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1、空间电子技术2004年第3期SPACEELECTRONICTECHNOLOGY21电磁脉冲武器原理及其防护孙永军(西安电子科技大学,西安710071)摘要电磁脉冲武器是一种新兴的大规模电子杀伤武器,具有极大的军事应用价值。本文介绍了电磁脉冲武器的特点、分类及其原理,最后说明对电磁脉冲武器的防护措施。主题词电磁脉冲武器高能微波武器FCG1序言什么是电磁脉冲武器?顾名思义,就是依靠高能量的电磁脉冲摧毁作用范围以内的各种电子信息设备。据称,电磁脉冲炸弹引爆以后可以在微妙时间内产生万亿瓦的电磁能。电磁脉冲武器的构思可以追溯到1925年,物理学家A
2、rthurH.Compton在研究原子核反应时发现了超乎想象的电磁能辐射,从而为其用作攻击性武器奠定了基础。1962年7月美国在太平洋上空试爆了一颗1.4百万吨级的氢弹,辐射出巨量的伽马射线,强烈冲击空气中的氧气和氮气后释放出大量的电子,使3千公里以外的夏威夷路灯爆裂,甚至使远在澳大利亚的无线电导航也陷入混乱达18小时之久。正是认识到电磁脉冲武器的巨大潜力,美国军方正加紧进行研究工作。1961年10月31日,苏联在新地岛上空35公里处进行空爆核试验,不料氢弹不仅毁灭爆心附近的一切,还对数千公里范围内的电子系统产生冲击,苏军地面的防空雷达被
3、烧坏,无法探测空中的飞行目标;数千公里长的通讯中断,部队1个多小时处于无法指挥状态。当时人们并不能解开这个谜。后来经过几年的研究,才发现这是氢弹爆炸所产生的电磁脉冲造成的恶果。原子弹爆炸会产生冲击波、光辐射、早期核辐射和放射性污染四种效应,而氢弹爆炸又增加了另一种效应,即电磁脉冲。2电磁脉冲武器的原理及特点2.1电磁脉冲武器的特点电磁脉冲弹增强了电磁脉冲效应,而减少其他四种效应,是一种/干净0的核武器,它属于第三代核武器。与雷达或雷电的电磁脉冲相比,核电磁脉冲有作用范围广、电场强度高、频率范围宽和作用时间短等特点。电磁脉冲弹产生的强大脉冲
4、可通过天线、动力线、电讯线路和金属管道等渠道进入电[2,3]子设备,使无防护的电子元件暂时失效或完全损坏,使计算机中的存储器丧失记忆能力,使整个网络无法继续工作,从而使整个作战系统陷于瘫痪,给敌方以致命的打击。核电磁脉冲所占据的频率范围非常广,从低频到超高频,可以覆盖现代电子设备所使用的全部工作频段,使通讯中断,或引起工作紊乱,控制失灵。这种专门破坏计算机网络和电子战设备的电磁脉冲弹,对计算机网络、通信指挥收稿日期:2004-04-28收修改稿日期:2004-07-1322空间电子技术2004年第3期系统、雷达系统的破坏将是摧毁性的。电磁
5、脉冲武器分为两类:一类是通常所说的电磁脉冲炸弹或电子炸弹,实际上是指低频电磁炸弹;另一类是指高功率微波武器或者称为高功率微波炸弹(HPM)电磁脉冲武器与电子战武器的比较:两者的共同点在于,都是用电磁频谱对抗敌方电子设备。两者的区别在于:电子战武器局限于干扰对方电子设备,并且只当电子战设备工作时才能影响敌方系统,当电子战设备关闭后,敌方的通信能力恢复正常状态。并且电子战设备工作时必须有敌方系统的先验知识,从而只干扰敌方系统的相应频率和调制方式的信号,并且敌方的系统还必须处于工作状态,才能体现出干扰的作用。而电磁脉冲武器将会对目标造成严重的甚
6、至是致命的打击。利用电磁脉冲武器摧毁电子设备,一般不认为是专门的信息战或电子战方法,但却是成本效益非常高的硬杀伤手段。电磁脉冲武器所产生的电磁脉冲效应,虽然仅相当于核爆炸全部能量的极小部分,但对以电子设备为基础元件的武器导控雷达、4CISR系统等伤害却特别大。电磁脉冲武器与电子战武器的主要区别是:(1)不需要敌方电子系统的确切知识;(2)通过破坏电子元器件、电路核心系统造成对地方电子设备持续的影响;(3)即使敌方系统关闭,也能造成影响;(4)为了反打击,敌方必须加固整个系统,而不是单个的元件或电路。2.2电磁脉冲武器的种类及原理制造电磁脉
7、冲武器的技术多数都是成熟技术,主要分为爆炸泵磁通压缩产生器(FCG)、爆炸或推进剂驱动磁流体动力产生器(MHD)和各种高功率微波器件(HPW),如虚阴极振荡器等。2.2.1爆炸泵磁通压缩产生器(FCG)FCG的主要特点是技术成熟和强大的威力,它可以在数十到数百微秒时间内产生一万亿以上的1213峰值功率(10W~10W),产生的电流甚至超过一般闪电的一千倍以上。它的工作原理是利用瞬间爆炸力得到高度压缩的磁场,将爆炸机械能转化为瞬间电磁能,其工作原理和基本结构可以用图1加以说明。爆炸泵磁通产生器的常见结构为圆柱形,设计上有些类似电动机,包括定
8、子和转子部分。FCG的最外层是保护层,一般由玻璃纤维等高强度绝缘材料组成,用来防止在高能量电磁脉冲产生之前就被破坏;保护层里面是定子,这里的定子借用了发电机的术语,它是由高强度铜线绕组构成的,
