微波武器
用高能量电磁波攻击目标的武器
微波武器(英文名:微波 weapon;别称:射频武器或电磁脉冲武器),指通过微波电磁脉冲转换,天线将微波波束聚成方向性极强、能量极高的窄波束,并通过定向微波发射装置将电子束的能量或爆炸的化学能量转换为微波能量,人们用该高能量电磁波来攻击目标的武器。
第二次世界大战后期的纳粹德国科学家,已经提出用特大型聚焦天线将电磁波汇聚后发射用来击毁盟军飞机的设想。微波武器的发展设想,在二战后落入幕后。但随着美苏冷战时期的到来,各国开始研究微波武器。自20世纪70年代以来,美国、英国法国德国日本苏联等竞相开展了高功率微波源和高功率武器杀伤机理研究;进入80年代,高功率微波源理论取得突破性进展,由微波源和效应牵引,相关研究从实验室阶段转向实用化阶段;90年代,开始应用牵引的高功率微波研究项目。进入21世纪后,各国研究逐渐向军用平台和进攻型武器的方向过渡。高功率微波武器技术已成为国际上的一个研究热点,也是正在发展中的一项新概念武器。中国、美国、俄罗斯、英国、法国等都很重视高功率微波技术的研发和应用。2007年10月,美国空军公开演示了一种非致命防爆微波武器,它可使微波能侵入人体皮肤造成剧烈的灼烧感。截至2016年,俄罗斯最先进的微波武器是微波炮。2020年,俄罗斯开展了新型无人机载高功率微波武器样机的地面试验,对空中目标的有效作用距离达到7~8km,最远可达10km。2021年,美国空军研究实验室发布了《定向能未来2060——对美国国防部未来40年定向能技术的展望》报告,对未来40年包括激光炮和高功率微波武器在内的激光武器的发展和应用进行了预测。2024年,中国已研发出高功率微波武器,可向空中大范围释放高能量的微波,对蜂群无人机进行有效抗击。
微波武器一般由微波发生器、天线、定向微波发射装置和控制系统等组成,其具有波束聚成方向性强、能量高等性能特征。微波武器作用主要有电效应、热效应、生物效应三种方式。其主要应用于攻击各种武器装备的电子系统,尤其是指挥通信枢纽、作战联络网等重要的信息战的节点和部位。
相关概念
微波(microwave)是一种电磁波,其波长比其他无线电短,介于一般无线电波与光波之间,波长范围约为1米到0.1毫米,频率范围在300MHz至3000GHz之间。因微波频率比一般的无线电波频率高,通常也称为“超高频电磁波”。根据微波波长的不同,主要分为特高频、厘米波、毫米波和亚毫米波四个波段。微波具有穿透性、似光性、信息性和非电离性等多个特点。此外,微波也具有波粒二象性,玻璃、塑料和瓷器几乎不吸收微波。水和食物等会吸收微波而使自身发热。金属类物质则会反射微波。
发展历史
发展背景
第二次世界大战爆发后,一名从事雷达科技开发的工程师斯宾塞,在一次电子管试验中发明了微波炉,就在斯宾塞专注于微波炉研究时,二战后期的纳粹德国科学家,已经提出用特大型聚焦天线将电磁波汇聚后发射用来击毁盟军飞机的设想,但由于当时战争进程的发展和技术的限制,这一设想并没能实现。微波武器的发展设想,在二战落幕后尘封于战胜国档案柜里。但随着冷战时期的到来,使微波武器计划再从幕后走到了台前。
冷战时期
1961年10月,苏联新地岛进行当量为6000万吨梯恩梯的氢弹爆炸试验。这颗氢弹一爆炸,造成美国军队设在阿拉斯加州预警雷达和4000公里范围内的高频通信瞬间失灵,时间长达20小时。1962年7月,美国进行的代号为“星鱼”的高空核爆炸使其7颗军事卫星同时报废。这一连串的事故引起了各国军方的重视,是敌对国的秘密武器还是渗透破坏,各种怀疑层出不穷。为了弄清这一现象,科学家们进行了大量研究,终于揭开了谜底:原来是高空核爆炸透射进大气层,产生了不定向的高强度微波,它们对电子设备产生了巨大的破坏力。新的发现及后续的研究,让人们意识到了微波作为武器应用的巨大破坏潜能。由此,微波武器研究开始从概念走向了实际,并拉开了一场制造新概念非核武器的大国竞赛。
自20世纪70年代以来,美国、英国法国德国日本苏联等竞相开展了高功率微波源和高功率武器杀伤机理研究;进入80年代,高功率微波源理论取得突破性进展,由微波源和效应牵引,相关研究从实验室阶段转向实用化阶段;90年代,开始应用牵引的高功率微波研究项目。
进入21世纪
进入21世纪后,各国研究逐渐向军用平台和进攻型武器的方向过渡。高功率微波武器技术已成为国际上的一个研究热点,也是正在发展中的一项新概念武器。中国、美国、俄罗斯英国法国等都很重视高功率微波技术的研发和应用。
中国
中国始终致力于微波武器的研制,2015年,在北京举行的国防科技工业军民融合发展成果展上,相关单位展示了一辆车顶安装着类似雷达天线装置的卡车,该型武器的全称是WB-I型防暴拒止系统,是一种非致命定向能装备,利用高功率毫米光波束照射目标,能使人体皮肤表面瞬间产生强烈的、难以忍受灼烧感。该型微波武器还可以安装在舰船上,用于执行海上维权、反海盗等任务。
2024年,在如何抗击无人机,尤其是自杀式蜂群无人机等困扰很多国家的世界性难题。中国已研发出高功率微波武器,可向空中大范围释放高能量的微波,对蜂群无人机进行有效抗击。
美国
美国一直研究利用微波武器提高作战能力,部署海陆空防御系统。1991年海湾战争伊始,美国军队首次使用了BGM-109巡航导弹携带的高功率微波炸弹,破坏和摧毁了伊拉克的防空雷达系统和指挥控制系统;1999年3月科索沃战争中,南斯拉夫联盟共和国成为美军新武器微波炸弹和石墨炸弹的“试验场”,严重破坏了该地区的电力和电子系统;2003年3月26日伊拉克战争中,美军使用了一种高功率微波炸弹轰炸巴格达电视台,爆炸时产生的电磁波能量瞬间切断了炸弹射程内的电源供应,使巴格达地区大面积停电12小时。
2007年10月,美国空军公开演示了一种研发已久的非致命防爆微波武器,它可使微波能侵入人体皮肤造成剧烈的灼烧感。2017年,美国空军参谋长签署了定向能飞行计划,促进空军机载高能激光器和高功率射频武器的研发和部署。2018年10月,美国空军研究实验室(AirForceResearchLaboratory,AFRL)发布了“机载定向能”概念的信息征询书,要求激光或微波武器在防御面空导弹空空导弹的同时,也有能力精确打击地面目标。2019年7月,AFRL发布了机载吊舱自卫系统的信息征询书,要求该吊舱必须能容纳10枚微型自卫弹药或者1个激光炮/高功率微波系统。
2021年,AFRL发布了《定向能未来2060——对美国国防部未来40年定向能技术的展望》报告,对未来40年包括高能激光武器和高功率微波武器在内的激光武器的发展和应用进行了预测,报告认为定向能武器的发展和应用,无论是现在还是不久的未来,对军事行动的成功都至关重要。
俄罗斯
俄罗斯无线电电子技术集团(KRET)研制的克拉苏哈”(Krasukha)系列电子战武器包括两个型号:“克拉苏哈”-2和“克拉苏哈”-4系统。“克拉苏哈”-2是一种车载高功率微波干扰系统,主要用于对抗空基雷达,可以在上百千米外对预警机实施干扰,2014年提前交付俄罗斯军队使用。
截至2016年,俄罗斯最先进的微波武器是微波炮。该“微波炮”的射程超过10千米,将其安装到特殊平台上可实现360度全方位防御。该款武器可搭配“山毛榉防空导弹”地对空导弹用于防空,另外还可检测俄罗斯联邦武装力量电子系统抗微波辐射能力。研发人员表示,该款微波炮的巨大威力表现在可致使敌方飞机、无人机的电子设备失灵。
俄罗斯也研制用于干扰、压制无人机的高功率微波武器系统。此外,俄罗斯为其第六代无人作战飞机研制微波武器,计划采用有人飞机控制无人机群的方式,对数十公里内的敌机进行干扰。2020年,俄罗斯开展了新型无人机载高功率微波武器样机的地面试验,对空中目标的有效作用距离达到7~8km,最远可达10km。当前该武器仍面临体积大和瞄准精度不够高等问题,未来可能会围绕微波源轻小型化、强电磁兼容、波束跟瞄等方面开展研究。
欧洲防务局
2020年10月1日至2日,来自欧洲防务局(EDA)的10个成员国以及挪威瑞士的至少77位专家参加了EDA组织的线上研讨会,评估和讨论高功率微波武器的技术和作战问题。这次研讨会是EDA正在进行的高功率微波武器研究工作的一部分,各国国防部、学院、研究和技术组织以及工业界的代表们分享了各自的观点和立场,这些思想后期将引人EDA的研究中。首次研讨会的第一个切实的成果是建立了欧洲的高功率微波武器专家网,以便于各国国防部和EDA开展后续活动。第二次研讨会计划在2021年春天进行,重点是讨论、确认、补充高功率微波武器概念和作战场景,以及从用户的观点确定高功率微波武器需求。
EDA正在进行的高功率微波武器研究将使各成员国国防部了解新的高功率微波武器概念一一通过削弱大量关键任务设备中的重要电子元件来破坏战场上的军用设备。此类高功率微波武器能摧毁或破坏许多作战场景中的电子系统。在这些作战场景中,电磁脉冲或电子战战斗部可集成到导弹、弹药和子弹药或者无人机上,提供常规战斗部无法实现的能力。德国弗劳恩霍夫应用研究促进协会(Fraunhofer-Gesellschaft)被授予合同进行该研究。项目预计为期18个月,从2020年4月底到2021年10月底。
工作机理
对人的杀伤机理
微波武器可使人丧失作战能力。这种威力就是微波对人体的非热效应。微波能量使人体组织发热,还可以在低能量级微波对人体造支危害,这便是生物体的非热效应,科学家们近来的研究结果表明,低能微波对人的健康亦有危害,它能引起神经衰弱和心血管系统能紊乱,即使极低频的电磁场也能在生物体表面引起电荷和感应电热,刺激肌肉神经,虽然微波的非热效应不能立即清灭操作人员,但它能使操作人员迅速丧失操作能力,其作用也是不容否定的。
微波武器可致人死亡。这种威力也是人体对微波热效应的一种在强功率微波照射下,造成人体产生热效应,出现皮肤灼热,眼睛白内障、皮肤及内部组织严重烧伤和致死等现象,不仅在科学研究中得间证实,军事上也有这方面的研究数据。美国陆军医学研究实验室所做的强微波照射试验表明,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,即可造成我三度皮肤烧伤;达到80MW/cm2时,仅1秒就能使人丧命。
对武器系统的破坏机理
高能微波对器件的破坏原理就像近距离的雷电,极强的电磁脉冲通过"前通道"和"后通道"两途径进入电子设备前通道指设备对外川放的天线等通道,强电磁脉冲被直接导向目标设备,而使其工作性能降低和完全失效,如果知道设备的接收频率,甚至可以通过巧妙的设计,造成更大的破坏效果。后通道指设备的导线、动力电缆、电话线,失效的屏蔽部件甚至屏蔽箱上的孔洞,驻波能量通过它们遇合进受备内而造成破坏。
对隐形武器的破坏机理
隐形飞机为了达到隐形目的,需要尽量减少翼面,因而必须采用电传操纵系统、推力向量系统等先进技术,故其对机载电子设备的依赖程度更高,这使得其面对微波武器时更加脆弱。隐身飞机采用吸波材料和涂料,以便大量吸收雷达波能,当隐形飞机被微波武器的高能电磁波照射到时,机体会因为过量吸收微波能量而产生高温,轻则导致机体强度降低而解体,重则直接被熔化。
系统组成
微波武器也称射频武器或电磁脉冲武器,一般由微波发生器、天线、定向微波发射装置和控制系统等组成。通过微波电磁脉冲转换,天线将微波波束聚成方向性极强、能量极高的窄波束,定向微波发射装置将电子束的能量或爆炸的化学能量转换为微波能量。
作用特征
微波武器与激光、粒子束武器相比,其波束宽得多,作用距离更远,受气候影响更小;而且只需大致指向目标,不必像激光、粒子束武器那样精确跟踪、瞄准目标;它便于火力控制,从而使敌方对抗措施更加困难和复杂化。微波武器可用于攻击各种武器装备的电子系统,尤其是指挥通信枢纽、作战联络网等重要的信息战的节点和部位。
应用领域
微波武器中的高功率微波武器主要应用于攻击各种武器装备的电子系统,尤其是指挥通信枢纽、作战联络网等重要的信息战的节点和部位。而非致命微波武器主要应用在警用装备上。
常见分类
微波武器主要分为非致命微波武器、高功率微波武器等。
非致命微波武器
在警用装备上出现的定向能防暴拒止系统实就是微波武器,这种系统采用的低能量波束,可以使人感到灼热疼痛,但不会造成永久性伤害,就如同小型的激光眩目武器一样,在真正的战争中发挥非常有限。2007年,美国空军公开演示了一种非致命防爆微波武器,它可使微波能侵入人体皮肤造成剧烈的灼烧感。
高功率微波武器
真正意义上的微波武器指的是高功率微波武器技术。指频率在100MHz~300MHz、峰值功率在100MW以上的强电磁辐射,这是一种先进的新概念武器技术。当微波能量密度达到0.01微瓦/平方厘米-1微瓦/平方厘米时,可使相应波段雷达瘫痪;达到10瓦/平方厘米~100瓦/平方厘米时,可烧毁任何此波段的电子元器件。
关键技术
微波武器是一个宽泛的概念,真正意义上的微波武器指的是高功率微波武器技术。微波武器中的高功率武器按照其基本工作原理,其关键技术主要包括高功率微波生成技术、高功率微波发射技术、脉冲驱动源技术、初级能源技术等。
微波生成技术
高功率微波生成器件是高功率微波武器的“心脏”,直接决定着武器的性能,其杀伤力、作用距离与生成的电磁波的功率成正比,也就是说,生成电磁波的功率越高,辐射的能量就越大,武器的杀伤力也就越大,同时,武器作用距离也越远。按照工作原理来划分,生成器件主要分为振荡器和放大器。振荡器主要包括虚阴极振荡器、相对论返波振荡器和磁绝缘线振荡器等,输出频率的稳定性较差;相对论速调管放大器以其功率高、效率高、适合重频运行等优点是现阶段微波武器主要采用的放大器,其最大输出功率可达GW级。
微波发射技术
高功率微波技术主要是将载有高能量的电磁波发射给目标对象,以达到毁伤目标的目的。发射单元通常采用阵列天线、喇叭天线、反射面天线等形式。为增强微波武器对目标的杀伤效果,可通过提高天线增益的方式来提高微波输出的等效辐射功率,同时,尽量抑制副瓣,避免对己方人员和装备造成不利影响。
初级储能技术
初级能源是整个航空武器系统的能量池,是武器系统内所有用电负载的最初能量来源。由于武器平台中包含多个子系统,用电形式多种多样,因此,储能能源不仅包括能量供给,还包括能量转换。能量供给主要采用大型发电机和大型储能电池,能量转换则是通过不同的电能变换拓扑将电能转换为不同的电源类型,以满足武器系统内用电负载的各种供电需求。初级能源的功率密度、能量密度、转换效率是目前需要突破的关键。
脉冲驱动技术
脉冲驱动源接收初级能源提供的能量,并进行累积,在瞬时为生成高能电脉冲或强流电子束提供驱动电能。脉冲驱动源现阶段主要采用Marx和脉冲形成技术,其重复频率、脉冲宽度、功率密度、模块化等指标是当前需要突破的关键。
发展趋势
未来的战争,将会是争夺制信息权的战争,高能微波武器的出现,可以实现对地方电磁信息系统的大范围硬杀伤,其作用完全不逊于真正的弹药。因此,国家及早展开高功率微波武器的研制及判断其发展趋势,具有非常重要的意义。
解决部分关键系统
截至2023年,高功率微波技术及其武器化应用所需各项关键技术已经取得重大进展,接下来主要是解决部分关键系统体积庞大,能量转换效率不高,搭载在巡航导弹无人机等小尺寸作战平台时,输出功率较小,导致作战距离较近等问题。未来,高功率微波技术将朝着小型化、阵列化、高重频化方向发展。在推进传统应用的同时,不断拓展应用领域,加强空基、海基、天基平台的适装性研究,推进对反空间目标、临近空间目标和反无人蜂群的应用研究。
适应未来的战场条件
高功率微波武器既可以损伤各类信息传感器,实现信息致盲;也可以毁伤通信、数据链设备;还可以扰乱计算机网络及武器控制单元,并具有人员非致命、光速攻击、攻击波束面覆盖等能力,因此在空间攻防对抗、信息对抗和反精确打击等方面具有巨大的军事应用潜力。作为未来战争的一种重要的电磁打击手段,必将引发电子战领域的深刻变革。同时电子战的不断发展也会牵引高功率微波武器快速走向应用,为微波定向能提供更多的作战经验、任务规划、交战规则、目标确定和效应评估等,从而确保高功率微波武器更加适应未来的战场条件。
提升武器攻击的能力
高功率微波武器可能成为未来战场电子电气设备以及武器装备的重要威胁,为提升导弹装备在未来战场应对高功率微波攻击的能力,需综合考虑导弹器件指标、弹道特点等多方面因素,分析微波攻击能量对导弹敏感器件/电路的各种耦合通道,进而开展机载高功率微波武器攻击导弹的作用机理与毁伤模式研究,分析高能微波效应对导弹的作用途径,为导弹的毁伤防护及主动反高功率微波拦截技术研究奠定基础。
代表型号
(以上为收录部分主要武器代表)
实战运用
参考资料:(以上为收录截至2024年的部分主要实战运用)
相关防护
电子战争中,雷达与电子对抗为一对矛盾,互相制约,为了对付雷达,除了各类干扰外,还有高功率微波武器以瞬时高电压击穿雷达和电子设备的芯片导致雷达系统失效达到致盲的目的。中国研究了一种电子盾牌技术可用于雷达电子设备的保护,利用光控可调频选表面天线罩,在遇到强高功率微波武器袭击时,启动光控系统,光控可调频选表面天线罩将内部设备与外界高功率微波隔离,高压脉冲不能侵入雷达内部,避免损毁雷达和电子系统内部关键芯片,对抗雷达致盲武器的攻击。
相关事件
2024年11月16日,央视新闻报道,如何抗击无人机,尤其是自杀式蜂群无人机,是困扰很多国家的世界性难题。中国已研发出高功率微波武器,可向空中大范围释放高能量的微波,对蜂群无人机进行有效抗击,“不让飞进一只‘蚊子’”。
相关评价
微波武器是一种新概念定向能武器,在反击无人机的效果上具有许多其他防空武器所不具备的优势,在未来防空作战体系中可以有效弥补其他防空武器的诸多短板。(《移动电源与车辆》及作者吴凌华等人评)
目录
概述
相关概念
发展历史
发展背景
冷战时期
进入21世纪
中国
美国
俄罗斯
欧洲防务局
工作机理
对人的杀伤机理
对武器系统的破坏机理
对隐形武器的破坏机理
系统组成
作用特征
应用领域
常见分类
非致命微波武器
高功率微波武器
关键技术
微波生成技术
微波发射技术
初级储能技术
脉冲驱动技术
发展趋势
解决部分关键系统
适应未来的战场条件
提升武器攻击的能力
代表型号
实战运用
相关防护
相关事件
相关评价
参考资料