高功率微波武器的现状与趋势

高功率微波(HPM)是指脉冲峰值功率大于100MW以上的微波。高功率微波武器(HPMW)是与激光武器和粒子武器同时发展的三大定向能武器之一。 HPMW经高增益天线定向辐射，将HPM源产生的微波能量聚集在窄波束内，以极高的强度照射目标，杀伤人员，干扰和破坏现代武器系统的电子设备，因此它又称为射频武器。一般认为HPM武器的频率范围主要在1－30GHz之间，输出脉冲功率在1GW以上。从杀伤机理上看，高功率微波武器具有电效应、病效应和热效应，既能杀伤人畜，又能破坏武器的电子设备，即具有软/硬杀伤能力。
高功率微波武器对目标系统的破坏程度取决于其到目标的距离、目标的易损性、产生的功率大小和微波辐射的特性(包括频率、猝发速率和脉冲宽度)等因素。

一、HPMW的作用效能

1、干扰、破坏各种武器系统中的电子设备，使其丧失作战效能
高功率微波武器可采用与电子干扰系统相同的工作方式，对敌方通信和雷达系统等电子设备进行干扰，产生足以暂时扰乱或致盲敌方计算机网络系统的微波功率，起到超级干扰机的作用。当使用能量密度为0.01－1μW/cm2的微波波束照射目标时，就会使在相应频段上的雷达、通信设备和导航系统无法正常工作，当能量密度达到0.01-1W/cm2时，可导致探测系统、指挥、控制、通信和情报(C3I)系统以及武器系统设备中的电子元器件及小型计算机系统的芯片失效或烧毁。当使用能量密度为10-100W/cm2的强微波波束照射目标时，其辐射形成的电磁场可以在金属的表面产生感应电流，通过天线、导线、电缆和各种开口或缝隙耦合到卫星、导弹、飞机、舰艇、坦克等武器系统的电子设备电路当中。破坏各种敏感元件，如传感器和电子元器件，使电路功能紊乱、产生误码、中断数据或中断信息传输，抹掉计算机存储的信息。如果感应电流很大，则装备外壳开口与缝隙处可以被电离，从而变成良导体，烧毁电路中的元器件，使电子装备和武器系统失效，整个通信网络失控。当能量密度达到103104W/cm2时，会在很短的时间内使目标受高热而破坏，甚至能够提前引爆导弹中的战斗部或炸药。

2、高功率微波武器对精确制导武器的杀伤作用
当使用能量密度为1－10kW/cm2，的强微波波束照射目标时，能在瞬间摧毁目标，引爆导弹、炸弹和核弹等武器。下面介绍高功率微波武器对几种精确制导武器的杀伤作用：
(1)巡航导弹
巡航导弹通常在500－1000km以外发射，根据预定航线采用惯性制导、GPS定位制导、地形匹配以及最后的景象匹配制导，以精确的命中率摧毁预定目标。高功率微波武器能够在200－500km处干扰和破坏其GPS定位和地形匹配对航线的修正，使之不能按预定的航线飞行：在50M00km内使其导航系统的电子线路失效，在4－lOkm内使引信失效或自行引爆。但高功率微波武器需与组网的雷达、红外侦察配合使用，方可达到良好的摧毁效果。
(2)反辐射导弹
反辐射导弹根据截获的辐射源信号，自行引导直至命中辐射源。而高功率微波武器功率非常强，任何反辐射导弹一旦截获其信号即自行飞向该武器，不等它飞近，在距离高功率微波武器1－2km处就会自行引爆。
(3)反舰导弹
利用舰载高功率微波武器，在反舰导弹末制导主动寻的雷达开机时，即可发射微波，在10－15km处使雷达完全丧失功能，在4－5km处使其导引头的电子元器件全部受损，在1－2km处使其战斗部自行引爆。因此，高功率微波武器比炮弹的作用距离远、威力大、反应时间长，只要波束对准导弹的来袭方向，即可在一定距离上将其摧毁。
(4)激光、红外制导炸弹
高功率微波武器在距飞机100－500km范围内，可干扰破坏飞机上的雷达，使飞机无法飞向被保卫的目标，在5－10km处可使光电导引头致盲、失效，在1－2km,处引爆其炸药。

3、制成高功率微波弹
高功率微波武器可以制成高功率微波弹，较小的可由巡航导弹、炸弹携带：较大的可制成炸弹形式，用装备有导航攻击系统、能够投放GPS制导武器的战术飞机投放。
由导弹、炸弹运载的高功率微波弹通过在导弹或炸弹战斗部上加装电磁脉冲发生器和辐射天线的方式构成，利用炸药爆炸压缩磁通量的方法产生高功率的电滋脉冲。在海湾战争中，美海军普用“战斧”巡航导弹运载实验型高功率微波弹。
最近开发成功的装于常规炸弹和滑翔炸弹上的GPS卫星导航制导组件，为投放这种武器提供了非常高的精度。美国空军将配备GPS制导的 GBU－29/30联合直接攻击弹药(JDAM)和AGM－154联合防区外武器(JSOW)滑翔炸弹，可用于高功率微波弹投放。其他国家也正在开发研究这种技术。
在新世纪，高功率微波弹将成为西方国家作战使用的标准武器，每一种能够投放标准制导武器的飞机也将成为投放高功率微波弹的载机。

4、用作无人作战飞机的攻击武器
美军的无人机(UAV)有捕食者、全球鹰、猎狗、黑星等，这些无人机由于在最近的阿富汗战争与伊拉克战争中大放异彩而让人耳熟能详。虽然这些无人机的任务互不相同，但是每一种都具有侦察和监视能力，如果在这些无人机上搭载HPMW，那么它们将变成无人战斗机(CUAV)。目前美-国正在开发一种可重复使用的高功率微波武器，用于装备波音公司的x－45 Block30无人作战飞机，攻击那些电子系统易受攻击的目标。它的摧毁机制远比激光快得多，只要几秒钟就能摧毁目标。这种小型无人机可从较大的无人机或载人飞机上空投，能产生宽带射频。其强大的射频脉冲足以使许多电子器件瘫痪而停止工作。这种微波射频武器可做得非常小，只有几英尺长(1英尺：0.3m)，重几百磅(1磅=0.454kg)，能够安装在翼展约0.6m的小型无人战斗机上，将巨大的电磁能量投放到离敌人天线几百英尺的位置。这种微波武器的作用范围要比一枚普通炸弹大100倍，但又不会伤及实体结构或人员。装备这种微波武器的UCAV的最大能力是每次任务发射100000个高能微波脉冲，平均对每个目标发射约1000个脉冲，可攻击约100个目标。同时，这种微波武器系统还可用来保护无人机免遭敌人导弹的攻击。作为防御系统，这种微波武器可以抵挡红外和雷达制导导弹的攻击，装上相控阵天线后可以重新快速捕获目标。

5、杀伤人员
这一杀伤机理分为“非热效应”和“热效应”。非热效应指当微波照射强度低时，使导弹和雷达的操纵人员、飞机驾驶员以及炮手、坦克手等的生理功能紊乱 (如烦躁、头痛、记忆力减退、神经错乱以及心脏功能衰竭等)。热效应指在高频率微波照射下，人的皮肤灼热，眼白内障，皮肤内部组织严重烧伤和致死等。当微波功率密度达到13mW／cm2时，武器操纵人员的工作状态会发生变化，使武器系统操作失灵：微波功率密度为0.5W/cm2、单个脉冲释放的能量达到 20J/cm2时，会造成人体皮肤轻度烧伤：功率密度为20W/cm2时照射2s，可造三度烧伤：功率密度为80W/cm2时，仅ls就可使人丧命。另外，只要目标的缝隙大于微波的波长，微波就可以经过这些缝隙进人目标的内部，还可通过玻璃或纤维等不良导体进入驾驶舱内，杀伤里面的人员。

二、高功率微波武器的作战特点

HPMW具有如下作战特点：
——HPMW射束以每秒3>105km/s的光速抵达目标，因此，几乎是瞬时抵达大距离目标，从而使跟踪与拦截问题大大简化，同时目标避开损伤的能力也大幅度下降。
——射束不受重力影响。由于射束没有质量，因此摆脱了动力学与空气动力学的限制，无需常规弹药确定弹道轨迹所需的复杂计算。
——HPMW的效应可以进行调整，以便取得致命、非致命、干扰或损伤等不同的效应，
——HPMW与常规弹药相比拦截目标的成本相当低。在进行导弹防御时，每枚火箭拦截器消耗数百万美元，而用HPMW每发只消耗几千美元就能取得相当的杀伤概率。
——HPMW具有长时间重复交战能力。
——HPMW既可作为攻击武器，又可作为防御武器，同时也可以作为传感器(具有雷达跟踪潜能)。
——HPMW是一种区域武器，可同时攻击多个目标。

三、高功率微波武器在各国的研究现状

1、美国
美国作为超级军事大国，在高功率微波的研究方面投资最多，每年仅花费在脉冲源上的投资就达数亿美元。1999年定向能管理局与国际电话电报公司签订了一项1400万美元的合同，进行高功率微波源、超宽带天线、先进概念和材料物理等方面的研究。现在美国空军研究实验室正在进行一项称为“定向能战术机载作战”的研究，其中最有作战效力的就是高功率微波无人飞行器。在美国空军协会的2002年大会上，洛克希德，马丁公司称，高功率武器与无人机或巡航导弹综合作战的技术已经可行。它把高功率微波武器装在无人飞行器上，主要对付防空导弹、雷达、车辆，烧坏敌方武器关键装置的电子部件。这种无人机可飞到敌占区内进行更为精确的打击，可减少长距离所需的高功率微波发射能量和执行危险任务人员的伤亡。美国空军准备在2012年将此类高功率微波武器放到无人作战飞机上。
《美国空军2025年战略规划》在未来武器构想中提出发展空基高功率微波武器，要求这种武器对地面、空中和空间目标具有不同的杀伤力，它用一组低轨道 (500－916km)卫星把超宽带微波投射到地面、空中和空间目标上，在几十到几百米的范围内产生高频电磁脉冲，摧毁或干扰目标区内的电子设备，而且具有一定的气象修正能力。
美国各军种对微波武器都有特殊的要求：陆军提出战术微波武器要能装在大型履带战车上，而且要把定向性极高的天线装在直立的桅杆上，以利于最佳瞄准：空军要求微波武器体积小，并采用专用天线：海军的舰载微波武器要求具有高功率、大天线和远作用距离。可以看出，海军对微波武器在重量、空间和功率等方面提出的限制条件较小。因此，海军的微波武器极有可能在未来20年内首先投入作战使用。
美国现有的技术较为成熟的高功率微波武器主要有下面几种：
(1)微波弹
美国在海湾战争中首次使用了实验性高功率微波弹头。装上这种弹头的海军战斧巡航导弹导致伊拉克部分防空网失效。美国能源部、空军、陆军都有微波弹药的发展计划。美国空军前菲利浦斯实验室曾研制过多种高功率微波武器的实验性装置，最成熟的是压制敌防空系统的微波武器。它用飞机在目标上空投放微波弹，爆炸产生窄带微波脉冲，烧毁雷达接收机或防空系统内部灵敏部件。据报道，美国国防部现在至少有一种新型的非致命性高功率微波武器随时可以参战。
(2)非致命性定向能武器
非致命性定向能武器是一种针对人员的高功率微波武器，由美国空军研究实验室及国防部联合非致命武器管理局共同开发，10年的投资为4000万美元。其原理是用一个发射机向一个固定目标发射一束窄能量波，以光速抵达目标并穿透人体肌肤约0.397mm，几秒钟内就使人感到一种强烈的灼热和疼痛感，从而使人放弃原有的意图。目前，已经对不少动物和人进行了数千次试验，研制工作高度保密。这种武器组装在高机动多用途轮式车辆上，今后也可安装在飞机、舰船或其他平台上。有消息说美国在阿富汗曾使用过使人晕倒但不致伤亡的微波枪。
(3)电磁脉冲武器
另一类高能武器——电磁脉冲(EMP)炸弹也进入了战场使用阶段。电磁脉冲炸弹使用常规炸药产生电磁脉冲，能摧毁大范围内的电子设备。据说洛斯>阿拉莫斯实验室自20世纪90年代开始就一直在埃格林空军基地秘密进行电磁脉冲炸弹试验。1993年美国利用巡航导弹首次进行了非核电磁脉冲弹试验，1996年菲利浦斯实验室研制了两种用于指挥和控制战/信息战的超宽带电磁脉冲炸弹。

2、俄罗斯
长期以来前苏联，俄罗斯的多种高功率微波技术研究处于世界领先地位。前苏联，俄罗斯在20世纪50年代就开始研究电磁脉冲的效应和军事应用，70年代以来高功率微波源已获得迅速发展，小型便携式高功率微波源可产生0.1GW的峰值功率，脉冲重复频率为100Hz。1979年苏联在捷苏边境的科希城堡进行了动物试验。试验表明，HPM武器可使lkm内的山羊瞬间死亡，2km外的山羊顷刻丧失活动能力，瘫痪倒地。利用现有技术研制出的陆基防空高功率微波发射系统样机，由微波脉冲功率源、高功率微波源和配套的对空监视雷达与指挥控制系统构成，分载于三辆越野卡车上，总重量为13t，可用于保护重要的军事设施和指挥中心。1992年俄罗斯研制的NA－GIRA雷达，其发射功率300MW，工作频率10GHz，脉宽5ns，重复频率150Hz，能跟踪150km 以外高度低于50m的直升飞机。1993年12月，俄罗斯专家称正在进行一种新的杀伤研究，即利用两束HPM在空间聚焦形成一个低温等离子区(直径为一二十米)，将其置于飞机或导弹的前面，使飞机或导弹进入这个区域内坠毁。由于低温等离子区的压力低于周围的大气压力，当导弹的一半进入低温等离子区时，这个压力差会使得导弹旋转，从而导致导弹坠毁。俄罗斯在微波弹小型化技术方面有许多独到之处。俄罗斯早在10年前就拥有微波弹，瑞典和澳大利亚军方都曾买过可发射10GW脉冲的俄制电子炸弹。据报道，俄罗斯在前几年已为SS－18洲际导弹装备了电磁脉冲弹药。在2001年利马海事和宇航展览会上，俄罗斯展出了两种射频武器：Ranets－E和Rosa－E。前者为射频火炮，是一个射频可变的防御系统，输出功率超过500MW，工作在厘米波段，产生 10－20ns的尖脉冲，能在60度扇形里使10km范围内的高精度制导武器失效：后者也工作在厘米波段，重600－1500kg，可安装在飞机上，用于降低敌方雷达系统性能，射程达到500km。
总的来说，俄罗斯在高功率微波方面的主要技术成就有：①在等离子体加热用的回旋管方面达到了高峰值功率：②研制了驱动高峰值功率和高平均功率源的小型重复脉冲功率源；③开发了用于回旋管的高效耦合器和吉瓦级结构的输出耦合器。

3、英国
20世纪80年代以来英国大力发展HPM技术。英国在HPM源脉冲缩短问题和爆炸驱动方面的成果曾受到各国HPM界的关注和赞赏。
1990年英国国防部门利用爆炸磁压缩发生器与特种行波管制造过IGW的微波弹。他们还购买了俄罗斯的NAGIRA雷达，探测海洋杂乱回波中的运动目标，测量设备前端保护器件抵御微波的有效性。一所坐落于英国西南部的秘密设施曾研制多种HPM武器。目前，美国有使用英国在该设施新研制的强力微波炸弹的计划。这种炸弹现正在测试阶段，据报道其释放的电磁波威力相当于核爆，十亿分之一秒内射m数十亿瓦威力的电波。英国还研制并成功试验了一种定向能武器载荷，用于无人机或防区外飞行的巡航导弹，其中有些试验工作是在美国进行的，这种载荷的大小巾瑞安航空公司的BQM-145A中程无人机设定，现有5架 BQM－145AE转交给美国空军，在埃格林基地进行试验。

四、高功率微波武器的发展趋势

当前，HPMW存在以下技术难题：
>源方面：如何取得高重频，如何取得更高效率，
>效应与建模方面：如何优化杀伤力，如何模拟功能杀伤，如何模拟失控/破坏。
>应用方面：高功率微波技术如何转移，如何取得更大的杀伤范围。
美国空军实验室和定向能管理局给出了高功率微波的未来发展趋势，如图所示。其中A表示大力发展机载电子攻击无人机、生存能力强的无人机来在近距离上电子杀伤商业准军用要害：B表示大力发展制导炸弹的弹药电子攻击，其特点是生存能力强、有人驾驶、在防区外发射，攻击军用设备的要害：C表示的是弹药电子攻击散布的电子系统，其特点是广域生存力强，防区外发射；D表示的是在防区外发射电子攻击广域武器，其特点是完全广域、高速飞行、攻击多目标。
从该图中我们可以得到未来

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高功率微波的几个发展方向：
>广域、多目标杀伤、小后勤供给的高功率微波武器
>附带损伤小、全天候、隐蔽、低成本武器
>改进传感器，用于目标和地理位置的识别，具备突防能力和自动图像传输能力
>保护基础设施免遭高功率微波威胁
HPMW具有充当空间武器化重要兵器的潜力，也是空间控制和反控制的重要武器系统之一，加强对HPMW的研究、开发和防护具有重要意义。