电磁脉冲武器[对电子信息系统构成威胁的武器]

电磁脉冲武器号称“第二原子弹”，世界军事强国电磁脉冲武器开始走向实用化，对电子信息系统及指挥控制系统及网络等构成极大威胁。常规型的电磁脉冲炸弹已经爆响，而核电磁脉冲炸弹——“第二原子弹”正在向人类逼近。

电磁脉冲武器主要包括核电磁脉冲弹和非核电磁脉冲弹。非核电磁脉冲弹，是利用炸药爆炸压缩磁通量的方法产生高功率微波的电磁脉冲武器。核电磁脉冲弹是一种以增强电磁脉冲效应为主要特征的新型核武器。

基本信息

中文名	电磁脉冲武器
别名	第二原子弹
类别	武器
主要特征	增强电磁脉冲效应
包括	核电磁脉冲弹 和非核电磁脉冲弹

简介

电磁脉冲一词来源于核电磁脉冲，是高空核爆炸时产生的一种次生效应。当电磁脉冲弹发射（投放或者预置）到预定位置爆炸后，战斗部（弹丸）内的电磁脉冲发生器工作，产生高功率、高能量的电磁脉冲，由天线辐射到空中，通过敌方电子信息装备的天线直接馈入，或通过电磁感应和耦合从馈线、电缆、电源线、电话线等进入敌方电子信息装备中，形成较强的脉冲电压和脉冲电流，烧毁电子信息装备中的集成电路和晶体管等元件，抹掉计算机内存储的信息，烧毁或阻塞接收机，使敌方电子信息装备毁坏或不能正常工作。按辐射到空间的脉冲波形，分为射频型和视频型（无载波型）电磁脉冲弹。射频型电磁脉冲弹包括高功率微波弹、高功率低频辐射弹和放射线弹等。微波频段的电磁脉冲弹通常由初始电源、爆炸磁通压缩发生器、脉冲调制器、虚阴极振荡器和天线组成。初始电源通常是电容器组，向爆炸磁通压缩发生器供电以产生初始磁通。爆炸磁通压缩发生器将炸药化学能转换成电磁能，其结构是在一个非磁性的金属套筒内装入炸药，外面缠绕金属螺旋线圈，金属套筒与螺旋线圈之间留有一定的空气绝缘距离。爆炸前，由初始电源向螺旋线圈输入较小的电流，以在螺旋线圈和金属套筒之间产生初始磁通。当炸药从一端或两端引爆后，金属套筒迅速向外膨胀，并与螺旋线圈的一端或者两端接触，造成电路短路。随着爆轰波向前运动，金属套筒的膨胀部分也向前快速推进，压缩初始磁通，并使回路电感减小。根据磁通量守恒原理，在压缩过程中磁通量不变，电感减小，必然使爆炸磁通压缩发生器产生强电流脉冲。强电流脉冲通过由脉冲变压器和高功率开关组成的脉冲调制器产生强电压脉冲。虚阴极振荡器在强电压脉冲作用下，振荡器―阴极发射的电子在谐振腔内产生向阴极的反射，电子的反射点称为虚阴极，被反射的电子在实―虚阴极之间振荡，且虚阴极的位置和电位也在振荡变化，以此产生高功率微波脉冲，再经发射天线向空中辐射出去。视频型（无载波型）电磁脉冲弹的激励能源与射频型相同，但辐射的是一种视频脉冲，脉冲宽度为纳秒量级。虽然频带宽度较宽，但单位功率谱密度较低，且能量集中在低频段，因此辐射距离比较近，主要用于干扰近距离相应频段的雷达或电台。当战术条件允许时，还可利用炸药爆炸换能方法，输出兆安（培）量级的视频脉冲电流，直接注入敌方电子设备或电力系统中，破坏其物理结构和正常工作。电磁脉冲弹的研究最早在美国和苏联开始，研究内容比较广泛，除了核电磁脉冲弹外，苏联还研究过以压电器件作能源，能在近距离干扰坦克载雷达的电磁脉冲弹。20世纪80年代后期，美国在高功率微波和爆炸磁通压缩技术方面取得明显进展后，主要研究微波频段的电磁脉冲弹。苏联曾用盘式爆炸磁通压缩发生器产生200兆安培电流，美国用螺旋式爆炸磁通压缩发生器产生过30兆安培以上电流输出。高功率微波弹作用距离较近，成本较高，关键部件的技术尚不够成熟。在1991年的海湾战争和1999年的科索沃战争中，美军曾使用带有试验性微波弹头的巡航导弹。

诞生

1961年10月31日，苏联在新地岛上空3.5千米处进行空爆核试验，不料氢弹不仅毁灭爆心附近的一切，还对数千千米范围内的电子系统产生冲击，苏军地面的防空雷达被烧坏，无法探测空中的飞行目标；数千千米长的通讯中断，部队1个多小时处于无法指挥状态。

天空中的电磁脉冲武器

1963年7月9日，美 国在太平洋的约翰斯顿岛上空4千米处进行空爆核试验后，距约翰斯顿岛1400千米之遥的檀香山却陷入一片混乱。防盗报警器响个不停，街灯熄灭，动力设备上的继电器一个个被烧毁。

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。

氢弹爆炸时，早期核辐射中的α射线会与周围介质中的分子、原子相互作用，激发并产生高速运动的电子（康普顿效应），大量高速运动的电子形成很强的电场。在爆心几千米范围内电场强度可达到每米几千伏到几万伏，并以光速向四周传播。它的作用范围随着爆高的增加而扩大。当量1000吨的氢弹如在4千米高空爆炸，可影响整个欧洲。

美国军事专家看到了这种由核爆炸产生的瞬时电磁脉冲的军事价值，开始不遗余力地研究如何增强核爆炸时产生的电磁脉冲效应而抑制其他几种效应，他们把这种能产生强大电磁脉冲的武器称为电磁脉冲弹。

实际上，电磁脉冲武器早在上世纪就已诞生。在电子装备逐步主宰战场的当下，它凭借着“不损一砖一瓦，不伤一兵一卒，能制敌于无形”的神奇威力，逐渐成为改变战争规则的新武器之一。但这恰是倚重电子技术的美国人所担心的，因为他们最怕这种优势被别国打破。

主要优势

电磁脉冲/高功率微波武器是将电磁频谱能量集中投射的一种武器系统，其特点就是能量集中，使投向目标物的能量密度（单位面积中的能量）很高，可由直接照射及耦合侵入的热能累积效应造成目标物损坏，并造成微波同频段的严重干扰。其优点是攻击速度为光速，从发射到击中目标所需要的时间极短，命中率高，无质量故障，不存在弹道等问题。

高功率微波武器高功率微波武器通常是由电源产生器、脉波变形系统、微波辐射源与指向性天线组合而成，其中的高功率微波辐射源为关键组件。

美国在研发各种频率的高功率微波源以及可投射高功率微波天线方面具有重大进展。根据专家分析估计，实战性微波武器中所需的高功率微波源规格为：频率1GHz以上、功率大于1GW以上。美国军方已提出多项微波武器应用概念，包括信息通信战（Information Warfare, IW）、压制敌方防御（Suppression of Enemy Air Defence, SEAD），以及自我防卫等。

工作原理

电磁炸弹的工作原理，可以简单的说明如下：首先运用电源供应器将电池能量充入同轴电容器内，以产生高压。再将这一高压瞬间与流量产生器内的螺旋状导线导通，并且在导通电流最大时的瞬间，起爆在螺旋状导线内的炸药，以压缩磁通量的方式提升螺旋状导线上的电流。接着将此电流导入虚阴极管，以谐振方式产生高频电波，最后由微波天线对着指定方向发射出电磁脉冲波。电磁炸弹的作战影响范围，约在数百米之间。所以说，HEMP是一种战略性电磁脉冲武器，电磁炸弹则是一种战术性电磁脉冲武器。

原理应用

· 康普顿效应

核爆电磁脉冲核弹爆炸时，除了产生辐射、热浪和震波外，还会产生射线撞击大气中的气体分子，使大量的自由电子释出。这些自由电子受到地球磁场的作用，会进一步产生瞬间超强电磁辐射。这个从核爆到电磁脉冲产生的效应，通常称为康普顿效应（Compton）。

核爆射线伴有大量的电子流产生，由于呈辐射走向，流向并不集中，因此在地球磁场的作用下，大多地区会暴露在一个瞬间大电磁场内，用电设施将因电磁感应而受损。

· 非核电磁脉冲弹

非核电磁脉冲弹（E-bomb）由于高空核爆的电磁脉冲可以影响很大的地面范围，因此在实际作战运用上，也可能伤及进攻者的自身装备。因此，一些非核的、运用高能微波技术来产生、可以影响局部地面范围的电磁脉冲武器，也就在世界的先进国家进行研制，并且有部分产品已问世。据说2003年，美国首次使用电磁炸弹（E-Bomb）攻击伊拉克，巴格达的电视全面中断，数小时后才能恢复，而且信号仍然很微弱。由于美国国防部从不承认拥有这种武器，到目前为止，严格上来说电磁炸弹从未用于实战。这种炸弹主要包含高压电源供应器、炸药发电机（FCG）、虚阴极管（Vircator）以及微波天线等。

磁场环境

现代战场的电磁环境是各种电磁能量共同作用的复合环境，既有自然电磁干扰源，如雷电、静电等，又有强烈的人为干扰源，如各种功率的雷达、无线电通信、导航、计算机以及与之对抗的电子战设备、新概念电磁武器等。因此，战场电磁环境比平时要复杂得多，高技术条件下的战场电磁环境效应主要由各类电磁脉冲场构成。

如此说来，没有蘑菇云的人类巨灾——电磁脉冲灾害，有自然的和人为的两大类。和平时期，各种自然和人为的电磁脉冲危害时时发生。全球每年因雷电电磁脉冲导致信息系统瘫痪等事故频繁发生，从卫星通信、导航、计算机网络乃至家用电器都会受到雷电灾害的严重威胁。仅上海市1999年由于雷电所造成的损失就超过2亿元。

核电磁脉冲是核爆炸产生的强电磁辐射，核电磁脉冲的破坏力十分巨大。一些国家的核试验中，核电磁脉冲能量侵入电子、电力系统，烧断电缆、烧坏电子设备的事例也屡见不鲜。高空核爆炸产生的电磁脉冲危害，比地面和地下核爆炸更大，核电磁脉冲强度大、覆盖区域广。

由于大气的衰减作用，高空核爆炸产生的热、冲击波、辐射等效应，对地面设施的危害范围都不如电磁脉冲效应大，100万吨当量的核武器在高空爆炸时，总能量中约万分之三以电磁脉冲的形式辐射出去。随着核技术的发展，发达国家已研制出核电磁脉冲弹，增强了电磁脉冲效应，而削弱了冲击波、核辐射效应，电磁脉冲的破坏力明显增大。

存在威力

资料图：电磁脉冲武器模拟图

电磁脉冲武器主要包括核电磁脉冲弹和非核电磁脉冲弹。核电磁脉冲弹是一种以增强电磁脉冲效应为主要特征的新型核武器。非核电磁脉冲弹，是利用炸药爆炸压缩磁通量的方法产生高功率微波的电磁脉冲武器。微波武器可使敌方武器、通讯、预警、雷达系统设备中的电子元器件失效或烧毁；导致系统出现误码、记忆信息抹掉等，强大的高功率微波辐射会使整个通讯网络失控。甚至能够提前引爆导弹中的战斗部或炸药。电磁脉冲武器还能杀伤人员，当微波低功率照射时，可使导弹、雷达的操纵人员、飞机驾驶员以及炮手、坦克手等的生理功能发生紊乱，出现烦躁、头痛、记忆力减退、神经错乱以及心脏功能衰竭等症状；当微波高功率照射时，人的皮肤灼热，眼患白内障，皮肤内部组织严重烧伤甚至致死。前苏联的研究人员曾用山羊进行过强微波照射试验，结果1公里以内的山羊顷刻间死亡，2公里以内的山羊也丧失活动功能而瘫痪倒地。

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，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。

破坏效应

电磁脉冲，是短暂瞬变的电磁现象，它以空间辐射传播形式，透过电磁波，可对电子、信息、电力、光电、微波等设施造成破坏，可使电子设备半导体绝缘层或集成电路烧毁，甚至设备失效或永久损坏。

1. 强大的电磁脉冲建立的瞬间电场，使通讯系统内部电场重新分布, 形成电涌电压, 对通讯信号系统造成损坏；

2. 通讯系统内部电场瞬间重新分布形成涌流, 对通讯信号系统造成损坏；

美国战略电磁脉冲武器

3. 强大的电磁场，穿过通讯系统内部电路，产生感生电流，造成通讯信号差模干扰，损坏系统；

4. 强大的电磁脉冲中丰富的频谱，微电子器件极易产生谐振发热损坏。

见过原子弹爆炸的人很少，但是，几乎人人都见过“第二原子弹”爆炸。这种爆炸就是自然界的雷电和静电现象。雷电、静电形成的电磁辐射和太阳、星际的电磁辐射以及地球磁场和大气中的电磁场，所产生的爆炸只是有大小区别，其原理都是一致的。此外，“第二原子弹”的爆炸还有人为现象，就是人为产生电磁辐射源的电磁辐射。

随着科学技术的发展，全社会电气设备大量普及，如电视发射台、广播发射台、无线电台站、航空导航系统、雷达系统、移动通信系统、高电压送变电系统、大电流工频设备和轻轨、干线电气化铁路系统等。总之，一切以电磁能应用进行工作的工业、科学、医疗、军用的电磁辐射设备，以及电火花点燃内燃机为动力的机器、车辆、船舶、家用电器、办公设备、电动工具等，都会产生不同频率、不同强度的电磁辐射。其中，大部分是电磁脉冲辐射。

技术发展

美国

1985年，美国在制定“战略防御倡议”计划时，把高功率微波武器列为其空间武器的主攻项目，重点研究其杀伤机理。

1987年，美国国防部提出“平衡技术倡议”计划，高功率微波武器是其五大关键技术之一。

1991年海湾战争期间，美军在E-8“联合星”预警机携带和使用电磁脉冲武器。美国和俄罗斯小型化电磁干扰机，可被常规兵器投掷到敌方，不仅可损伤敌方指挥控制系统，而且直接影响精确制导武器和信息化单兵的作战效能。

1992年7月，美国国会总审计局向众议院军事委员会提交《国防基础技术、军用特殊技术依赖外国带来的风险》报告，提出未来先进武器最关键的6项技术，其中包括高功率微波武器。美国海陆空三军还分别制定了高功率微波武器发展计划。

1993年，美国进行了代号为“竖琴”的电磁脉冲武器实验，天线群向电离层发射电磁脉冲，阻断通信和摧毁来袭导弹。

1996年，美国一国家实验室研制出手提箱大小的高能电磁脉冲武器，以及可装备在巡航导弹上的电磁脉冲武器，其有效作战半径达10公里。

1999年3月，美国在对南联盟的轰炸中，使用了尚在试验中的微波武器，造成南联盟部分地区通信设施瘫痪3个多小时。

伊拉克战争中，美军于2003年3月26日，用电磁脉冲弹空袭伊拉克国家电视台，造成其转播信号中断。

除俄罗斯和美国外，英、法、德、日等国家，也都在进行高功率微波武器的开发。有国际军事专家分析认为，海湾战争中，伊拉克之所以被动挨打，重要原因是指挥控制系统和防空设施遭到破坏，丧失电磁环境控制权。

俄罗斯

1998年，俄罗斯发明了重8公斤的小型强电流电子加速器，爆炸时发出X射线、高功率微波，可破坏电子设备。

中国台湾

台高层指示台军重新研发核子武器，结果从台“总统府”到“国防部”都全盘否认。对此有台军方官员声称，这项消息可能与台“中科院”进行的“高能电磁脉冲武器”研发有关，由于早期电磁脉冲武器是采核爆电磁脉冲，但现今电磁脉冲弹已属非核武器，相关研发核武的消息可能是因这项研究而遭到“误解”。

据台“立委”转述，台“中科院”在陆续完成包括“雄二E”、“雄风三型”和“天弓三型”的“二十一世纪新三弹”后，已着手规划更新的武器研发，其中包括代号“玄天计划”的“高能电磁脉冲武器”、“玄宇计划”石墨纤维炸弹，及“剑翔计划”的反辐射无人攻击载具。

报道引述该“立委”称，台“中科院”方面并未向“立院”说明相关武器发展的内容，所以容易造成外界误解，像是“高能电磁脉冲武器”，其实不是什么秘密装备，台军方不清楚说明，当然易造成误解，因为这种武器早期被视为战术核武的一种，这次传出台军发展核武，恐怕也是对这型武器产生的误解。

对此台军方官员解释，美军称为E-Bomb的“非核电磁脉冲弹”，是采人造电磁脉冲，而非传统的核爆电磁脉冲，因此并非属于大规模的人员杀伤性武器，只是藉由电磁脉冲现象，破坏敌军的电路系统，美军在伊拉克战争时，已经使用过这型武器。

中国大陆

中国将投资集中在不对称战争、电磁脉冲武器、网络空间战以及小而精的核震慑上，并建立了以中国为中心的多个双边或多边的合作框架。中国创立了上海合作组织，与芬兰等国家签订自由贸易协定，与津巴布韦、斯里兰卡、俄罗斯等对中国有战略意义的国家就特定问题达成了非正式的伙伴关系。

防御措施

电磁脉冲炸弹的打击目标与传统原子弹有很大不同。它的攻击目标有三类：一是军用和民用电子通信和金融中心，如指挥部、军舰、通信大楼和政府要地等；二是防空预警系统；三是各类导弹和导弹防护系统。

美国和前苏联在研究和发展电磁脉冲武器时，都十分重视武器装备电磁环境效应和防护加固技术的研究。1979年，美国总统卡特发布命令，强调核电磁脉冲的严重威胁，要求每开发一种武器，必须考虑电磁脉冲防护能力。为此，美国在新墨西哥州科特兰、亚利桑那州等地，建立了十余座电磁脉冲场模拟器。近几年，台湾军方在强化电子战攻击能力时，重视电磁脉冲防护研究。据台湾媒体披露，台“国防部”于2001年，投资7．8亿元新台币，用于“电子战及资讯战装备”规划，其中包括“资安计划”与“脉护计划”。“脉护计划”主要针对来自对手的电磁脉冲武器“硬杀伤”，防护台军重要军事设施、战略民用设施和“政府”重点建筑设施等。

据台湾军方的一位权威人士透露，目前，台湾“脉护计划”正在衡山指挥所紧锣密鼓地进行。其计划由反制脉冲效应、电子反制防护网等7部分组成，以防范电磁脉冲武器攻击，维持计算机网络运转，保护计算机作战指挥系统的畅通及数据库的安全。负责这一计划的“中山科学研究院”主管官员称，“脉护计划”实现后，台军方作战指挥系统等于“戴上了一顶防电磁干扰的防护帽”。

从20世纪60年代起，一些国家开始核电磁脉冲特性研究，陆续取得一定进展。到90年代后期研究取得快速进展，按照IEC61000-29标准，核爆电磁脉冲在1ns产生50kV瞬变脉冲电压，其产生的磁场破坏力是目前研究的方向。目前的研究局限在测量设备和电磁脉冲发生设备非一般研究单位所拥有，因次对电磁防护的研究，基本都停留在电磁兼容范畴内，未重视电磁脉冲防护。至今，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。