電磁脈衝武器

電磁脈衝一詞來源於核電磁脈衝，是高空核爆炸時產生的一種次生效應。當電磁脈衝彈發射（投放或者預置）到預定位置爆炸后，戰鬥部（彈丸）內的電磁脈衝發生器工作，產生高功率、高能量的電磁脈衝，由天線輻射到空中，通過敵方電子信息裝備的天線直接饋入，或通過電磁感應和耦合從饋線、電纜、電源線、電話線等進入敵方電子信息裝備中，形成較強的脈衝電壓和脈衝電流，燒毀電子信息裝備中的集成電路和晶體管等元件，抹掉計算機內存儲的信息，燒毀或阻塞接收機，使敵方電子信息裝備毀壞或不能正常工作。按輻射到空間的脈衝波形，分為射頻型和視頻型（無載波型）電磁脈衝彈。射頻型電磁脈衝彈包括高功率微波彈、高功率低頻輻射彈和放射線彈等。微波頻段的電磁脈衝彈通常由初始電源、爆炸磁通壓縮發生器、脈衝調製器、虛陰極振蕩器和天線組成。初始電源通常是電容器組，向爆炸磁通壓縮發生器供電以產生初始磁通。爆炸磁通壓縮發生器將炸藥化學能轉換成電磁能，其結構是在一個非磁性的金屬套筒內裝入炸藥，外面纏繞金屬螺旋線圈，金屬套筒與螺旋線圈之間留有一定的空氣絕緣距離。爆炸前，由初始電源向螺旋線圈輸入較小的電流，以在螺旋線圈和金屬套筒之間產生初始磁通。當炸藥從一端或兩端引爆后，金屬套筒迅速向外膨脹，並與螺旋線圈的一端或者兩端接觸，造成電路短路。隨著爆轟波向前運動，金屬套筒的膨脹部分也向前快速推進，壓縮初始磁通，並使迴路電感減小。根據磁通量守恆原理，在壓縮過程中磁通量不變，電感減小，必然使爆炸磁通壓縮發生器產生強電流脈衝。強電流脈衝通過由脈衝變壓器和高功率開關組成的脈衝調製器產生強電壓脈衝。虛陰極振蕩器在強電壓脈衝作用下，振蕩器―陰極發射的電子在諧振腔內產生向陰極的反射，電子的反射點稱為虛陰極，被反射的電子在實―虛陰極之間振蕩，且虛陰極的位置和電位也在振蕩變化，以此產生高功率微波脈衝，再經發射天線向空中輻射出去。視頻型（無載波型）電磁脈衝彈的激勵能源與射頻型相同，但輻射的是一種視頻脈衝，脈衝寬度為納秒量級。雖然頻帶寬度較寬，但單位功率譜密度較低，且能量集中在低頻段，因此輻射距離比較近，主要用於干擾近距離相應頻段的雷達或電台。當戰術條件允許時，還可利用炸藥爆炸換能方法，輸出兆安（培）量級的視頻脈衝電流，直接注入敵方電子設備或電力系統中，破壞其物理結構和正常工作。電磁脈衝彈的研究最早在美國和蘇聯開始，研究內容比較廣泛，除了核電磁脈衝彈外，蘇聯還研究過以壓電器件作能源，能在近距離干擾坦克載雷達的電磁脈衝彈。20世紀80年代後期，美國在高功率微波和爆炸磁通壓縮技術方面取得明顯進展后，主要研究微波頻段的電磁脈衝彈。蘇聯曾用盤式爆炸磁通壓縮發生器產生200兆安培電流，美國用螺旋式爆炸磁通壓縮發生器產生過30兆安培以上電流輸出。高功率微波彈作用距離較近，成本較高，關鍵部件的技術尚不夠成熟。在1991年的海灣戰爭和1999年的科索沃戰爭中，美軍曾使用帶有試驗性微波彈頭的巡航導彈。

1961年10月31日，蘇聯在新地島上空3.5千米處進行空爆核試驗，不料氫彈不僅毀滅爆心附近的一切，還對數千千米範圍內的電子系統產生衝擊，蘇軍地面的防空雷達被燒壞，無法探測空中的飛行目標；數千千米長的通訊中斷，部隊1個多小時處於無法指揮狀態。

1963年7月9日，美 國在太平洋的約翰斯頓島上空4千米處進行空爆核試驗后，距約翰斯頓島1400千米之遙的檀香山卻陷入一片混亂。防盜報警器響個不停，街燈熄滅，動力設備上的繼電器一個個被燒毀。

當時人們並不能解開這個謎。後來經過幾年的研究，才發現這是氫彈爆炸所產生的電磁脈衝造成的惡果。原子彈爆炸會產生衝擊波、光輻射、早期核輻射和放射性污染四種效應，而氫彈爆炸又增加了另一種效應，即電磁脈衝。

氫彈爆炸時，早期核輻射中的α射線會與周圍介質中的分子、原子相互作用，激發併產生高速運動的電子（康普頓效應），大量高速運動的電子形成很強的電場。在爆心幾千米範圍內電場強度可達到每米幾千伏到幾萬伏，並以光速向四周傳播。它的作用範圍隨著爆高的增加而擴大。當量1000噸的氫彈如在4千米高空爆炸，可影響整個歐洲。

美國軍事專家看到了這種由核爆炸產生的瞬時電磁脈衝的軍事價值，開始不遺餘力地研究如何增強核爆炸時產生的電磁脈衝效應而抑制其他幾種效應，他們把這種能產生強大電磁脈衝的武器稱為電磁脈衝彈。

實際上，電磁脈衝武器早在上世紀就已誕生。在電子裝備逐步主宰戰場的當下，它憑藉著“不損一磚一瓦，不傷一兵一卒，能制敵於無形”的神奇威力，逐漸成為改變戰爭規則的新武器之一。但這恰是倚重電子技術的美國人所擔心的，因為他們最怕這種優勢被別國打破。

電磁脈衝/高功率微波武器是將電磁頻譜能量集中投射的一種武器系統，其特點就是能量集中，使投向目標物的能量密度（單位面積中的能量）很高，可由直接照射及耦合侵入的熱能累積效應造成目標物損壞，並造成微波同頻段的嚴重干擾。其優點是攻擊速度為光速，從發射到擊中目標所需要的時間極短，命中率高，無質量故障，不存在彈道等問題。

高功率微波武器高功率微波武器通常是由電源產生器、脈波變形系統、微波輻射源與指向性天線組合而成，其中的高功率微波輻射源為關鍵組件。

美國在研發各種頻率的高功率微波源以及可投射高功率微波天線方面具有重大進展。根據專家分析估計，實戰性微波武器中所需的高功率微波源規格為：頻率1GHz以上、功率大於1GW以上。美國軍方已提出多項微波武器應用概念，包括信息通信戰（Information Warfare, IW）、壓制敵方防禦（Suppression of Enemy Air Defence, SEAD），以及自我防衛等。

• 康普頓效應

核爆電磁脈衝核彈爆炸時，除了產生輻射、熱浪和震波外，還會產生射線撞擊大氣中的氣體分子，使大量的自由電子釋出。這些自由電子受到地球磁場的作用，會進一步產生瞬間超強電磁輻射。這個從核爆到電磁脈衝產生的效應，通常稱為康普頓效應（Compton）。

核爆射線伴有大量的電子流產生，由於呈輻射走向，流向並不集中，因此在地球磁場的作用下，大多地區會暴露在一個瞬間大電磁場內，用電設施將因電磁感應而受損。

• 非核電磁脈衝彈

非核電磁脈衝彈（E-bomb）由於高空核爆的電磁脈衝可以影響很大的地面範圍，因此在實際作戰運用上，也可能傷及進攻者的自身裝備。因此，一些非核的、運用高能微波技術來產生、可以影響局部地面範圍的電磁脈衝武器，也就在世界的先進國家進行研製，並且有部分產品已問世。據說2003年，美國首次使用電磁炸彈（E-Bomb）攻擊伊拉克，巴格達的電視全面中斷，數小時后才能恢復，而且信號仍然很微弱。由於美國國防部從不承認擁有這種武器，到目前為止，嚴格上來說電磁炸彈從未用於實戰。這種炸彈主要包含高壓電源供應器、炸藥發電機（FCG）、虛陰極管（Vircator）以及微波天線等。

電磁炸彈的工作原理，可以簡單的說明如下：首先運用電源供應器將電池能量充入同軸電容器內，以產生高壓。再將這一高壓瞬間與流量產生器內的螺旋狀導線導通，並且在導通電流最大時的瞬間，起爆在螺旋狀導線內的炸藥，以壓縮磁通量的方式提升螺旋狀導線上的電流。接著將此電流導入虛陰極管，以諧振方式產生高頻電波，最後由微波天線對著指定方向發射出電磁脈衝波。電磁炸彈的作戰影響範圍，約在數百米之間。所以說，HEMP是一種戰略性電磁脈衝武器，電磁炸彈則是一種戰術性電磁脈衝武器。

現代戰場的電磁環境是各種電磁能量共同作用的複合環境，既有自然電磁干擾源，如雷電、靜電等，又有強烈的人為干擾源，如各種功率的雷達、無線電通信、導航、計算機以及與之對抗的電子戰設備、新概念電磁武器等。因此，戰場電磁環境比平時要複雜得多，高技術條件下的戰場電磁環境效應主要由各類電磁脈衝場構成。

如此說來，沒有蘑菇雲的人類巨災——電磁脈衝災害，有自然的和人為的兩大類。和平時期，各種自然和人為的電磁脈衝危害時時發生。全球每年因雷電電磁脈衝導致信息系統癱瘓等事故頻繁發生，從衛星通信、導航、計算機網路乃至家用電器都會受到雷電災害的嚴重威脅。僅上海市1999年由於雷電所造成的損失就超過2億元。

核電磁脈衝是核爆炸產生的強電磁輻射，核電磁脈衝的破壞力十分巨大。一些國家的核試驗中，核電磁脈衝能量侵入電子、電力系統，燒斷電纜、燒壞電子設備的事例也屢見不鮮。高空核爆炸產生的電磁脈衝危害，比地面和地下核爆炸更大，核電磁脈衝強度大、覆蓋區域廣。

由於大氣的衰減作用，高空核爆炸產生的熱、衝擊波、輻射等效應，對地面設施的危害範圍都不如電磁脈衝效應大，100萬噸當量的核武器在高空爆炸時，總能量中約萬分之三以電磁脈衝的形式輻射出去。隨著核技術的發展，發達國家已研製出核電磁脈衝彈，增強了電磁脈衝效應，而削弱了衝擊波、核輻射效應，電磁脈衝的破壞力明顯增大。

電磁脈衝武器主要包括核電磁脈衝彈和非核電磁脈衝彈。核電磁脈衝彈是一種以增強電磁脈衝效應為主要特徵的新型核武器。非核電磁脈衝彈，是利用炸藥爆炸壓縮磁通量的方法產生高功率微波的電磁脈衝武器。微波武器可使敵方武器、通訊、預警、雷達系統設備中的電子元器件失效或燒毀；導致系統出現誤碼、記憶信息抹掉等，強大的高功率微波輻射會使整個通訊網路失控。甚至能夠提前引爆導彈中的戰鬥部或炸藥。電磁脈衝武器還能殺傷人員，當微波低功率照射時，可使導彈、雷達的操縱人員、飛機駕駛員以及炮手、坦克手等的生理功能發生紊亂，出現煩躁、頭痛、記憶力減退、神經錯亂以及心臟功能衰竭等癥狀；當微波高功率照射時，人的皮膚灼熱，眼患白內障，皮膚內部組織嚴重燒傷甚至致死。前蘇聯的研究人員曾用山羊進行過強微波照射試驗，結果1公里以內的山羊頃刻間死亡，2公里以內的山羊也喪失活動功能而癱瘓倒地。

這意味著，這些國家在軍事強國的電磁脈衝武器的打擊面前，早已敞開了胸膛。一旦這些國家的政府機構、金融中心、通信網路、廣播電視等事關國計民生的重要系統和軍事設施，受到強電磁脈衝打擊時，不可避免地出現大範圍癱瘓或損壞，國民經濟和社會秩序難以正常運行。

電磁脈衝，是短暫瞬變的電磁現象，它以空間輻射傳播形式，透過電磁波，可對電子、信息、電力、光電、微波等設施造成破壞，可使電子設備半導體絕緣層或集成電路燒毀，甚至設備失效或永久損壞。

1. 強大的電磁脈衝建立的瞬間電場，使通訊系統內部電場重新分佈, 形成電涌電壓, 對通訊信號系統造成損壞；

2. 通訊系統內部電場瞬間重新分佈形成涌流, 對通訊信號系統造成損壞；

3. 強大的電磁場，穿過通訊系統內部電路，產生感生電流，造成通訊信號差模干擾，損壞系統；

4. 強大的電磁脈衝中豐富的頻譜，微電子器件極易產生諧振發熱損壞。

見過原子彈爆炸的人很少，但是，幾乎人人都見過“第二原子彈”爆炸。這種爆炸就是自然界的雷電和靜電現象。雷電、靜電形成的電磁輻射和太陽、星際的電磁輻射以及地球磁場和大氣中的電磁場，所產生的爆炸只是有大小區別，其原理都是一致的。此外，“第二原子彈”的爆炸還有人為現象，就是人為產生電磁輻射源的電磁輻射。

隨著科學技術的發展，全社會電氣設備大量普及，如電視發射台、廣播發射台、無線電台站、航空導航系統、雷達系統、移動通信系統、高電壓送變電系統、大電流工頻設備和輕軌、幹線電氣化鐵路系統等。總之，一切以電磁能應用進行工作的工業、科學、醫療、軍用的電磁輻射設備，以及電火花點燃內燃機為動力的機器、車輛、船舶、家用電器、辦公設備、電動工具等，都會產生不同頻率、不同強度的電磁輻射。其中，大部分是電磁脈衝輻射。

1985年，美國在制定“戰略防禦倡議”計劃時，把高功率微波武器列為其空間武器的主攻項目，重點研究其殺傷機理。

1987年，美國國防部提出“平衡技術倡議”計劃，高功率微波武器是其五大關鍵技術之一。

1991年海灣戰爭期間，美軍在E-8“聯合星”預警機攜帶和使用電磁脈衝武器。美國和俄羅斯小型化電磁干擾機，可被常規兵器投擲到敵方，不僅可損傷敵方指揮控制系統，而且直接影響精確制導武器和信息化單兵的作戰效能。

1992年7月，美國國會總審計局向眾議院軍事委員會提交《國防基礎技術、軍用特殊技術依賴外國帶來的風險》報告，提出未來先進武器最關鍵的6項技術，其中包括高功率微波武器。美國海陸空三軍還分別制定了高功率微波武器發展計劃。

1993年，美國進行了代號為“豎琴”的電磁脈衝武器實驗，天線群向電離層發射電磁脈衝，阻斷通信和摧毀來襲導彈。

1996年，美國一國家實驗室研製出手提箱大小的高能電磁脈衝武器，以及可裝備在巡航導彈上的電磁脈衝武器，其有效作戰半徑達10公里。

1999年3月，美國在對南聯盟的轟炸中，使用了尚在試驗中的微波武器，造成南聯盟部分地區通信設施癱瘓3個多小時。

伊拉克戰爭中，美軍於2003年3月26日，用電磁脈衝彈空襲伊拉克國家電視台，造成其轉播信號中斷。

除俄羅斯和美國外，英、法、德、日等國家，也都在進行高功率微波武器的開發。有國際軍事專家分析認為，海灣戰爭中，伊拉克之所以被動挨打，重要原因是指揮控制系統和防空設施遭到破壞，喪失電磁環境控制權。

1998年，俄羅斯發明了重8公斤的小型強電流電子加速器，爆炸時發出X射線、高功率微波，可破壞電子設備。

台高層指示台軍重新研發核子武器，結果從台“總統府”到“國防部”都全盤否認。對此有台軍方官員聲稱，這項消息可能與台“中科院”進行的“高能電磁脈衝武器”研發有關，由於早期電磁脈衝武器是采核爆電磁脈衝，但現今電磁脈衝彈已屬非核武器，相關研發核武的消息可能是因這項研究而遭到“誤解”。

據台“立委”轉述，台“中科院”在陸續完成包括“雄二E”、“雄風三型”和“天弓三型”的“二十一世紀新三彈”后，已著手規劃更新的武器研發，其中包括代號“玄天計劃”的“高能電磁脈衝武器”、“玄宇計劃”石墨纖維炸彈，及“劍翔計劃”的反輻射無人攻擊載具。

報道引述該“立委”稱，台“中科院”方面並未向“立院”說明相關武器發展的內容，所以容易造成外界誤解，像是“高能電磁脈衝武器”，其實不是什麼秘密裝備，台軍方不清楚說明，當然易造成誤解，因為這種武器早期被視為戰術核武的一種，這次傳出台軍發展核武，恐怕也是對這型武器產生的誤解。

對此台軍方官員解釋，美軍稱為E-Bomb的“非核電磁脈衝彈”，是采人造電磁脈衝，而非傳統的核爆電磁脈衝，因此並非屬於大規模的人員殺傷性武器，只是藉由電磁脈衝現象，破壞敵軍的電路系統，美軍在伊拉克戰爭時，已經使用過這型武器。

中國將投資集中在不對稱戰爭、電磁脈衝武器、網路空間戰以及小而精的核震懾上，並建立了以中國為中心的多個雙邊或多邊的合作框架。中國創立了上海合作組織，與芬蘭等國家簽訂自由貿易協定，與辛巴威、斯里蘭卡、俄羅斯等對中國有戰略意義的國家就特定問題達成了非正式的夥伴關係。

電磁脈衝炸彈的打擊目標與傳統原子彈有很大不同。它的攻擊目標有三類：一是軍用和民用電子通信和金融中心，如指揮部、軍艦、通信大樓和政府要地等；二是防空預警系統；三是各類導彈和導彈防護系統。

美國和前蘇聯在研究和發展電磁脈衝武器時，都十分重視武器裝備電磁環境效應和防護加固技術的研究。1979年，美國總統卡特發布命令，強調核電磁脈衝的嚴重威脅，要求每開發一種武器，必須考慮電磁脈衝防護能力。為此，美國在新墨西哥州科特蘭、亞利桑那州等地，建立了十餘座電磁脈衝場模擬器。近幾年，台灣軍方在強化電子戰攻擊能力時，重視電磁脈衝防護研究。據台灣媒體披露，台“國防部”於2001年，投資7．8億元新台幣，用於“電子戰及資訊戰裝備”規劃，其中包括“資安計劃”與“脈護計劃”。“脈護計劃”主要針對來自對手的電磁脈衝武器“硬殺傷”，防護台軍重要軍事設施、戰略民用設施和“政府”重點建築設施等。

據台灣軍方的一位權威人士透露，目前，台灣“脈護計劃”正在衡山指揮所緊鑼密鼓地進行。其計劃由反制脈衝效應、電子反制防護網等7部分組成，以防範電磁脈衝武器攻擊，維持計算機網路運轉，保護計算機作戰指揮系統的暢通及資料庫的安全。負責這一計劃的“中山科學研究院”主管官員稱，“脈護計劃”實現后，台軍方作戰指揮系統等於“戴上了一頂防電磁干擾的防護帽”。

從20世紀60年代起，一些國家開始核電磁脈衝特性研究，陸續取得一定進展。到90年代後期研究取得快速進展，按照IEC61000-29標準，核爆電磁脈衝在1ns產生50kV瞬變脈衝電壓，其產生的磁場破壞力是目前研究的方向。目前的研究局限在測量設備和電磁脈衝發生設備非一般研究單位所擁有，因次對電磁防護的研究，基本都停留在電磁兼容範疇內，未重視電磁脈衝防護。至今，這些國家的絕大多數軍用、民用電子設備未採取電磁脈衝防護措施，有的甚至無任何強制性出廠檢驗標準和設施，其整體水平至少落後美國和俄羅斯20年左右。