瞪一眼就要你命:中國進行了電磁攻擊實驗_風聞
晨枫-军事撰稿人-古今多少事,都付笑谈中2022-01-30 09:18
據中國《電子信息對抗技術》雜誌報導,中國進行了一次對無人機的電磁攻擊試驗,目標無人機墜落。目標無人機在1500米高度飛行,攻擊斜距和功率沒有透露。這是中國第一次公佈電磁脈衝武器的實戰試驗。另據報道,中國正在研製80吉瓦級電磁脈衝武器,這是三峽電站發電能力的4倍。
電子干擾和電磁攻擊都是用電磁能量破壞敵人電子設備正常工作的手段,但量變引起質變,兩者的能量差別好比火柴和炸藥包。電磁攻擊也稱電磁脈衝(EMP)攻擊,最早是在核爆炸的時候發現的。核爆炸巨大的能量產生強大的電磁脈衝,可以導致大範圍的破壞。在曼哈頓計劃期間,恩里科·費米建議把所有導線全部屏蔽,但在核試驗期間,依然有大量數據因為電磁脈衝的干擾而丟失。50年代初的英國核試驗期間也發生同樣的事情。
在1958年4月28日的試驗中,美國用高空氣球懸掛的1700噸當量核彈進行高空核試驗,爆炸高度為26200米,現場所有測試電磁脈衝強度的儀器統統爆表,後來推測實際強度達到儀表量程的5倍。1962年7月,美國再次進行了一系列核試驗,這次在400公里的大氣層外,核彈當量為144萬噸。電磁脈衝強度再次超過預料,在1445公里以外的夏威夷都有300多個路燈爆炸,大量住家的防盜警報觸發,微波通信中斷。
同在1962年,蘇聯在哈薩克的核試驗中測試電磁脈衝的影響。附近的電話線在試驗前就隔離為40-80公里的分段,每段有保險絲和空氣開關,用於過電流保護。但在試驗中,所有分段的保險絲統統熔斷,空氣開關統統跳閘。部分電線發生短路,電線熔斷,垂到地面上。
核爆引起的電磁脈衝攻擊是真正大威力、大範圍的無差別殺傷武器,在人煙密集、地磁場較強的北半球,大威力核彈高空爆炸有可能大面積摧毀無防護的電力線、電話線和無防護電子設備,引起廣泛斷電、斷話和設備燒燬,微波和手機通信更是首當其衝,比地爆產生的衝擊波、熱輻射、伽馬射線、放射性沾染的危害範圍大得多。
非核電磁脈衝的理論最早是蘇聯物理學界提出的,但實現要晚的多,難點在於要用非核手段在極短的時間裏形成足夠的放電強度。早期用爆炸產生高能量進行磁通量壓縮,但難以精確控制能量和時序。蘇聯物理學家們提出三個構型:

空心管構型,用徑向爆炸壓縮線圈,線圈管截面積縮小導致磁通量壓縮,線圈內的磁場強度增加為原面積與壓縮後的面積之比,從而形成強電流

螺旋管構型,用軸向的爆炸減少短路線圈的纏繞圈數,同樣達到磁通量壓縮的目的,在最後時刻,打開短路開關,強電流對電容充電

盤式構型,用螺旋管構型作為一級強電流發生器,盤式其實是對置的邊緣緊密接觸的空心薄壁銅盤,在一級發生器的電流下產生強磁場,盤間填充炸藥,引爆後,壓力從外向裏擠壓銅盤,壓縮磁場,形成比一級發生器更強的電流
蘇聯物理學家的發明在理論上很優美,但很難精確實現,而任何不完美都導致功虧一簣,所以實用化很難。另一個問題是,這些構型都是一次性的,很難實現多次使用。
另一個思路是用特斯拉線圈,也稱串聯諧振變壓器,用普通變壓器首先升壓,在初級迴路的電容和次級迴路的電感之間產生諧振,在火花間隙兩端產生高電壓,製造人工閃電。


把火花間隙和電容的位置對換一下,可以導致特斯拉線圈的兩種構型

放電中的特斯拉線圈
特斯拉線圈曾經是主流電磁脈衝武器的技術路線,但現在用開關切換的串並級電容更多,也就是所謂的馬克斯發生器(Marx Generator)。這是用較低的直流電壓對並聯的電容充電,然後所有開關同步切換,使得電容串聯,達到超高壓,形成人工閃電。

馬克斯高電壓發生器用直流電充電(上),通過同步的開關形成放電(下)

簡單的十級馬克斯發生器在實驗室裏模擬人工閃電
美國在2019年的一次電磁攻擊試驗裏,一次性擊落50架無人機。美國正在將這個技術實用化,將作為“戰術高能微波武器”(THOR)推出,“機場反電子系統增程高能微波武器”(CHIMERA)也在研製中,用於針對蜂羣無人機的機場和要點保衞。德國、法國、俄羅斯、韓國也在研究中,現在中國也來了。
據報道,在檢查殘骸中發現,墜毀的目標無人機的衞星導航、結冰探測器(用於機翼防冰)、加速計、氣壓高度計和通信系統都沒有損壞,電池和電機也保持完好,但飛控被破壞了,最終導致墜毀。事實上,在試驗中,目標無人機沒有馬上墜落,而是搖搖晃晃後失控,最終墜毀。試驗結果達到了最低要求,但還不盡理想。
不過中國的電磁脈衝武器有一點與美國不一樣,中國的電磁脈衝武器是高度定向的,用於在較遠距離上攻擊點目標;美國的是“廣角”的,用於在較近的距離上攻擊蜂羣目標。中國針對的是較大較遠的單一軍用級無人機,以大國競爭為戰場想定;美國針對的是密集但較近而且是大疆級的無防護民用無人機,以反恐為戰場想定。兩者並不完全可比,測試場景也不可能一樣。
世界上公開報導的電磁脈衝武器達到20吉瓦峯值功率,但據測算,THOR實際上達到80吉瓦。中國也在研製80吉瓦級的電磁脈衝武器。

電磁脈衝炸彈可以使得一片區域的電氣電子系統癱瘓,包括城鎮、防空陣地、進攻中的坦克羣

這甚至可能成為非核大規模殺傷武器

可以多次攻擊的電磁脈衝巡航導彈可以使得整個城市陷入黑暗和通信中斷的困境
非核電磁脈衝武器有非常廣泛的應用前景。武器裝備越是自動化、信息化、智能化,電磁脈衝武器的作用越大。儘管電磁脈衝武器對人不致命,但在戰場上,真是對現代化裝備的大規模殺傷武器。
電磁脈衝武器首先用於機場保衞不是偶然的。機場打擊從轟炸機地毯轟炸,到導彈重點打擊,到蜂羣無人機的蜂擁攻擊,機場保衞自然也需要矛盾相長。蜂羣無人機用大量低成本無人機密集攻擊,使得防衞方打不勝打。但再簡單、低成本的無人機也要依靠電子系統完成從飛控、導航、目標識別和制導的一系列任務,這就是電磁攻擊武器的機會。只要使得機載電子系統失能,無人機就失控了,即使不立刻墜毀,也基本上無害化了。寬視場的電磁脈衝武器還可以成片擊落蜂羣無人機,越是密集,效果越好。
類似的系統也可以用於機載反導彈系統,用電磁攻擊武器致使追擊的防空導彈和空空導彈失能。不管是雷達制導,還是紅外製導,都高度依賴彈載電子系統。由於電磁攻擊武器是用於燒燬電路的,制導方式無關緊要了,因此不存在反制紅外製導導彈和雷達制導導彈需要不同的設備的問題。
這也可以用於艦船,作為動能攔截彈硬殺傷的有利補充。由於電磁攻擊武器的能量密度與距離的平方成反比,隨着來襲導彈的逼近,能量急劇增加,距離越近,效果越強。掠海飛行的導彈只要一抖晃,就可能墜海自毀。俯衝攻擊的導彈一抖晃,也容易偏離原來的命中點。
在進攻性作戰中,電磁攻擊武器更是可以在戰略和戰術各個層面發揮作用。在戰略性進攻作戰中,電磁攻擊武器可用於癱瘓對方的電網、電話網、計算機網和一切無屏蔽的電子設備,所有無屏蔽的導線和電路都成為接收天線,在悄無聲息中使得整個城市癱瘓,這是完全可能的。驚天動地的地毯轟炸可能被悄悄的電磁轟炸所取代,但效果更加致命,因為倖存者可能被迫回到手提肩扛的時代,連汽車、水泵、電梯都不能運轉了。
在戰術性進攻作戰中,電磁攻擊武器可用於攻擊雷達、通信系統、武器的火控系統,雷達和通信天線越靈敏,對電磁攻擊就越敏感,連關機都不能躲避攻擊。甚至步兵都不能倖免,失靈的無線電、夜視儀、單兵作戰系統使得三頭六臂的超級戰士在瞬間回到小米加步槍的本色。坦克、車輛不僅通信、導航、火控系統失靈,可能基本的發動機控制都要失靈,那時就成不能動彈的廢鐵了。
可能只有騎着毛驢、操着AK47、用傳令兵指揮打仗的塔利班能徹底不受電磁攻擊的影響,但塔利班的路邊炸彈還是要受到影響,路邊炸彈是用電子裝置控制引爆的。在阿富汗戰爭裏,美國海軍的EA-18G大受重用,就是用來在車隊前方低飛掃清路邊炸彈,用強力電磁攻擊引爆炸彈,或者直接燒燬引信電路。
不過有矛就有盾,法拉第籠是電磁屏蔽的好辦法,只不過法拉第籠不是萬能的。

科學館裏法拉第籠對電磁屏蔽作用的演示
法拉第籠是英國電磁學家麥克·法拉第發明的。緻密的金屬盒可以屏蔽電磁場,但用金屬網眼材料製作的籠子也能達到有效屏蔽。微波爐裏內襯的網眼金屬板就是用於屏蔽內部的微波的,電梯裏沒有手機信號也是受到電磁屏蔽的原因。
法拉第籠對阻隔波長大於網眼尺寸4倍的電磁波是有效的,但對波長小於這個門限的電磁波,法拉第籠相當於高通濾波器,波長越接近門限,阻隔效果越顯著;波長小於門限越多,“漏水”越多,波長遠遠小於網眼尺寸的話,法拉第籠基本上就沒有屏蔽作用了。波長與頻率成反比,也就是説,對於給定網眼尺寸的法拉第籠,只要頻率足夠高,就能破解屏蔽作用。
對於大多數軍事裝備,金屬殼體相當於法拉第籠,但開口、縫隙都是電磁脈衝攻擊的可乘之機。更要命的是,大量觀通設備必須置於裝備的基體輪廓線之外,否則就沒法觀察通信了。通信、雷達、電子戰、遙控天線是天然沒法屏蔽的,也是最容易受到電磁脈衝攻擊的。即使有斷路保護,可以保護車內、艦內、機內、彈內的電子設備,天線都不工作了,也就又聾又瞎了,和功能性戰損相距不遠了。光電設備也一樣,只要在工作,成像芯片就是無法保護的。純光學的觀察設備不受電磁脈衝攻擊影響,但這樣的開口是電磁脈衝攻擊的滲透途徑。便攜式設備為了降低重量和成本,常用塑料殼體,對電磁脈衝攻擊就更加脆弱了。
電磁攻擊也改變了戰場。無人機對現代戰場的作用巨大,但無人機要保持低成本優勢,必須簡單、輕小,這就限制了航程和載彈量,限制了無人機取代有人機的作用。但無人機隱身、可消耗的優點對電磁攻擊特別適合。電磁能量密度隨距離的平方成反比,也就是説,隨着距離的縮小,電磁能量密度急劇增高,攻擊效果急劇加強。這使得抵近攻擊的無人機攜帶小功率電磁脈衝裝置就能達到大功率在遠距離上的效果,比如説,0.2吉瓦在2公里上的電磁攻擊與100吉瓦在100公里距離上是等效的。1架帶100吉瓦電磁脈衝裝置的大型無人機如果不與500架帶0.2吉瓦的小型無人機在成本上等價,但100-200架肯定是有的,而後者的戰場效果、使用靈活性、打擊持續性、系統冗餘性就要高多了。電磁偵察是電磁攻擊的反問題,小型無人機水銀瀉地式的監視和偵察是掌握戰場電磁情報的得力工具。電磁監視和電磁攻擊可能成為無人機最大的用武之地之一。
還可以換一個打法,用帶電磁脈衝戰鬥部的彈道導彈在航母編隊上空發動波次攻擊。第一波重點在打掉編隊的防空反導能力。由於電磁脈衝的傳遞速度是光速,在高空再入時,能做到在反導彈達到攔截高度之前就引爆攻擊。削弱編隊反導能力後,第二波在2000米的空中發動電磁脈衝攻擊,可能使得航母甚至編隊內其他艦艇的雷達、通信、電子戰天線、光電系統失靈,使得航母及其他艦艇又聾又瞎;航母甲板上的作戰飛機都不能使用;所有暴露的電子設備失靈則導致航母運作停頓,比如電磁彈射、電磁攔阻索、着陸燈和甲板上的信號指揮系統,暴露的長導線是特別有效的接收天線,攔阻索收集的電磁攻擊能量不僅可能損壞系統,還可能導致火災;甚至可能使得升降機的電機也失能。這樣的航母就真是浮動棺材了。但由於沒有人員殺傷,等於不戰而繳械,在局部戰爭場景下,反而控制了衝突升級。
在海上,無人艇和潛航器也可用作電磁偵察和電磁攻擊,抵近敵人軍港和艦隊的電磁攻擊可以製造極大的混亂,癱瘓敵人海軍的指揮通信,為己方艦隊的打擊創造機會。
但電磁攻擊也有一個天然的問題:很難在攻擊後立刻判斷毀傷效果。事實上,即使在長期裏,也只能根據對方是否恢復運作,來判斷電磁攻擊是否達到目的。因此,追加的動能毀傷有時是必要的,確保目標摧毀。好在電磁攻擊奏效後,目標基本上又聾又瞎,也四肢癱瘓,對追加的動能打擊基本上沒有防禦能力。但死豬也要燙一燙,才能放心。
中國的軍事現代化已經發展到在很多方面對標世界先進水平的程度了,中國的非核電磁脈衝武器已經在路上了,這對中國趕超世界軍事技術先進水平是很重要的一環,是下一步的軍事技術高地的所在。