粒子束武器

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[粒子束武器]

当今世界,武器的发展已经进入分子和原子世界,核武器就是应用了原子理论。原子物质中央的质子带正电,电子带负电,中子是中性的。被称为粒子的物质是指电子、质子、中子和其它带正、负电的离子。粒子只有被加速到光速才能作为武器使用。这些粒子束发射到空间,可熔化或破坏目标,而且在命中目标后,还会发生二次磁场作用,对目标进行破坏.

[粒子束武器的基本原理]

大气层内的带电粒子束,其特点是粒子束流为电子束流,而不是中性束流。在大气中,它虽有衰减,但可以传导而且宜于使用。在大气层外的真空状态,由于带电粒子之间的斥力,带电粒子束会在短时间内散发殆尽,因此中性粒子(中子)束更适合在外层空间使用。

粒子束武器一般由粒子加速器、高能脉冲电源、目标识别与跟踪系统、粒子束精确瞄准定位系统和指挥控制系统等组成。

加速器是粒子束武器的核心,用来产生高能粒子,并聚集成密集的束流,加速到使它能够破坏目标。目标识别与跟踪系统主要由搜索跟踪雷达、红外探测装置及微波摄像机组成。探测系统发现目标后,目标信号经数据处理装置和超高速计算机处理后,进入指挥控制系统,根据指令,定位系统跟踪并瞄准目标,同时修正地球磁场等的影响,使粒子束瞄准目标将要被击毁的位置,然后启动加速器,将粒子束发射出去。

1.带电粒子束加速器

一般使用线性铁氧体磁场感应加速器来产生高速电子束,绝对速度为每秒30万公里。俄美研制的地基粒子加速器均为质子加速器,其基本原理是: 首先把电子束发生器产生的电子进行加速,然后在高频振荡装置上振动,再在离子发生装置上把进来的质子用电子包围起来,使其进入离子加速装置进行加速,质子因接收能量而加速。在接近出口时,把电子去掉,利用磁场使之变成尖锐的高能定向束流,随后把质子束向空间发射出去。

2.中性粒子加速器

利用对原子进行加速的方法,制造出中性粒子,然后聚集成尖锐的高能定向束流,以接近光速的速度发射出去,击毁目标或使其失效。

粒子束武器的破坏机理是动能杀伤和γ、X射线破坏。粒子束不受云、雾、烟等自然环境和目标反射的影响,也不会因目标被遮蔽或受到干扰而失效,其全天候和抗干扰性能较好。粒子束直接穿入目标深处,不需要维持一定时间,有利于攻击多目标。如果粒子束没有直接命中目标,则会在目标周围产生γ、X射线,造成第二种伤害和破坏。粒子束的毁伤作用表现在: (1)使目标结构汽化或熔化;(2) 提前引爆弹头中的引信或破坏弹头的热核材料;(3)使目标中的电子设备失效或被破坏。

粒子束既可实施直接穿透目标的“硬杀伤”,也能实施局部失效的“软杀伤”。带电粒子束对目标的穿透能力极强,能量集中,脉冲发射率高,能快速改变发射方向。中性粒子束还可对目标周围产生的中子、γ、X射线进行遥测,实现对目标的识别。

粒子束武器的研制难度比激光武器大,但作为天基武器比激光武器更有前途。其主要优点是:(1)不用光学器件(如反射镜);(2)产生粒子束的加速器非常坚固,而且加速器和磁铁不受强辐射的影响;(3)粒子束在单位立体角内向目标传输的能量比激光大,而且能贯穿目标深处。

粒子束武器的缺点主要有:(1)带电粒子在大气层中传输时,由于带电粒子与空气分子的不断碰撞,能量衰减非常快,而中性粒子不能在大气中传播;(2)带电粒子在大气中传输时散焦,因此在空气中使用的粒子束,只能打击近距离目标,而中性粒子束在外层空间传输时也有扩散;(3)受地球磁场的影响,会使光束弯曲,从而偏离原来的方向。[粒子束武器研制的技术难题]

粒子束武器的原理并不复杂,但要进入实战难度非常大。首先是能源问题。粒子束武器必须要有强大的脉冲电源。要在导弹壳体上烧个小孔,粒子束到达目标的脉冲功率须达到1013W,能量为107J。假设粒子加速器的效率为30%,即使不考虑粒子束在传输中的能量损失,加速器脉冲电源功率也至少要达到3×1013W,而目前在研的最先进的脉冲电源的功率只有107W。中性粒子束武器实用化最关键的脉冲电源功率技术是连续波甚高频(VHF)射频源。

正因为存在上述一系列技术难题,尽管俄美都在积极研究粒子束武器,但地基和天基粒子束武器目前尚处于实验室的可行性验证阶段,估计2020年以后有可能进入实战部署。美国已做的基础工作包括:进行粒子束产生、控制、定向和传播技术理论验证和实验室的试验,用加速试验台进行试验,验证中性粒子束方案的可行性,同时探讨带电粒子束方案。按照美国的天基粒子束武器方案,氢原子束的能量为200MeV,武器重量60t,用以拦截大气层外助推段和中段飞行的洲际弹道导弹的弹头。

粒子束武器是一种尚处在研究关键技术和论证可行性阶段的先进战略防御武器方案;如果可行,在未来的战争中,部署在空间轨道上的粒子束武器可起两方面的作用:一是作为反卫星和反导弹的武器。同天基激光武器相比,粒子束武器有以下优点:粒子束武器不需光学部件和反射镜,而用磁铁聚焦粒子束,设备坚固;加速与聚焦粒子束的加速器与磁铁等设备本身就产生强辐射,不会受空间辐射的影响,适合在空间工作;粒子束不仅能把能量沉积到目标表面上,而且能透入目标内部,至少在理论上可以通过几种不同的方式毁伤目标。

美国苏联是世界上从事粒子束武器技术研究的主要国家。早在60年代,苏联就开始研究利用粒子束武器作为反卫星和反导弹武器的技术可行性,已在粒子源和加速器等关键技术等方面作了大量基础性工作,并取得了一定的成果。美国也从60年代就开始研究粒子束武器技术,并在80年代初将其列为SDI计划的一个重要研究项目,在技术上也取得了一些重要进展。1989年,美国利用小型的中性粒子束装置进行了空间试验,演示了中性粒子来设备在空间工作的能力,成为第一个在空间试验中性粒子束技术的国家。

鉴于技术问题,粒子束武器技术在美国SDI计划中的地位逐步降低,经费逐年减少,进度不断放缓,至少在21世纪初还无法作为防御武器或识别手段使用。

高功率微波武器与激光武器、高能粒子束武器同属走向能武器,各有特点,目前难以确定哪种武器最好。据有关专家分析,激光武器技术已经成熟,可能最先应用在战场上,而粒子束武器和高功率微波武器的发展相对慢一些。

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