新概念武器介绍
文章提交者:腾逸风
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高能激光武器
高能激光武器,又叫强激光武器或激光炮。它是利用高能激光束摧毁飞机、导弹、卫星等目标或使之失效的定向能武器。高能激光武器的研究始于 20 世纪 60 年代初。 70 年代美国曾进行过多次试验以验证高能激光武器的可行性。如 1978 年用氟化氘化学激光器击落过一些“陶”式反坦克导弹; 1979 年,用激光照射模拟的洲际弹道导弹助推器,使其产生变形、破裂。 80 年代初,美国提出的“星球大战”计划进一步推动了高能激光武器的发展。根据最初的设想,“星球大战”计划实质上就是一个高能激光武器系统的研制计划。目前,高能激光武器仍处于研制发展之中,尚有许多技术问题或工程问题需要解决,离实战要求还有一段距离。尽管如此,从长远看,高能激光武器仍将是一种很有发展前途的定向能武器。鉴于本书第五章已介绍了激光技术的有关基本知识,故在此处仅讨论商能激光武器的有关问题。
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一、高能激光武器的组成
高能激光武器主要由高能激光器、精密瞄准跟踪系统和光束控制与发射系统组成。高能激光器是高能激光武器的核心,用于产生高能激光束。作战要求高能激光器的平均功率至少为 2 万瓦或脉冲能量达 3 万焦耳以上。 各国研究的高能激光器主要有二氧化碳、化学、准分子、自由电子、核激励、 X 射线和 Y 射线激光器等。 精密瞄准跟踪系统用来捕获、跟踪目标,引导光束瞄准射击,并判定毁伤效果。高能激光武器是靠激光束直接击中目标并停留一定时间而造成破坏的,所以对瞄准跟综的速度和精度要求很高。为此,国外已在研制红外、电视和激光雷达等高精度的光学瞄准跟踪设备。光束控制与发射系统的作用是将激光器产生的激光束定向发射出去,并通过自适应补偿矫正或消除大气效应对激光束的影响,以保证将高质量的激光束聚焦到目标上,达到最佳的破坏效果。其主要部件是反射率很高、耐高能激光辐射的大型反射镜。国外已在研制直径 4 米甚至更大的反射镜, 并积极发展用于克服大气影响的自适应光学系统。
二、高能激光武器的杀伤破坏效应
不同功率密度、不同输出波形、不同波长的激光与不同的目标材料 ( 简称靶材 ) 相互作用时,会产生不同的杀伤破坏效应。概括起来,激光武器的杀伤破坏效应主要有三种。
( 一 ) 烧蚀效应
激光照射靶材,部分能量被靶材吸收,转化为热能,使靶材表面汽化,蒸汽高速向外膨胀,可以同时将一部分液滴甚至固态颗粒带出,从而使靶材表面形成凹坑或穿孔,这是对目标的基本破坏形式。如果激光参数选择得合适,还有可能使靶材深部温度高于表面温度,这时内部的过热材料由于高温产生高压,从而发生热爆炸,使穿孔的效率更高。
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( 二 ) 激波效应
当靶材蒸汽向外喷射时,在极短时间内给靶材以反冲作用,相当一个脉冲载荷作用到靶材表面,于是在固态材料中形成激波。激波传播到靶材后表面,产生反射后,可能将靶材拉断而发生层裂破坏,裂片飞出时有一定的动能,所以也有一定的杀伤破坏能力。
( 三 ) 辐射效应
靶材表面因汽化而形成等离子体云,等离子体一方面对激光起屏蔽作用,另一方面又能够辐射紫外线甚至 X 射线,使内部电子元件损伤。实验发现,这种紫外线或 X 射线有可能比激光直接照射引起的破坏更为有效。
三、高能激光武器的特点
与常规武器相比,高能激光武器具有以下特点:
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(1) 速度快 激光束以光速 (30 万千米/秒 ) 射向目标,一般不需要提前量。
(2) 机动灵活 发射激光束时,几乎没有后座力,因而易于迅速地变换射击方向,并且射击额度高,能够在短时间内拦击多个来袭目标。
(3) 精度高 可将聚焦的狭窄光束精确地对准某一方向,选择攻击目标群中的某一目标,甚至击中目标上的某一脆弱部位。
(4) 无污染 激光武器属于非核杀伤,不像核武器那样,除有冲击波、热辐射等严重破坏外,还存在着长期的放射性污染,造成大规模污染区域。激光武器无论对地面或空间都无放射性污染。
(5) 效费比高 百万瓦级氟化氘激光武器每发射一次费用约为 l 一 2 千美元。 与之相比,“爱国者”防空导弹每发为 30?0 万美元,“毒刺”短程防空导弹每发为 2 万美元,因此从作战使用角度看,激光武器具有较高的效费比。
(6) 不受电磁干扰 激光传输不受外界电磁波的干扰,因而目标难以利用电磁干扰手段避开激光武器的攻击。
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高能激光武器也有它的局限性。随着射程增大,照射到目标上的激光束功率密度也随之降低,毁伤力减弱,使有效作用距离受到限制。此外,使用时还会受到环境影响。例如在稠密的大气层中使用时,大气会耗散激光束的能量,并使其发生抖动、扩展和偏移。恶劣天气 ( 雨、雪、雾等 ) 和战场烟尘、人造烟幕对其影响更大。
鉴于高能激光武器的上述特点,它在拦截低空快速飞机和战术导弹,在反战略导弹、反卫星以及光电对抗等方面,均能发挥独特的作用。但是,它不能完全取代现有的各种武器,而是与它们配合使用。
四、高能激光武器的类型及应用范围
高能激光武器的分类方法主要有以下两种:
( 一 ) 按用途分类
高能激光武器按用途可分为战术激光武器与战略激光武器。
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1 .战术激光武器
战术激光武器一般部署地面上 ( 地基、车载、舰载或飞机上 ) ,主要用于近程战斗,其打击距离在几千米至 20 千米之间,如用于对付战术导弹、低空飞机、坦克等战术目标,在地面防空、舰载防空、反导弹系统和大型轰炸机自卫等方面均能发挥作用。
2 .战略激光武器
战略激光武器一般具有天基部件 ( 部署在距地面 1000 千米以上的太空 ) ,主要用于远程战斗, 其打击距离近则数百千米, 远达数干千米。它的主要任务,一是破坏在空间轨道上运行的卫星,二是反洲际弹道导弹。此外,还可引发中子弹或导弹。
( 二 ) 按部署方式分类
高能激光武器按系统所在位置和作战使用方式可分为五类。
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1 .天基激光武器
天基激光武器用于空间防御和攻击。即把激光武器装在卫星、宇宙飞船、空间站等飞行器上,用来击毁敌方的各种军用卫星、导弹以及其他武器。这种激光武器,可以迎面截击,也可以从侧面或尾部追击。
2 .地基激光武器
地基激光武器用于地面防御和攻击。即把激光武器设置在地面上,截击敌方来袭的弹头、航天武器或者入侵的飞机。也可以用来攻击敌人的一些重要的地面目标。
3 .机载激光武器
机载激光武器用于空中防御和攻击。即把激光武器装在飞机上,用来击毁敌机或者从敌机上发射的导弹,也可攻击地面或者海上的目标。
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4 .舰载激光武器
舰载激光武器用于海上防御和攻击。就是把激光武器装在各种军用舰船上,用来摧毁来袭的飞机和接近海面的巡航导弹、反舰导弹,也可以攻击敌人的舰只。
5 .车载激光武器
车载激光武器就是把激光武器装在坦克和各种特种车辆上,用来攻击敌人的坦克群或者火炮阵地,具有速度快、命中率高、破坏力大等优点。
五、高能激光武器的发展现状及趋势
研制高能激光武器的国家主要是美、俄、英、法、德等国,其中尤以美国发展历史最早、技术水平最高。前苏联解体后,美国对其全球军事战略进行了重大调整,强调对付局部战争。随着战略防御的重点开始向战区防御转移,高能激光武器也开始从战略应用转向战区和战术应用。为了应付未来的高技术局部战争,美国海陆空三军及国防部弹道导弹防御局都在大力发展战区激光反导武器和战术激光防空武器。目前正在研制的高能激光武器主要有以下几种;
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( 一 ) 美国海军的舰载高能激光武器
美海军高能激光计划始于 1971 年,目标是研制舰船自卫用的、对付反舰巡航导弹的舰载高能激光武器。其所研制的高能激光武器系统主要由中红外先进化学激光器 (MIRACL) 和“海石”光束定向器 (SLBD) 组成,中红外先进化学激光器能产生 220 万瓦输出功率的高能量密度红外光束,利用“海石”光束定向器可将激光束瞄准与聚焦到目标上。
为了验证中红外先进化学激光器与“海石”光束定向器的作战效能,研究人员在白沙导弹靶场的高能激光系统试验设施 (HEL 桽 TE) 中进行了一系列高功率静态 ( 非移动目标 ) 试验和低功率及高功率动态试验。静态试验使研究人员了解了激光辐射对某些重要目标的作用。所进行的三次动态杀伤力演示验证试验包括: 1987 年两次成功地摧毁两架在典型作战距离上, 以低空亚音速横向飞行的 BQM 一 34S “火蜂”靶机; 1989 年成功地摧毁一枚在典型作战距离上,以低空 2.2 倍音速横向飞行的“汪达尔人”导弹。这些试验充分演示验证了高能激光武器系统的作战效能。
1992 年美海军分析中心的一项研究表明,可将模块化高能激光武器系统安装到 MK45 型 127 毫米舰炮所占的空间里。在这种设计中,与舰炮系统相比,高能激光武器系统的重量降低了 15 %,倾覆力矩减小了 5 %。美海军正在论证在舰上进行高能激光武器系统演示验证试验的可行性,以便验证高能激光武器系统的舰载作战性能及解决一些有关的遗留问题,从而最终把高能激光武器用于海上自卫。预计这种舰载高能激光武器在 2000 年前可投人部署。
( 二 ) 美国陆军的区域防御综合反导系统
美陆军于 1992 年 10 月与汤姆森·拉默·伍德里奇 (TRW) 公司签订了一项为期 9 个月、价值 16 . 8 万美元的研究合同,研究一项“区域防御综合反导系统”, 主要是评估激光防空武器系统的可行性。 该系统将由 500 千瓦的高能激光器和直径 70 厘米的定向器/跟踪器组成, 响应时间约 1 秒,每分钟可发射 200 次。高能激光器将安放在重型军车上,它发射的激光束能摧毁 15 千米外飞行的目标。据 TRW 公司有关人员称,该系统自 1977 年首次试验以来已多次成功地摧毁了各种不同的目标,杀伤概率达 100 %。陆军的这种区域.防御综合反导系统还将安装到 C—30 运输机上,只需携带 60 秒钟发射时间或摧毁近 50 个目标所需的燃料。目前,该系统已不存在技术难题,尚有一些工程问题需要解决,预计 2000 年前可投入部署。
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( 三 ) 美国空军的战区防御机载激光反导武器
战区防御机载激光反导武器可摧毁处于助推段飞行中的战区弹道导弹,使携带核、生物和化学战剂的弹头碎片落在敌方区域,从而真正起到强大的威慑作用,迫使攻击者放弃自己的行动。
美空军早在 70 年代就开展了机载高能激光武器的研究。 1983 年 7 月 25 日,美空军曾用安装在 NKC —135 型波音 707 喷气式客机上的激光武器击毁了从 A—7 型“海盗式”歼轰机上向它发射的 5 枚“响尾蛇”空空导弹。 1992 年,美国防部战略防御计划局提出了机载激光武器的研究计划。该项计划的主要方案是把一台重达 45 吨的氧碘化学激光器安装在波音—747 之类的大型宽体飞机上。 战时,携带激光器的运载飞机在距离可能发射导弹的地点约 400 千米远的地区上空待命飞行,利用机上的探测设备监视、捕获和跟踪敌方发射的导弹, 然后发射激光摧毁正在向上飞行的导弹。
该计划由美空军菲利普斯实验室负责研究,将分 3 个阶段完成:第一阶段是 1996~1997 年, 研制出一种性能较低的演示性氧碘化学激光器,其功率为 l 兆瓦,作用距离为 100 千米,光束导向器直径为 1 . 5 米, 振动控制为 1 微弧度。第二阶段是 1997~1998 年,研制出可作样机部署使用的演示激光器,其功率更高,作用距离达 250 千米, 振动控制降到 0 . 5 微弧度,同时还要增加大气补偿和主动跟踪能力。 第三阶段在 2000 年前后,研制出可供实战使用的系统,其作用距离提高到 400 千米以上。目前,美国空军已向工业界招标, 以波音公司和罗克韦尔公司为首的两个竞争小组已投标,预定 1996 年底选定一个主承包商制造激光器。
( 四 ) 美国弹道导弹防御局的天基“阿尔法”化学激光武器
天基“阿尔法”化学激光武器计划是原战略防御计划局 (SDIO) 开展的、现弹道导弹防御局 (BMDO) 仍在重点支持的一项定向能武器计划。尽管 1993 年战略防御计划局更名为弹道导弹防御局,并取消了空间武器的部署计划,但美国防部仍强调:在空间部署“阿尔法”化学激光武器将能在“全球范围内对付”由携带化学和生物弹头的弹道导弹袭击所造成的威胁。美国防部宣称:“只要有足够的资金和政治支持”, 在 7 年内可以进行空间激光试验, 15 年内可研制出作为反导武器的化学激光武器。弹道导弹防御局新任局长马尔科姆·奥尼尔中将表示,将把该武器作为用于摧毁初始助推段战区导弹的“极佳”候选者而继续发展。
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目前,该武器系统中氟化氢化学激光器巳在百万瓦级功率水平获得高质量输出光束,并已研制出 4 米直径、主动控制的多面组合镜, 还可将其定标放大到更大尺寸。现正在实施“阿尔法/大型先进反射镜计划综合试验”计划,定于 1996 年中期开始进行高功率综合试验。
六、高能激光武器的对抗措施
高能激光武器的对抗措施主要有: (l) 破坏敌方的激光装置,使其不能发挥作用 这是激光对抗中的最有效手段。如采用功率更大的激光束照射敌方的激光装置,使其失效、烧坏,不能发挥作用。还可使用常规火力、动能武器等摧毁敌方的高能激光武器系统。
(2) 在飞机、导弹、卫星上采取相应的防御激光武器的抗激光加固和对抗措施 如将飞机、导弹、卫星上的那些脆弱、怕强光的要害部位表面进行特殊抛光,并镀上高反射膜层,装上矩阵式角状玻璃反射器等,把入射激光最大限度地反射回去;有的干脆将表面加固增厚,抗衡激光的强大冲击;有的对卫星星体上极易损坏的设备,如太阳能电池采用多种加固技术,或采用坚实可靠、不怕强光照射的核电源;采用导弹在飞行中进行自旋的办法,不使光斑照射在固定位置,等等。
(3) 利用不良气象和烟幕,是对抗激光武器的简单易行的方法
烟雾可明显衰减红外和可见波长的激光,利用它的这一特点,可以在遇到激光照射危险时,立即释放烟雾或喷撤化学气溶胶,使激光束能量骤然衰减,无法达到目标;即使到达目标,也对目标无力造成重大伤害。
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(4) 研究发展激光防护器材 激光防护器材的作用是保护人员及武器装备,目前主要有防护镜、防护面罩、防护薄膜、防护涂料和滤光片等等。此外,还可采用抗激光的材料与结构,将其用到光电设备上,防止激光的破坏
粒子束武器
早在 1944 年,英国科学家就曾设想用高能粒子束作为武器,只是由于当时加速器及有关技术水平的限制,这种设想无法变成现实。随着加速器技术的发展,已有可能研制出这种武器,而且在 80 年代美国提出“战略防御倡议”计划时,粒子柬武器被作为反导防御武器的一种候选方案开展了大量研究工作。 90 年代以来,这种研究工作仍在进行。粒子柬武器在未来有可能成为一种重要的高技术武器。
一、粒子束武器的基本原理及其杀伤机理
粒子束武器是利用高能加速器所产生并发射出的高能粒子束杀伤目标的武器。以下介绍其基本原理、杀伤效应及作用特点。
( 一 ) 粒子束武器的基本原理
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粒子束武器的基本原理是:用高能强流粒子加速器,将注人其中的电子、质子、各种重离子一类的带电粒子加速到相对论速度 ( 接近光速 ) ,使其具有极高的动能,然后用磁场将它们聚集成密集的高能束流,并直接 ( 或去掉电荷后 ) 射向目标, 利用这些高能粒子束把大量的能量在极短时间内传递给目标,通过它们与目标物质发生强相互作用达到杀伤、摧毁或识别目标的目的。
( 二 ) 粒子束武器的杀伤机理
粒子束武器是通过高能粒子柬与目标物质的强相互作用而穿人目标内部将能量沉积在目标深处而杀伤目标的。对于中性粒子束,这种相互作用是,粒子穿入目标后立即电离,产生带电核并与目标结构材料的外壳层电子发生库仑相互作用,与目标结构材料的原子核发生弹性碰撞和非弹性碰撞。对于电子束,这种相互作用为碰撞激发,主要表现为电离损失和辐射相互作用。高能粒子束射中目标时通过上述相互作用沉积在目标物质中的能量而产生三种破坏作用:一是使结构材料汽化或融化;二是提前引爆目标中的引爆炸药 ( 如使推进剂点火或炸药爆炸 ) 或破坏目标中的热核材料;三是使目标的电路被破坏、电子装置失灵。
二、粒子束武器可能的类型及系统组成
( 一 ) 粒子束武器的类型
理论上粒子束武器有多种分类方法,如按射程可分为近程、中程、远程和超远程粒子束武器,按部署方式可分为陆基、舰基和天基粒子束武器,按粒子的性质可分为带电粒子束武器和中性粒子束武器等。其中最基本的分类是第三种,即粒子束武器从本质上可分为带电粒子束武器和中性粒子束武器。
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1 .带电粒子束武器
如果粒子束武器发射出的束流是带电的质子、电子、离子等粒子,该粒子束武器就是带电粒子束武器。在带电粒子束武器中研究得较多的是高能电子束武器。
由于高能带电粒子束很容易以高束流脉冲群的形式产生,对目标具有极强的穿透能力,因而被认为是一种很有前途的、杀伤率非常高的粒子束武器。但是由于同性电荷之间的库仑排斥力和地球磁场的影响,使得带电粒子束在太空中传输无法达到所需要的射程、瞄准精度和束流强度,因而带电粒子束武器不适于部署在太空。如果在大气层中使用,高能带电粒子束会和空气发生相互作用造成带电粒子束能量的损失,并使带电粒子束更加发散。此外,带电粒子束在大气层中传输也必然受地球磁场的影响而发生偏转。需要采用激光产生等离子体通道导引电子束来解决带电粒子束在大气层中的传输问题,而这是一项非常复杂的技术。因此,带电粒子束到底可否作为武器使用,现在还难以定论。
2 .中性粒子束武器
如果粒子束武器发射的粒子束流是不带电的中性粒子,该粒子束武器就是中性粒子束武器。由于高能中性粒子束与物质的相互作用非常强烈,因而无法在大气层中传输,所以中性粒子束武器只适于部署在太空。
目前考虑用作中性粒子束的主要是氢原子。由于中性粒子束不可能被电磁力加速,为使氢原子能获得高能,必须采用特殊的方法。可用的技术途径是:先在加速器中加速负氢离子,而后再设法将附加的电子去掉,使其成为中性的氢原予射出加速器。
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( 二 ) 粒子束武器的主要组成部分
无论是带电粒子束武器还是中性粒子束武器,作为一种武器系统,它们主要由五大部分组成:粒子束生成装置,能源系统,预警系统,目标跟踪与瞄准系统,指挥与控制系统。其中,最能说明该武器特征的部分是粒子加速器和能源系统,现简要介绍如下:
1 .粒子束生成装置
高能粒子束生成装置是整个粒子束武器系统的核心部分。它用来产生高能粒子束,并聚集成狭窄的束流,使其具有足够的能量和足够的强度。
粒子束生成装置,主要包括粒子源、粒子注人器、加速器等设备。目前,这些设备还存在着不少技术难点有待攻克。其中最主要的是研究适合武器使用的高能粒子加速器。感应直线加速器、电子感应加速器、射频直线加速器都有可能作为高能粒子加速器。现有民用粒子加速器的技术虽可借鉴,但由于它过分笨重,根本无法作为武器系统使用。美国费米国家实验室使用的 5000 亿电子伏特质子加速器,仅其中主加速器的直径就达 2 千米左右,它的两极转弯磁铁,每块长 6 米,重 13 吨; 4 级聚焦磁铁长 2 米,重约 4 吨;两种磁铁加起来有 1000 多块,共同构成一个周长达 6 千米之多的大环,安放在地下 6? 米深的隧道中。可想而知,这样的庞然大物,怎么能做武器系统使用呢 ? 因此,研制适用的高能粒子加速器是粒子束武器发展的关键。
2 .能源系统
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能源系统是粒子束武器各组成部分的动力源,它为武器系统提供动力,可以认为是粒子束武器的“弹药库”。对以脉冲形式工作的粒子束武器,一般的发电机,一般的供电方法,是不能满足需要的。要把大量的带电粒子加速到接近光速,并聚集成密集的束流,需有强大脉冲电源。有的资料介绍,要用粒子束流在导弹体上烧熔一个小孔,需要粒子束到达目标时的脉冲功率为 10^13 瓦,脉冲能量为 10^7 焦耳。按照这种需要计算, 假如加速器的效率能达到 30 %的话,即使不考虑传输中的损失,也要求脉冲电源的功率至少为 3 × 10^13 瓦。这个功率相当于 3 万个 100 万千瓦的电站的总功率。也就是说,在同一瞬间 ( 假设为 10^(-5) 秒 ) ,要求这 3 万个电站同时向该武器系统提供电力。当然,这是不本可能的。而目前研究的特种发电机的脉冲功率仅能达到 10^7 瓦,离要求相差甚远。看来,就目前的电源水平,根本无法达到那样高的功率要求。因此,必须另辟蹊径,图谋良策,采用新的供电方法。新的供电方法是,在武器工作之前将能量先储存起来,一旦使用,便能在极短时间内释放出巨大的能量,毁伤破坏目标。现在,美国、俄罗斯正在加紧研制新的储能设备和新的脉冲电源。
三、粒子束武器在高技术战争中可能的应用
根据美国 80 年代以来的研究结果,粒子束武器在高技术战争中的应用主要在于,利用中性粒子束武器进行洲际弹道导弹的拦截和弹头飞行中段的识别。由于粒子束生成装置、能源系统及高能粒子束传输等问题的解决技术难度太大,在可预见的将来把中性粒子束用于洲际弹道导弹弹头中段的识别,也许是唯一可行的应用。
洲际弹道导弹的中段防御既很重要又十分复杂,因为现代洲际导弹在飞行中段除了释放弹头之外,还释放出大量的诱饵假弹头,要进行中段防御,首先必须将真弹头从大量的假弹头中鉴别出来,而这是一项难度很大的技术。采用常用的成像技术和辐射测量技术以及低功率激光或微波检测技术等难以识别真假弹头,而中性粒子束能有效地进行这种识别。
中性粒子束用于中段识别的基本原理是:利用氢原子束对目标进行照射,受到射束照射的目标将产生中子、 Y 射线和 X 射线,它们都可以进行遥测, 而产生的中子数目、 Y 射线和 X 射线的强度近似地与目标的质量成比例。我们知道,再入弹头的质量大致是假目标质量的 10 倍。因此,受到中性粒子束照射的再入弹头产生的中子数和 Y 射线、 X 射线的强度也大致是假目标产生的中子数和射线的强度的 10 倍。利用检测器对产生的中子数、有关射线进行遥测就能够把再入弹头从大量的假目标中鉴别出来,十分明显,利用中性粒子束进行中段识别必须利用两种系统,一是天基中性粒子束系统,二是搜集目标产生的中子数、 Y 射线、 X 射线的探测器系统。天基中性粒子束系统就是配置在几千千米高度上的载有中性粒子束系统的卫星,它不断地对再入弹头和诱饵、假目标等发射氢原子束以激励目标产生中子、 Y 射线和 X 射线。同时,在中性粒子束系统卫星的附近配置一定数目的探测器卫星, 专门搜集受到中性粒子束照射的再入弹头、诱饵、假目标所产生的中子数、 Y 射线及 X 射线,从而实现再入弹头的中段识别。
高功率微波武器
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早在二十多年以前,人们就已经知道,强大的无线电微波辐射会干扰、破坏、甚至烧毁军用设备中的电子元器件。所以,科学家们便设想把高功率微波作为一种武器使用。现在,可以定向传输的高功率微波很可能成为一种重要的定向能武器。
一、高功率微波武器的概念与杀伤机理
( 一 ) 高功率微波武器的概念
高功率微波是指峰值功率在 100 兆瓦以上,频率在 l~300 吉赫之间的电磁波。将由高功率微波源产生的微波,经由高增益定向天线,向空间发射出功率高、能量集中、具有方向特征的微波射束,便成为一种新的杀伤破坏性武器,这就是高功率微波武器。
从概念上讲,微波武器与激光、粒子束等定向能武器一样,都是以光束或接近光速传输的。但它与激光武器又有着明显的差异。激光武器对目标的杀伤破坏,一般来讲是硬破坏性质,它是要靠将激光束聚焦得很细,并进行精确瞄准,直接打在目标上,才能破坏摧毁目标。微波武器则不同,它对目标的破坏是软破坏,它是以干扰或烧毁敌方武器系统的电子元器件、电子控制及计算机系统等,使它们不能正常工作棗使得电子控制系统失效、中断、甚至遭到破损。造成这种破坏效应所需的能量比激光武器要小好几个数量级。另外,由于微波射束的波斑远比激光射束的光斑大,因而打击的范围也大,从而对跟踪、瞄准的精度要求也就可以比较低,这既有利于对近距离快速目标实施攻击,也有助于低费用,同时其技术难度也相应要小很多。
( 二 ) 高功率微波武器的杀伤机理
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高功率微波武器是利用高功率微波在与物体或系统的相互作用的过程中所产生的电效应、热效应和生物效应对目标造成杀伤破坏的。
高功率微波电效应是指高功率微波在射向目标时会在目标结构的金属表面或金属导线上感应出电流或电压,这种感应电压或电流会对目标上的电子元器件产生多种效应,如造成电路中器件的状态反转、器件性能下降、半导体结的击穿等。
高功率微波热效应是指高功率微波对目标加热导致温度升高而引起的效应,如烧毁电路器件和半导体结,以及使半导体结出现热二次击穿等。
高功率徽波武器通过高功率微波的电效应和热效应可以干扰或破坏各种武器装备或军事设施中的电子装置或电子系统,如干扰和破坏雷达、战术导弹 ( 特别是反辐射导弹 ) 、预警飞机、 C3I 系统、通信台站、军用车辆点火系统等,特别是对其中的计算机系统能造成严重的干扰或破坏,此外还可以引爆地雷等。
高功率微波生物效应是指高功率微波照射到人体和其他动物后所产生的效应,这可分为非热效应和热效应两类。非热效应是指当较弱的微波能量照射到人体和其他动物后会使之出现一系列反常症状,如使人出现神经紊乱、行为失控、烦燥不安、心肺功能衰竭,甚至双目失明。试验证明,当接收到功率密度为 10?0 毫瓦/厘米 ^2 的微波时,人将发生痉挛或失去知觉;当功率密度为 100 毫瓦/厘米 ^2 时,人的心肺功能会衰竭;等等。
热效应是由较高的微波能量照射所引起的人和动物被烧伤甚至被烧死的现象。当微波的功率密度为 0 . 5 瓦/厘米 ^2 时,人体会产生明显的感应加热,从而烧伤皮肤;当微波功率密度为 20 瓦/厘米 ^2 时, 2 秒钟即可使人体造成三度烧伤;当微波功率密度达到 80 瓦/厘米 ^2 时, 1 秒钟内即可将人烧死。
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( 三 ) 高功率微波武器的特点
根据高功率微波武器的概念及其杀伤机理,一般认为高功率微波武器在作战使用方面具有一系列特点或优点,它们是: (l) 近于全天候运用的能力 ( 频率在 10 吉赫以上时稍差一些 ) 。 (2) 为对付电子设备而设计的波束似乎不会损害人的健康。 (3) 波束比较宽,一般能淹没目标,因此对波束瞄准没有太高的要求,并且有可能同时杀伤多个目标。 (4) 单价、使用和维护费用预计比较低。 (5) 在许多应用中,唯一的消耗器材是常规发电机/交流发电机的燃料。因此,“弹仓”就是燃料箱。 (6) 因为射频武器类似于雷达系统,只不过是具有更高的功率,因此有可能设计一种系统,首先探测和跟踪目标,然后提高功率杀伤目标,并且全部以光的速度进行。 (7) 因为军事人员熟悉雷达系统,并且许多后勤问题已经得到解决,所以高功率微波武器的实现可以利用现有的基础设施。 8) 因为效应是完全看不见的 ( 使电路翻转,损坏系统内部的半导体部件 ) ,并且装置可以做得很小而且考虑很周到,所以这项技术非常适合于隐蔽使用。 (9) 适用于非致命性交战。 (10) 覆盖频率谱范围宽,既可研制出宽带高功率微波定向能武器,也可研制出窄带高功率微波定向能武器。
二、高功率微波武器的原理与系统结构
( 一 ) 高功率微波武器原理
高功率微波武器一般由能源、高功率微波发生器、大型天线和其他配套设备组成。 其运行原理:初级能源 ( 电能或化学能 ) 经过能量转换装置 ( 强流加速器或爆炸磁压缩换能器等 ) 转变为高功率强流脉冲相对论电子束。在特殊设计的高功率微波器件内,与电磁场相互作用,将能量交给场,产生高功率的电磁波。这种电磁波经低衰减定向发射装置变成高功率微波束发射,到达目标表面后,经过“前门” ( 如天线、传感器等 ) 或“后门” ( 如小孔、缝隙等 ) 耦合入目标的内部,干扰或烧坏电子传感器,或使其控制线路失效 ( 如烧坏保险丝 ) , 亦可能毁坏其结构 ( 如使目标物内弹药过早爆炸 ) 。
( 二 ) 高功率微波武器系统结构
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由上述原理可知,高功率微波武器系统主要由下列关键组件构成:
脉冲功率源,高功率微波源,定向能辐射天线。现逐一简介如下:
1 .脉冲功率源
这是一种将电能或化学能转换成高功率电能脉冲,并再转换为强流电子束流能量的能量转换装置,主要由高脉冲重复频率储能系统和脉冲形成网络 ( 如电感储能系统和电容储能系统 ) 及强流加速器或爆炸磁压缩换能器等组成。通过能量储存设备向脉冲形成网络中放电,将能量压缩成功率高得多的 ( 例如从 I 兆兆瓦提高到 1000 兆兆瓦 ) 窄脉冲,然后将高功率电能脉冲输送到强流脉冲型加速器加速转换成强流电子束流。这类加速器除强流脉冲加速器之外,也可使用射频加速器或感应加速器。
2 .高功率微波源
这是高功率微波武器的关键组件,其作用是通过电磁彼和电子束流的特殊相互作用 ( 波一粒相互作用 ) 将强流电子束流的能量转换成高功率微波辐射能量。目前正在研制的高功率微波源主要有相对论磁控管、相对论返波管、相对论调速管、虚阴极微波振荡器、自由电子激光器等装置。
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3 .定向辐射天线
这是将高功率微波源产生的高功率微波定向发射出去的装置。作为高功率微波源和自由空间的界面,定向辐射天线与常规天线不同,它具有两个基本特征:一是高功率,二是窄脉冲。为满足作为武器的需要,这种天线应符合下列要求:很强的方向性,很大的功率容量,带宽较宽,适当的旁瓣电平和波束快速扫描能力,同时重量、尺寸能满足机动性要求。
三、高功率微波武器在未来战争中可能的应用
正如已经指出的,高功率微波武器的主要破坏对象是电子系统,特别是那些没有进行有效的屏蔽的电子装置。而现代武器装备,特别是精确制导武器,都携带有电子元器件或雷达、计算机等电子装置,因此它们很可能成为高功率微波武器进行软杀伤的对象。 此外,诸如预警飞机、电子战飞机、地面雷达、舰载雷达、车载雷达、地面通信与指挥中心和台站、卫星地面站、车载及舰载通信装置等,也都是高功率微波武器的攻击目标。显见,高功率微波武器在未来战争中很可能有广阔的应用天地。
为了对付上述各种目标,可以制造出采用不同作战方式的多种高功率 ( 功率为兆瓦级 ) 微波武器。如:采用地对空作战方式干扰或杀伤反辐射导弹和制导炸弹的地基高功率微波武器;采用地对空作战方式专门用于反预警机或电子战飞机的地基高功率微波武器;采用空对地或地对地作战方式专门攻击地面雷达的机载或地基 ( 如炮射 ) 高功率微波武器。但这类高功率微波武器的研制技术难度大,还有许多问题有待解决。
在指出高功率微波武器的军事应用的同时,还应考虑到高功率微波技术的其他军事应用。例如,采用高功率微波技术可研制高功率微波雷达,使其具有更大的探测距离和分辨力,并具有良好的抗干扰能力。双 ( 多 ) 基地高功率微波雷达可能是反隐身飞行器的可靠手段。另外,现在正在发展一种能将高功率微波和电子战相结合的中间型微波武器棗强力干扰机,可用来干扰多种雷达、通信设备和无线电侦察设备,对于反预警机也有独特的作用。 实际上目前重点研究的正是功率为 100 千瓦级的强力微波干扰机,它将成为第一种实用的高功率微波装置。又据报导,国外还在研制一种比普通的高功率微波武器杀伤破坏力更大的电磁导弹。这是一种新型的高功率微波武器,其发射出的束状准平面电磁波的传播距离比球面波的可传播距离远 3 个数量级。
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从上可见,高功率微波技术和高功率微波武器是一种有潜力的军事高技术。
四、寓功率微波的防护技求
对于高功率微波可采取一系列可能的加固防护技术予以对抗。
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【军团军职】:一师政委 【军团军衔】:大校
【军团军籍】军人证编号:CC-0050
前辈曾经形容松花江的浩荡;奔流在黑土地我遥远的故乡.先贤总爱描摹那宫阙的伟岸;屹立在银月城我梦中的天堂.如今回到朝思暮想的地方.站在熟悉的土地上我泪如泉涌,虽然己经不能用母语来诉说.请接纳我的悲伤我的欢乐;我也是大华夏匈奴族的孩子啊!心里有同一首歌....
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