能拿科技进步一等奖的中国首创微波反导武器有何神奇？

2017-06-18 by:CAE仿真在线来源:互联网

据报道,西北核技术研究所副所长黄文华荣获国家科技进步奖一等奖。黄文华及其团队获奖的项目是高功率微波反导系统,这种武器系统可能用于舰载反导武器,其主要用途是干扰乃至烧毁来袭敌方电子设备。

黄文华向媒体表示:“该成果是一项颠覆性技术,实现了重大跨越,在国际上也为首创。”那么,微波反导武器到底是怎么回事呢?

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西北核技术研究所副所长黄文华

什么是高功率微波武器

微波是一种波长范围在1mm—1m之间,传播速度为光速的高频电磁波。高功率微波顾名思义就是峰值功率很高的微波,目前并没有权威的严格定义,一般将频率为1 GHz—300 GHz,峰值功率大于100 MW (1MW=100万瓦)以上电磁脉冲均称为高功率微波。

高功率微波在使用特殊天线等手段汇聚后,能够形成方向性强、能量高的波束,由于这种大功率微波束毁坏和干扰敌方武器系统、信息系统中的电子元件,比如导弹中的CPU,因而得到了各国的高度重视,中国、美国等国家都在致力于开发高功率微波武器。这种武器辐射的频率一般在1GHz—30GHz范围内,脉冲功率在GW级(1GW=10亿瓦)。

高功率微波武器的理念并不复杂,但技术上较难突破,除了大功率元器件,高功率微波传输和发射等固有因素外,还包含天线辐射场的旁瓣对周围的影响(天线方向图上,最大辐射波束叫做主瓣,主瓣旁边的小波束叫做旁瓣——观察者网注)。对于武器级别的微波功率,其旁瓣也可能对周边的人或电子设备造成杀伤和伤害。

而解决这一难题,有可能用到高功率脉冲信号的天线特性。简单的说,大口径天线(包括相控阵),在天线远场处,改变微波激励的脉冲宽度,对天线主轴辐射场波形基本没有影响;但在偏离主轴处,辐射场波形会根据不同的脉冲展宽和幅度减小等衰变,越偏离主轴,衰减越厉害。所以利用特殊的脉冲信号,就可以取得比静态辐射场更好的汇聚作用,更高的瞬时能量,以及更小的周围影响。

必须说明的是,虽然高功率微波武器以光速的高能电磁波拦截导弹听起来很科幻,但也不宜过度吹捧。其实大功率雷达也有作为高功率微波武器的潜力,像中国和美国已经装备的一些雷达,也能在局部范围内产生类似的效应。

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军舰反导(图中为激光反导示意图,仅供参考)

导弹中的电子元件的怎样被烧毁的

高功率微波武器要能烧坏导弹中的电子元件,首先是要有高功率微波的发射装置,也就是微波辐射源。其次是发射出去的高功率微波能够“进入”导弹内部并烧毁电子元件,毕竟,如果来袭的导弹是一个电磁波无法穿透的物体,那么高功率微波武器自然武功尽废。

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目前,高功率微波“进入”导弹内部有两种途径:

第一种途径,是通过导弹上各种传感器窗口和弹体天线进入导弹内部。

现在的导弹一般有红外制导、雷达制导、卫星制导、激光制导等类别,由于有制导的需要,就必须有各种传感器窗口(比如可见光/红外/微波雷达)获取制导信息,以及弹体天线和外界连接获取数据,而这就给高功率微波“进入”导弹内部提供了可乘之机,高功率微波通过导弹上各种传感器窗口和弹体天线进入导弹内部,传播路径与导弹接收和处理的各种回波信号传递路径基本一致。

第二种途径,是通过导弹弹头、弹体、尾翼、前翼等部位存在的各类物理孔缝“进入”导弹内部。

无论是那种途径,由于高功率微波本质上是电磁波,加上电磁感应的客观规律,高功率微波都能在导弹内部腔体形成驻波,并对电路产生感应电流。当感应电流较小时,会使电路功能产生混乱,而当感应电流较大时,则会烧毁各类电子元器件。周所周知,和传统依靠惯性制导的炸弹相比,导弹能够精确打击很大程度上就是因为搭载了各种电子元件,在将导弹里的CPU等电子元件烧毁,或电磁干扰造成工作紊乱后,能够指哪打哪的精确制导武器就部分甚至完全丧失作战能力了。

高功率微波武器不局限于拦截导弹

虽然本次报道中,黄文华研究员获奖项目的具体运用方向很可能是用于军舰拦截来袭反舰导弹。但高功率微波武器并非只能用来拦截导弹,高功率微波武器还能用于攻击敌方的飞机,甚至是对人员造成一定杀伤。

由于现代战争已经全面进入信息化时代,各类战机上都搭载了复杂的电子设备,而各种电子元件在高功率微波武器面前都是敏感而脆弱的,一旦遭到高功率微波武器攻击,机载电子设备很有可能就会烧毁或无法正常工作。如果技术足够成熟,可以实现对区域范围内进行扫描型的撒网式的攻击,即便是美国F22、F35这样高度信息化的战机,也很有可能会遭遇电子设备失灵的窘境。事实上,美国就曾经发生过因地面基地进行微波武器实验,进而导致一架飞过该基地的战机坠毁,2名飞行员身亡的惨剧。

此外,高功率微波武器在理论上也能对人员造成一定杀伤,对人员的杀伤原理和使用微波炉加热食物的原理是类似的。虽然目前还没有这类武器问世,但根据相关实验和统计,高功率微波武器对人员的杀伤是客观存在的。

举例来说,在高漏电磁场环境下工作的工人,眼睛水晶体老化比正常人要早5年。美国陆军医学研究实验室所做的强微波照射试验也表明,当微波能量密度达到0.5MW/cm2时,会造成人体皮肤轻度烧伤。达到20MW/cm2时,只需照射2秒,即可造成人体3度皮肤烧伤。当微波能量密度达到80MW/cm2 时,仅仅1秒就能使人丧命。

在国际上也为首创

正是由于高功率微波武器的巨大潜力,中国、美国、以及一些欧洲国家都在致力于研究高功率微波武器。

美国的研究重点是在飞机、无人机、导弹上安装高功率微波武器用于攻击敌方防空、指挥系统的电子设备。以及用高功率微波武器来驱散人群,毕竟之前提到过,微波能量密度提高到一定程度时,是可以让人感到灼烧感的。将高功率微波武器用于击落导弹目前还只是构想,未进行过打靶试验。

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