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高功率微波(High-Power Microwave,HPM)是強電磁脈衝的一種,其頻率範圍為1GHz~300GHz,峰值功率高於100MW。HPM具有高頻率、短脈衝(幾十納秒)和高功率等特點,是強電磁脈衝的一種重要形式。高功率微波彈屬於定向能武器的一種,利用沿一定方向發射與傳播的高能射束攻擊目標的一種新型兵器,也稱能束武器。

高功率微波彈,早已在實戰中投入使用:海灣戰爭中,美軍將數枚高功率微波炸彈和其他武器配合使用,使巴格達指揮系統一度中斷。無論從技術上還是結構上講,高功率微波彈比較簡單,易於實現,因而是今後發展的重點。

高功率微波彈

創想來自氫彈的電磁脈衝效應

電磁脈衝炸彈的產生源於美蘇發展氫彈的實踐。氫彈作為核武器家族的重要成員,其爆炸不僅會產生衝擊波、光輻射、核輻射和放射性汙染,還會產生電磁脈衝效應。這是因為氫彈爆炸會產生密集的α射線和γ射線,這些射線會從大氣中電離出大量高速運動的電子,繼而在空中產生強大的電場。

在爆炸中心附近幾千米內的電場強度可達到數萬伏/米,不斷變化的電場又會激勵出磁場,瞬間產生的電磁場會以光速傳播併產生強大的電磁脈衝,從而導致地面上的電器產生感應電磁場,將電子裝置燒燬。它的作用範圍隨著爆炸高度的增加而擴大。爆炸當量為1000噸TNT的氫彈如在40千米高空爆炸,產生的電磁脈衝可影響整個歐洲。

然而,在全球反核武器的巨大聲浪下,軍事強國對使用核武器的後果十分忌憚,因為其對地球帶來的毀滅性影響令世人難以承受,且可能遭到對手的核報復。因此,他們希望找到一種以非核爆形式產生高能電磁脈衝的方法。這一“創想”最終在20世紀80年代後期取得成果,即高功率微波彈。

1985年,美國在制定“星球大戰”(SDI)計劃時,就把高功率微波武器列為其空間武器發展的主攻專案,重點研究電磁武器的殺傷機理。1993年,美國進行了代號為“豎琴”的電磁脈衝武器試驗,通過天線群向電離層發射電磁脈衝,試驗成功阻斷了通訊並摧毀來襲的導彈。非核機理的微波武器在打擊威力上不亞於核爆炸的電磁脈衝效應,但不會帶來核武器那樣的大規模殺傷力。

電磁脈衝產生的感應電磁場將電子裝置燒燬

它其實就是高效的“能量轉換器”

高功率微波彈是以炸藥和化學燃料的爆炸能為能源,並用高功率脈衝發生器替代核爆炸產生的區域性強力電磁脈衝來破壞電子裝置。高功率微波彈的工作原理可簡述為一種能量形式的“轉換器”,即先將炸藥(或推進劑)的化學能轉換成大功率低頻電磁能,然後再轉換成高功率微波電磁脈衝。

微波炸彈主要由電磁戰鬥部和點火裝置兩部分構成。前者是高功率發生器,基本部件包括電源、微波諧振裝置和輻射微波波束的天線;後者視彈種而異,可包括雷達高度表、氣壓計引信或GPS/慣性制導炸彈使用的導航系統。微波炸彈主要是通過磁通壓縮發生器和虛陰極振盪器完成能量形式的兩次轉換。

微波炸彈的殺傷力主要受到輸出功率、能量耦合效率、爆炸高度、目標加固程度等諸種因素的制約。高功率微波彈體積小、重量輕,便於攜帶與投擲。這種武器的投射方式有:機載空投、無人機載彈自主攻擊、導彈運載投射、火炮發射和人力投射。俄羅斯的一種提箱式微波炸彈只有公文包大小,可產生高達10吉赫、頻率為31吉赫的微波脈衝。

高功率微波彈有啥優勢

高功率微波彈可進行電子戰、戰略空襲作戰、進攻型防空作戰、戰場空中封鎖作戰,通過增加戰場指控鏈條的壓力,使對方放棄抵抗。與現有兵器相比,它具有如下優點: (1)能把能量高度集中,以光速或接近光速的速度直接射向目標,使之難以躲避;(2)可快速地轉換攻擊方向,反應靈活;(3)一般只對目標本身或其某一部位造成破壞,而不像核武器、化學武器和生物武器那樣造成大範圍的損害。

高功率微波彈將使先進武器及指揮系統失去效能

美國有多種可攜帶微波彈頭的機載空投炸彈。在1991年的海灣戰爭中,美軍利用“戰斧”巡航導彈作運載平臺,投擲了仍處於實驗狀態的微波炸彈,幾乎使巴格達指控系統陷入癱瘓。在科索沃戰爭中,美軍再次將其作為對南聯盟實施資訊打擊的主要武器之一。除了“戰斧”,美軍還為其精確制導武器—— MK84“聯合直接攻擊彈藥”(俗稱“傑達姆”)配備了微波炸彈,其電磁戰鬥部包含電池電源、同軸電容器組、二極螺線形磁通壓縮發生器、脈衝形成網路、虛陰極振盪器和微波天線等。其中,主電源是磁通壓縮器,虛陰極振盪器是將電能轉變成微波能量的諧波裝置。

俄羅斯在1994年前後開始試驗各種用途的小型爆炸激勵的微波炸彈,小到單兵投擲的手榴彈,大到火炮發射的155毫米口徑的炮彈。除美、俄以外,正在研製或引進微波炸彈技術的國家和地區還有英國、法國、澳洲、瑞士、南韓、日本、印度、德國和臺灣等。

當然,中國也沒有閒著。中國西北核技術研究所黃文華研究員在微波武器技術上投入了近20年的研發時間,在微波反導領域取得了領先他國的、世界首創的原創性成果。該武器裝備於2017年獲得中國國家科學技術進步一等獎。

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