微波的特性及其应用（四）

——微波武器

徐长发，华中科技大学，2019.8.15

大家知道，微波具有许多类似光的特性，例如可被波导、可以聚焦等；微波在空气中以光速沿直线传播，地球同步轨道高度大约36000公里，微波1/8秒即可到达，几乎没有时间延迟；微波是一种高频电磁波，波长范围在1mm-1m之间，频率0.3GHz-300GHz，微波具有电磁波的基本特性；高频率微波可以瞬间加热水，低频率微波可瞬间加热其它介质等等。

当微波束强度达到0.01-1W/cm2时，可使指挥、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。

当达到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，，使电子元器件功能紊乱、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。

当达到103-104W/cm2时，被照射的目标会在很短的时间内受高热而破坏，甚至会提前引爆导弹战斗部的炸药。 

当达到1－10kW/cm2时，被照射的目标会在瞬间毁灭。 

微波的这些特点可用于制造微波武器。

一.微波武器的构造

微波武器有两种：一种是定向发射微波的，可以定向发射脉冲电磁波，也可以连续发射电磁波；另一种是像炸弹一样不定向地爆发微波的。

微波武器的工作机理主要的有两点：一是基于微波与被照射物之间的分子相互作用，将电磁能转化为热能，不需要传热过程，瞬间就可让被照射材料中的很多分子运动起来，而且内外同时受热，产生极端高温的效果；二是微波束的“穿透力”很强，只要被照射目标的缝隙大于微波的波长，它就可以经过这些缝隙进入目标的内部，还可通过玻璃或纤维等不良导体进入驾驶舱内。

微波作为武器，具有传播速度快、穿透力强、抗干扰性好、能被某些物质吸收，它是利用高能量的电磁辐射去实现攻击的，其威力大、速度高、作用距离远，而且看不见、摸不着，被军事专家誉为高科技战场上的“无形杀手”。微波武器是一种介于常规武器和核武器之间的新式大规模杀伤性武器，是一种相当可怕的武器。

二.微波武器的应用

微波武器通常在远距离上对军事目标和武器的光电设备进行干扰，在近距离上破坏电网、所有的电子设备、电子指挥中心，引爆各种炸药，或直接摧毁目标实施杀伤。

微波武器可用于攻击卫星、弹道导弹，巡航导弹、飞机、舰艇、坦克、通信系统以及雷达、计算机设备，战场机器人，尤其是攻击指挥通信枢钮、作战联络网等重要的信息战的节点和部位。使目标遭受物理性破坏，并丧失作战效能，其破坏的程度达到不能修复的程度。

高功率微波武器可攻击巡航导弹。巡航导弹一般是在要攻击目标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，以便精确的命中并摧毁预定目标。高功率微波武器能够在200－500km处干扰和破坏其GPS定位和地形匹配的航线，在50-100km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。

高功率微波武器可以有效地防治反舰导弹。可以在 10－15km处使雷达完全丧失功能，可以在4－5km处使导弹引头的电子元器件全部受损，在1－2km处使导弹的战斗部自行引爆。

因此，高功率微波武器比防空导弹的效率高多了。

高功率微波武器不仅可以安置在陆地上、舰艇上，还可以安置在导弹上，当导弹飞行到目标上方时，引发高功率微波炸弹，摧毁敌方的电网和电子指挥系统，其有效作用范围有足球场大小。

高功率微波武器也可以直接做成微波炸弹。利用无人机搭载，投放在敌方目标1公里范围内即可，威力巨大。

高功率微波武器具有如下作战特点： 

高强度微波束以光速抵达目标，几乎是瞬时抵达大距离目标，从而使跟踪与拦截变得非常困难。

微波射束不受重力影响。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，杀伤范围宽，摧毁的目标多。

微波束的强度可以进行调整，以便取得致命、非致命、干扰或损伤等不同的效果。 

高功率微波武器的成本相当低。 

高强度微波武器既可以作为攻击武器，又可作为防御武器。

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。高功率微波武器是现代战争的革命性的发展趋势。附：粒子束武器的原理是，利用加速器把质子和中子等粒子加速到数万km/s的高速，并通过电极或磁集束形成非常细的粒子束流，发射粒子束去轰击目标。

微波武器是隐形飞机的克星。

先分析一下隐形飞机自身的设计特点：其一，隐形飞机为了达到隐形目的，需要尽量减少翼面，有的连水平尾翼和垂直尾翼都取消了，这样就必须采用电传操纵系统、推力矢量系统等先进技术，才能解决飞机的纵向和横向安定性、操纵性等问题，所以隐形飞机对机载电子设备的依赖程度更高。其二，为了改善全机的防探测效果，它们的外表通常都要采用吸波材料和涂料，以便大量吸收雷达波能，不使之反射回去，这是隐形飞机能够“隐身”的原因之一。

但是，有所长则必有所短。由于目前大部分军用雷达工作在微波波段，隐形飞机能大量吸收雷达波也就是会大量吸收微波，这就铸成其自身的致命弱点，自招“杀身之祸”。当隐形飞机被微波武器发出的高能电磁波照射到时，机体会由于过量吸收微波能量而产生高温，轻则因瞬间加热而失去控制，重则整架飞机都会被烧毁、熔化。

高能微波武器可以破坏地方区域上方的电离层和臭氧层，让宇宙射线直接照射臭氧空洞下的生物，造成大量人员患病甚至死亡。

高能微波武器可以随心的制造人工雨。因为地球电离层时刻处于流动状态，破坏某一地区的电离层会间接引起其它地区电离层的改变，进而改变大气流动，让远离目标区的云层“主动”飘至需要人工降雨的区域，这样便可以随心所欲地控制洪水或干旱的天气变化。

三.微波武器的发展现状

美国

1999年就定向投入1400万美元，用于研制高功率微波源、超宽带天线、“定向能战术机载作战”；2002年，据称高功率微波武器与无人机和巡航导弹结合已经可行；2003 年 3 月美国在伊拉克战争中首次使用战斧巡航导弹搭载高强度微波武器，用于摧毁伊拉克的防空系统。 2012年将此类高功率微波武器安装在无人作战飞机上。

俄罗斯

前苏联，俄罗斯在20世纪50年代就开始研究了，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；1979年苏联在捷苏边境的科希城堡进行了动物试验。在2001年宇航展览会上，俄罗斯展出了两种射频武器，一种是射频火炮，输出功率超过500MW，能在60度扇形里使10km范围内的高精度制导武器失效，另一种可以安装在飞机上，对500km范围内实现有效攻击。 在10多年前俄罗斯就拥有微波弹，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。

英国

上世纪80年代，英国开始大力发展高能微波武器。利用爆炸磁压缩发生器与特种行波管制造过IGW的微波弹。据报道英国现已做到，在十亿分之一秒内发射数十亿瓦威力的电波；还将其做成用中程无人机搭载的武器；连美国也有使用英国微波炸弹的计划。 

中国

虽然在这方面的起步较晚，但是作为世界主要军事强国的中国，始终高度致力于微波武器和激光武器的研制。据国际权威军事分析组织报道，中国在以激光武器、微波武器为代表的定向能武器和电磁脉冲武器的研制方面已经取得巨大成就，虽然航空和军用发动机等方面与国际水平存在较大差距，但是中国的微波武器让美俄害怕。目前中国的微波武器极已经进入实用化，这为对抗各类隐形飞机和航空母舰准备好了杀手锏。

四.如何瞬间生成高能量的微波？

科学家都知道，制造电磁武器的关键是产生瞬间高能电流，这种电流通过天线发射出去就可以产生强大的电磁波，电磁波的频率范围越宽，它就越有可能被电子设备吸收并对其造成破坏，而电磁波的频率越高，它的杀伤力就越大。千兆赫兹的微波简直是“无孔不入”，它可以通过电子设备的通风口甚至金属外壳的微小缝隙进入其内部，并且让里面的所有零部件中产生电流；几兆赫兹的无线电波可以被电线或连接器接收到，并且顺着它们进入所连接的电子设备的内部，如果这种电磁波击中的是一根电脑连线，产生的电流就会烧毁电脑芯片。　

为了产生高频微波，科学家需要瞬间高能电子脉冲，这里的瞬间是以百亿分之一秒来计算的。目前有两种方法可以做到这一点，其中之一是使用“马克斯发生器”，它实际上是一串大电容，可以同时充电，然后再同时放电，产生百亿分之三秒的电子脉冲，再将这一脉冲通过天线发射出去，就会释放出强大的电磁能量。“马克斯发生器”非常重且体积也大，但它的最大优点是可以反复使用，能够在很短时间内连续发出强大的电磁波。

另外一种产生瞬间电子脉冲的方法是通过“磁通量压缩发生器”来完成的，它将几公斤TNT炸药在爆炸时释放的能量转化为巨大的电磁能量。这种装置的原理就是：在一截金属管里面填满炸药，一端接上雷管，再将金属管放到一个缠满线圈的圆筒中，线圈通电后产生磁场，再点燃雷管炸药，6000米／秒的爆炸冲击波产生的巨大压力将线圈磁场急剧压缩，并且使它里面的电流强度在百亿分之五秒内达到100万安培，再将这个电流脉冲通过天线发射出去就会产生惊人的电磁能量，整个过程不到万分之一秒，但它产生的能量却高达1万亿瓦。

用这种磁通量压缩方法制成的高能微波炸弹基本结构见下图。

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