搜索能拿科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)的中國(guó)首創(chuàng)微波反導(dǎo)武器有何神奇？
2017-06-18 by:CAE仿真在線 來(lái)源:互聯(lián)網(wǎng)
據(jù)報(bào)道,西北核技術(shù)研究所副所長(zhǎng)黃文華榮獲國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。黃文華及其團(tuán)隊(duì)獲獎(jiǎng)的項(xiàng)目是高功率微波反導(dǎo)系統(tǒng),這種武器系統(tǒng)可能用于艦載反導(dǎo)武器,其主要用途是干擾乃至燒毀來(lái)襲敵方電子設(shè)備。
黃文華向媒體表示:“該成果是一項(xiàng)顛覆性技術(shù),實(shí)現(xiàn)了重大跨越,在國(guó)際上也為首創(chuàng)。”那么,微波反導(dǎo)武器到底是怎么回事呢?
西北核技術(shù)研究所副所長(zhǎng)黃文華
什么是高功率微波武器
微波是一種波長(zhǎng)范圍在1mm—1m之間,傳播速度為光速的高頻電磁波。高功率微波顧名思義就是峰值功率很高的微波,目前并沒(méi)有權(quán)威的嚴(yán)格定義,一般將頻率為1 GHz—300 GHz,峰值功率大于100 MW (1MW=100萬(wàn)瓦)以上電磁脈沖均稱為高功率微波。
高功率微波在使用特殊天線等手段匯聚后,能夠形成方向性強(qiáng)、能量高的波束,由于這種大功率微波束毀壞和干擾敵方武器系統(tǒng)、信息系統(tǒng)中的電子元件,比如導(dǎo)彈中的CPU,因而得到了各國(guó)的高度重視,中國(guó)、美國(guó)等國(guó)家都在致力于開發(fā)高功率微波武器。這種武器輻射的頻率一般在1GHz—30GHz范圍內(nèi),脈沖功率在GW級(jí)(1GW=10億瓦)。
高功率微波武器的理念并不復(fù)雜,但技術(shù)上較難突破,除了大功率元器件,高功率微波傳輸和發(fā)射等固有因素外,還包含天線輻射場(chǎng)的旁瓣對(duì)周圍的影響(天線方向圖上,最大輻射波束叫做主瓣,主瓣旁邊的小波束叫做旁瓣——觀察者網(wǎng)注)。對(duì)于武器級(jí)別的微波功率,其旁瓣也可能對(duì)周邊的人或電子設(shè)備造成殺傷和傷害。
而解決這一難題,有可能用到高功率脈沖信號(hào)的天線特性。簡(jiǎn)單的說(shuō),大口徑天線(包括相控陣),在天線遠(yuǎn)場(chǎng)處,改變微波激勵(lì)的脈沖寬度,對(duì)天線主軸輻射場(chǎng)波形基本沒(méi)有影響;但在偏離主軸處,輻射場(chǎng)波形會(huì)根據(jù)不同的脈沖展寬和幅度減小等衰變,越偏離主軸,衰減越厲害。所以利用特殊的脈沖信號(hào),就可以取得比靜態(tài)輻射場(chǎng)更好的匯聚作用,更高的瞬時(shí)能量,以及更小的周圍影響。
必須說(shuō)明的是,雖然高功率微波武器以光速的高能電磁波攔截導(dǎo)彈聽(tīng)起來(lái)很科幻,但也不宜過(guò)度吹捧。其實(shí)大功率雷達(dá)也有作為高功率微波武器的潛力,像中國(guó)和美國(guó)已經(jīng)裝備的一些雷達(dá),也能在局部范圍內(nèi)產(chǎn)生類似的效應(yīng)。
軍艦反導(dǎo)(圖中為激光反導(dǎo)示意圖,僅供參考)
導(dǎo)彈中的電子元件的怎樣被燒毀的
高功率微波武器要能燒壞導(dǎo)彈中的電子元件,首先是要有高功率微波的發(fā)射裝置,也就是微波輻射源。其次是發(fā)射出去的高功率微波能夠“進(jìn)入”導(dǎo)彈內(nèi)部并燒毀電子元件,畢竟,如果來(lái)襲的導(dǎo)彈是一個(gè)電磁波無(wú)法穿透的物體,那么高功率微波武器自然武功盡廢。
目前,高功率微波“進(jìn)入”導(dǎo)彈內(nèi)部有兩種途徑:
第一種途徑,是通過(guò)導(dǎo)彈上各種傳感器窗口和彈體天線進(jìn)入導(dǎo)彈內(nèi)部。
現(xiàn)在的導(dǎo)彈一般有紅外制導(dǎo)、雷達(dá)制導(dǎo)、衛(wèi)星制導(dǎo)、激光制導(dǎo)等類別,由于有制導(dǎo)的需要,就必須有各種傳感器窗口(比如可見(jiàn)光/紅外/微波雷達(dá))獲取制導(dǎo)信息,以及彈體天線和外界連接獲取數(shù)據(jù),而這就給高功率微波“進(jìn)入”導(dǎo)彈內(nèi)部提供了可乘之機(jī),高功率微波通過(guò)導(dǎo)彈上各種傳感器窗口和彈體天線進(jìn)入導(dǎo)彈內(nèi)部,傳播路徑與導(dǎo)彈接收和處理的各種回波信號(hào)傳遞路徑基本一致。
第二種途徑,是通過(guò)導(dǎo)彈彈頭、彈體、尾翼、前翼等部位存在的各類物理孔縫“進(jìn)入”導(dǎo)彈內(nèi)部。
無(wú)論是那種途徑,由于高功率微波本質(zhì)上是電磁波,加上電磁感應(yīng)的客觀規(guī)律,高功率微波都能在導(dǎo)彈內(nèi)部腔體形成駐波,并對(duì)電路產(chǎn)生感應(yīng)電流。當(dāng)感應(yīng)電流較小時(shí),會(huì)使電路功能產(chǎn)生混亂,而當(dāng)感應(yīng)電流較大時(shí),則會(huì)燒毀各類電子元器件。周所周知,和傳統(tǒng)依靠慣性制導(dǎo)的炸彈相比,導(dǎo)彈能夠精確打擊很大程度上就是因?yàn)榇钶d了各種電子元件,在將導(dǎo)彈里的CPU等電子元件燒毀,或電磁干擾造成工作紊亂后,能夠指哪打哪的精確制導(dǎo)武器就部分甚至完全喪失作戰(zhàn)能力了。
高功率微波武器不局限于攔截導(dǎo)彈
雖然本次報(bào)道中,黃文華研究員獲獎(jiǎng)項(xiàng)目的具體運(yùn)用方向很可能是用于軍艦攔截來(lái)襲反艦導(dǎo)彈。但高功率微波武器并非只能用來(lái)攔截導(dǎo)彈,高功率微波武器還能用于攻擊敵方的飛機(jī),甚至是對(duì)人員造成一定殺傷。
由于現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)已經(jīng)全面進(jìn)入信息化時(shí)代,各類戰(zhàn)機(jī)上都搭載了復(fù)雜的電子設(shè)備,而各種電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擊,機(jī)載電子設(shè)備很有可能就會(huì)燒毀或無(wú)法正常工作。如果技術(shù)足夠成熟,可以實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行掃描型的撒網(wǎng)式的攻擊,即便是美國(guó)F22、F35這樣高度信息化的戰(zhàn)機(jī),也很有可能會(huì)遭遇電子設(shè)備失靈的窘境。事實(shí)上,美國(guó)就曾經(jīng)發(fā)生過(guò)因地面基地進(jìn)行微波武器實(shí)驗(yàn),進(jìn)而導(dǎo)致一架飛過(guò)該基地的戰(zhàn)機(jī)墜毀,2名飛行員身亡的慘劇。
此外,高功率微波武器在理論上也能對(duì)人員造成一定殺傷,對(duì)人員的殺傷原理和使用微波爐加熱食物的原理是類似的。雖然目前還沒(méi)有這類武器問(wèn)世,但根據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)和統(tǒng)計(jì),高功率微波武器對(duì)人員的殺傷是客觀存在的。
舉例來(lái)說(shuō),在高漏電磁場(chǎng)環(huán)境下工作的工人,眼睛水晶體老化比正常人要早5年。美國(guó)陸軍醫(yī)學(xué)研究實(shí)驗(yàn)室所做的強(qiáng)微波照射試驗(yàn)也表明,當(dāng)微波能量密度達(dá)到0.5MW/cm2時(shí),會(huì)造成人體皮膚輕度燒傷。達(dá)到20MW/cm2時(shí),只需照射2秒,即可造成人體3度皮膚燒傷。當(dāng)微波能量密度達(dá)到80MW/cm2 時(shí),僅僅1秒就能使人喪命。
在國(guó)際上也為首創(chuàng)
正是由于高功率微波武器的巨大潛力,中國(guó)、美國(guó)、以及一些歐洲國(guó)家都在致力于研究高功率微波武器。
美國(guó)的研究重點(diǎn)是在飛機(jī)、無(wú)人機(jī)、導(dǎo)彈上安裝高功率微波武器用于攻擊敵方防空、指揮系統(tǒng)的電子設(shè)備。以及用高功率微波武器來(lái)驅(qū)散人群,畢竟之前提到過(guò),微波能量密度提高到一定程度時(shí),是可以讓人感到灼燒感的。將高功率微波武器用于擊落導(dǎo)彈目前還只是構(gòu)想,未進(jìn)行過(guò)打靶試驗(yàn)。
美國(guó)陸軍研制的用于驅(qū)散人群的高功率微波武器
歐洲國(guó)家在高功率微波研究上頗有建樹,還曾經(jīng)測(cè)試了五枚導(dǎo)彈。不過(guò),雖然歐洲開展過(guò)相關(guān)測(cè)試,但并沒(méi)有采用高功率微波武器成功攔截導(dǎo)彈的公開報(bào)道。此外,瑞典在高功率微波外場(chǎng)實(shí)驗(yàn)上具有非常高的水平,并將研究領(lǐng)域擴(kuò)展到了電氣化鐵路系統(tǒng)、GPS、無(wú)線局域網(wǎng)、計(jì)算機(jī)等系統(tǒng)的電磁易損性的研究上。
雖然黃文華研究員在2017年1月9日才獲得國(guó)家科技進(jìn)步獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。但在2010年11月18日,高功率微波反導(dǎo)系統(tǒng)就在我國(guó)西北某地進(jìn)行了打靶試驗(yàn)并取得成功。這項(xiàng)技術(shù)在軍事上意義重大,而且還有非常大的潛力可以挖,想必這也是其榮獲此大獎(jiǎng)的原因所在了。
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