计局称其为“第二原子弹”。俄海小时。军可利用这种电磁脉冲炸弹作为“撒手锏”，首先破 2003年伊拉克战争中，美英联军再次使用电磁坏航母防御体系，然后用空军实施攻击。武器干扰伊拉克的电子信号，巴格达所有电子信号 3.3其它国家的发展状况被覆盖。据分析，这次使用的是微波弹，功率为目前，英、法、德、日、印等国也在进行电磁 2MW,杀伤半径为2.5km 脉种武器和电磁脉冲炸弹的研究，但水平低于美国 2004年，美国开始对新一代电磁脉冲武器进行和俄罗斯。1992年，英国国防部研制出了一种用飞广泛测试，计划将目前造价昂贵的电磁脉冲武器的机投放的微波炸弹和用导弹携带的微波弹头，它们成本大幅度降低。在空中爆炸后，发射大量的微波脉冲，能烧毁一定 32俄罗斯电磁脉冲武器发展状况区域内的计算机电路和电话线，并扰乱人的大脑神俄罗斯和美国的电磁脉冲技术水平大体相当经系统，使人暂时失去知觉。法国从1988年起将用在某些微波辐射源技术方面，俄罗斯的水平要高于微波武器烧毁电子设备的研究列为重点课题，10年美国。据报道，俄罗斯已研制出电磁脉冲武器系列，后达到了能幅射10100」能量的水平。用其电磁武器对山羊做过活动目标试验，距1km的印度在1999年9月称，他们将研制电磁脉冲武山羊候间死亡.距2km的山羊顷刻瘫痪倒地。俄罗器的实验系统。其巴巴原子研究中心研制的高能电斯用于防空的陆基高功率武器样机系统的微波辐射子加速设备在同年9月进入最后组装阶段，1999年峰值功率为1GW,杀伤距离为1~10km,照射在1km 底进行系统测试。它是印度研制的第一种定向能武远的目标上的功率密度达400W/cm,10km远的目器试验系统，其产生的微波在GW级，能严重损坏标上的功率密度达4W/cm。整个系统质量约3L,分装敌方导弹、飞机上的电子设备和计算机系统。在3辆越野载重车上，并进行过外场试验。该系统 3.4国内电磁脉冲武器及其防护研究状况主要用于保护重要的指挥中心和军事设施，它不仅国内有几个研究所在进行电磁脉冲武器研究 www.omeinfo.com83 21994-2015 China academic lournal electronic Publishing House.all rights reserved http:Sep.2010

Sep. 2010 www.omeinfo.com 器研究所研制了一种新型空投高功率爆炸磁压缩微波炸弹，这种炸弹可产生宽频带的高功率微波辐射。波音公司已研制出一种可用来破坏敌方武器电子设备的高功率微波炸弹。美国进行了一项称为“Balboa” 的计划，该计划的中心项目是研制一种利用爆炸磁压缩发生器驱动的虚阴极振荡器，以产生很高功率的微波。现已试验了一个小尺寸的战斗部系统，证实了该方案的可行性。在 1 GHz 的频率下，能产生几千焦耳的能量，电子束转换成微波能量的效率为 20％。在 1991 年的海湾战争中，美海军首次使用由战斧巡航导弹携带的电磁脉冲弹头，用于干扰、毁伤伊拉克的防空系统和指挥中心的电子系统。在 1999 年 3 月 24 日北约对南联盟的轰炸中，美国使用了洛斯阿拉莫斯实验室研制的微波武器，使南联盟部分地区的各种通信设施瘫痪了 3 个多小时。 2003 年伊拉克战争中，美英联军再次使用电磁武器干扰伊拉克的电子信号，巴格达所有电子信号被覆盖。据分析，这次使用的是微波弹，功率为 2 MW，杀伤半径为 2.5 km。 2004 年，美国开始对新一代电磁脉冲武器进行广泛测试，计划将目前造价昂贵的电磁脉冲武器的成本大幅度降低。 3.2 俄罗斯电磁脉冲武器发展状况俄罗斯和美国的电磁脉冲技术水平大体相当，在某些微波辐射源技术方面，俄罗斯的水平要高于美国[2-5]。据报道，俄罗斯已研制出电磁脉冲武器系列，用其电磁武器对山羊做过活动目标试验，距 1 km 的山羊瞬间死亡，距 2 km 的山羊顷刻瘫痪倒地。俄罗斯用于防空的陆基高功率武器样机系统的微波辐射峰值功率为 1 GW，杀伤距离为 1～10 km，照射在 1 km 远的目标上的功率密度达 400 W ／ cm2 ， 10 km 远的目标上的功率密度达 4 W／ cm2 。整个系统质量约 3 t，分装在 3 辆越野载重车上，并进行过外场试验。该系统主要用于保护重要的指挥中心和军事设施，它不仅能使敌方的电子设备失效，还具有抗辐射的能力。另外，据美国陆军导弹防御与航天技术中心专家说，俄罗斯已经研制出一种电磁脉冲炸弹，应用的是小型强电子加速器原理。它有一个定向天线，用 12 V 充电电池供电，可将爆炸的化学能转换为强大的脉冲电能，激发出激光、 X 射线、宽带无线电波和电磁脉冲，破坏导弹和炸弹的电子解保装置和点火引信电路或使车辆的发动机熄火。使用时，一次释放出 10 GW 的高功率脉冲和 100 MJ 的能量，相当于 10 个标准核电机组的功率。其体积比手提箱还小，质量只有 8 kg，可用于攻击导弹、飞机、核电站和 C3I 系统的电子及计算机设备，对北约的指挥通信系统威胁极大。最近，俄罗斯彩虹设计局披露了一种对抗航母战斗群的电磁脉冲炸弹，它实际上是俄罗斯军事改革的产物，彩虹设计局称其为 “第二原子弹”。俄海军可利用这种电磁脉冲炸弹作为 “撒手锏”，首先破坏航母防御体系，然后用空军实施攻击。 3.3 其它国家的发展状况目前，英、法、德、日、印等国也在进行电磁脉冲武器和电磁脉冲炸弹的研究，但水平低于美国和俄罗斯。 1992 年，英国国防部研制出了一种用飞机投放的微波炸弹和用导弹携带的微波弹头，它们在空中爆炸后，发射大量的微波脉冲，能烧毁一定区域内的计算机电路和电话线，并扰乱人的大脑神经系统，使人暂时失去知觉。法国从 1988 年起将用微波武器烧毁电子设备的研究列为重点课题， 10 年后达到了能辐射 10～100 J 能量的水平。印度在 1999 年 9 月称，他们将研制电磁脉冲武器的实验系统。其巴巴原子研究中心研制的高能电子加速设备在同年 9 月进入最后组装阶段， 1999 年底进行系统测试。它是印度研制的第一种定向能武器试验系统，其产生的微波在 GW 级，能严重损坏敌方导弹、飞机上的电子设备和计算机系统。 3.4 国内电磁脉冲武器及其防护研究状况国内有几个研究所在进行电磁脉冲武器研究， OME Information 第27卷第9期光机电信息 Vol.27 No.9 83

光机电信息单27卷第9期 Vol.27 No.9 包括干扰机理、模拟电磁脉冲武器装置等方面的研在高技术战争中，有效地运用电磁频谱、控制究。目前与国际研究水平尚有一定距离。电磁环境效应、夺取并保持电磁优势，是打赢现代 4启发与思考高技术战争—信息战的重要前提和至关重要因素。电磁脉冲武器等超常武器的出现，不仅将大大地提从20世纪60年代起，一些国家开始核电磁脉高武装力量的作战能力，也必将推动作战理论、作冲特性研究，陆续取得了一定进展。但是，对电磁战方式、作战指挥乃至军队的编制体制等产生巨大防护的研究基本都停留在电磁兼容范畴内，未重视变革。电磁脉冲防护。如今，这些国家的绝大多数军用据EA(电子工业学会)在其“防务、NASA及民用电子设备未采取电磁脉冲防护指施，有的甚至相关电子领域的十年预测(1997-2006年)”中称，无任何强制性出厂检验标准和设施，其整体水平至 “任何拥有光速武器的一方将统治所有的战斗空间。少落后美国和俄罗斯20年左右。由此可见，定向能武器（微波和光子武器）必将引发这意味着，这些国家在军事强国的电磁脉冲武军事作战的革命。正像热兵器取代冷兵器一样，电器的打击面前，早已散开了胸腔。一旦这些国家的磁脉冲武器在未来一且投入作战使用，战场可能会政府机构、金融中心、通信网络、广播电视等事关在很大程度上进入以微波和光子武器代替第二代兵国计民生的重要系统和军事设施受到强电磁脉冲打器（子弹和导弹）的新时代。如何正确把握武器系统击时，将不可避免地出现大范围癢预或损坏，国民未来的发展方向，进而超前进行相应的研究和探讨经济和社会秩序难以正常运行。是十分重要的，也是十分必需的。参考文献 1山杨宝奎，王向晖，王鹏.未来信息战的利剑一电磁脉冲武器.飞航导弹，20074：8-11. 2☑宋杨，刘赵云.电磁脉冲武器技术浅析飞航导弹，20092：24-29 [3杨柳，宋广文.“第二原子弹"逼近人类.瞭望新用周刊，200535：58-59 [4兴根.电磁脉冲武器.爆轰波与冲击波，20031：40-46 [)赏春，刘环宇.电磁脉冲弹的杀伤能.火力与指挥控制，2006,31(8：53-55. 作者简介：孟范江(1957-)，男，汉族，黑龙江牡丹江人，硕士，副研究员，2008年于吉林大学获得硕士学位。主要从事高功率气体激光器电源及控制系统的设计和研究。E-mail:mcng2006@sohu.com 84www.omeinfo.com 1-015 China cade Electronie Publishing House.ll righis reserved.hup://www.enkt

Sep. 2010 www.omeinfo.com 作者简介：孟范江 (1957-) , 男，汉族，黑龙江牡丹江人，硕士，副研究员， 2008年于吉林大学获得硕士学位。主要从事高功率气体激光器电源及控制系统的设计和研究。 E-mail : mengfj2006@sohu.com 包括干扰机理、模拟电磁脉冲武器装置等方面的研究。目前与国际研究水平尚有一定距离。 4 启发与思考从 20 世纪 60 年代起，一些国家开始核电磁脉冲特性研究，陆续取得了一定进展。但是，对电磁防护的研究基本都停留在电磁兼容范畴内，未重视电磁脉冲防护。如今，这些国家的绝大多数军用、民用电子设备未采取电磁脉冲防护措施，有的甚至无任何强制性出厂检验标准和设施，其整体水平至少落后美国和俄罗斯 20 年左右。这意味着，这些国家在军事强国的电磁脉冲武器的打击面前，早已敞开了胸膛。一旦这些国家的政府机构、金融中心、通信网络、广播电视等事关国计民生的重要系统和军事设施受到强电磁脉冲打击时，将不可避免地出现大范围瘫痪或损坏，国民经济和社会秩序难以正常运行。在高技术战争中，有效地运用电磁频谱、控制电磁环境效应、夺取并保持电磁优势，是打赢现代高技术战争——信息战的重要前提和至关重要因素。电磁脉冲武器等超常武器的出现，不仅将大大地提高武装力量的作战能力，也必将推动作战理论、作战方式、作战指挥乃至军队的编制体制等产生巨大变革。据 EIA ( 电子工业学会) 在其 “防务、 NASA 及相关电子领域的十年预测 (1997-2006 年)” 中称， “任何拥有光速武器的一方将统治所有的战斗空间。” 由此可见，定向能武器 (微波和光子武器) 必将引发军事作战的革命。正像热兵器取代冷兵器一样，电磁脉冲武器在未来一旦投入作战使用，战场可能会在很大程度上进入以微波和光子武器代替第二代兵器 (子弹和导弹) 的新时代。如何正确把握武器系统未来的发展方向，进而超前进行相应的研究和探讨是十分重要的，也是十分必需的。参考文献 [1] 杨宝奎, 王向晖, 王鹏. 未来信息战的利剑——电磁脉冲武器[J]. 飞航导弹, 2007(4): 8-11. [2] 宋杨, 刘赵云. 电磁脉冲武器技术浅析[J]. 飞航导弹， 2009(2)： 24-29. [3] 杨柳, 宋广文. “第二原子弹”逼近人类[J]. 瞭望新闻周刊, 2005(35): 58-59. [4] 龚兴根. 电磁脉冲武器[J]. 爆轰波与冲击波, 2003(1): 40-46. [5] 贾春，刘环宇. 电磁脉冲弹的杀伤能力[J]. 火力与指挥控制, 2006, 31(8): 53-55. 光机电信息 OME Information 第27卷第9期 Vol.27 No.9 84