瞪一眼就要你命：中国进行了电磁攻击实验

晨枫

据中国《电子信息对抗技术》杂志报导，中国进行了一次对无人机的电磁攻击试验，目标无人机坠落。目标无人机在1500米高度飞行，攻击斜距和功率没有透露。这是中国第一次公布电磁脉冲武器的实战试验。另据报道，中国正在研制80吉瓦级电磁脉冲武器，这是三峡电站发电能力的4倍。

电子干扰和电磁攻击都是用电磁能量破坏敌人电子设备正常工作的手段，但量变引起质变，两者的能量差别好比火柴和炸药包。电磁攻击也称电磁脉冲（EMP）攻击，最早是在核爆炸的时候发现的。核爆炸巨大的能量产生强大的电磁脉冲，可以导致大范围的破坏。在曼哈顿计划期间，恩里科·费米建议把所有导线全部屏蔽，但在核试验期间，依然有大量数据因为电磁脉冲的干扰而丢失。50年代初的英国核试验期间也发生同样的事情。

在1958年4月28日的试验中，美国用高空气球悬挂的1700吨当量核弹进行高空核试验，爆炸高度为26200米，现场所有测试电磁脉冲强度的仪器统统爆表，后来推测实际强度达到仪表量程的5倍。1962年7月，美国再次进行了一系列核试验，这次在400公里的大气层外，核弹当量为144万吨。电磁脉冲强度再次超过预料，在1445公里以外的夏威夷都有300多个路灯爆炸，大量住家的防盗警报触发，微波通信中断。

* F4 ]. i1 H# G' }) Q5 |同在1962年，苏联在哈萨克的核试验中测试电磁脉冲的影响。附近的电话线在试验前就隔离为40-80公里的分段，每段有保险丝和空气开关，用于过电流保护。但在试验中，所有分段的保险丝统统熔断，空气开关统统跳闸。部分电线发生短路，电线熔断，垂到地面上。
. p; J* g) c# ^
( S3 Q8 w0 y7 K; w核爆引起的电磁脉冲攻击是真正大威力、大范围的无差别杀伤武器，在人烟密集、地磁场较强的北半球，大威力核弹高空爆炸有可能大面积摧毁无防护的电力线、电话线和无防护电子设备，引起广泛断电、断话和设备烧毁，微波和手机通信更是首当其冲，比地爆产生的冲击波、热辐射、伽马射线、放射性沾染的危害范围大得多。

非核电磁脉冲的理论最早是苏联物理学界提出的，但实现要晚的多，难点在于要用非核手段在极短的时间里形成足够的放电强度。早期用爆炸产生高能量进行磁通量压缩，但难以精确控制能量和时序。苏联物理学家们提出三个构型：

# w" d9 A- ?, O+ N' j
空心管构型，用径向爆炸压缩线圈，线圈管截面积缩小导致磁通量压缩，线圈内的磁场强度增加为原面积与压缩后的面积之比，从而形成强电流

% L. b$ f( R. t8 U3 Z
; B* i7 Q/ H' q' U$ }* O. N8 x( m螺旋管构型，用轴向的爆炸减少短路线圈的缠绕圈数，同样达到磁通量压缩的目的，在最后时刻，打开短路开关，强电流对电容充电


3 N8 a/ [" ^# S" t3 R3 z盘式构型，用螺旋管构型作为一级强电流发生器，盘式其实是对置的边缘紧密接触的空心薄壁铜盘，在一级发生器的电流下产生强磁场，盘间填充炸药，引爆后，压力从外向里挤压铜盘，压缩磁场，形成比一级发生器更强的电流

苏联物理学家的发明在理论上很优美，但很难精确实现，而任何不完美都导致功亏一篑，所以实用化很难。另一个问题是，这些构型都是一次性的，很难实现多次使用。
) c/ q6 O- T4 W6 v. J& f% J
) G7 m6 k1 {* n! e另一个思路是用特斯拉线圈，也称串联谐振变压器，用普通变压器首先升压，在初级回路的电容和次级回路的电感之间产生谐振，在火花间隙两端产生高电压，制造人工闪电。
& u2 Z. M8 T1 m9 f1 w! v


* Q& S3 J+ i% U& l( O
把火花间隙和电容的位置对换一下，可以导致特斯拉线圈的两种构型
' B3 h$ [: \4 M; W0 b

放电中的特斯拉线圈
% D! e5 y' S$ L9 K. H
特斯拉线圈曾经是主流电磁脉冲武器的技术路线，但现在用开关切换的串并级电容更多，也就是所谓的马克斯发生器（Marx Generator）。这是用较低的直流电压对并联的电容充电，然后所有开关同步切换，使得电容串联，达到超高压，形成人工闪电。

) {: x7 D: L# y2 C% m
- R' O- j' Z" z马克斯高电压发生器用直流电充电（上），通过同步的开关形成放电（下）


1 S+ S- l& s% ~' N5 E8 O& A简单的十级马克斯发生器在实验室里模拟人工闪电
/ C0 [# ~) O/ [% z& q) X0 k7 J
- n" n; E% V# j/ J: |* k美国在2019年的一次电磁攻击试验里，一次性击落50架无人机。美国正在将这个技术实用化，将作为“战术高能微波武器”（THOR）推出，“机场反电子系统增程高能微波武器”（CHIMERA）也在研制中，用于针对蜂群无人机的机场和要点保卫。德国、法国、俄罗斯、韩国也在研究中，现在中国也来了。
$ r" o: w  v5 k5 V$ {
据报道，在检查残骸中发现，坠毁的目标无人机的卫星导航、结冰探测器（用于机翼防冰）、加速计、气压高度计和通信系统都没有损坏，电池和电机也保持完好，但飞控被破坏了，最终导致坠毁。事实上，在试验中，目标无人机没有马上坠落，而是摇摇晃晃后失控，最终坠毁。试验结果达到了最低要求，但还不尽理想。
! Q0 ]9 @* Z' X# x
) y5 g  f! G0 ^! G' N9 ]不过中国的电磁脉冲武器有一点与美国不一样，中国的电磁脉冲武器是高度定向的，用于在较远距离上攻击点目标；美国的是“广角”的，用于在较近的距离上攻击蜂群目标。中国针对的是较大较远的单一军用级无人机，以大国竞争为战场想定；美国针对的是密集但较近而且是大疆级的无防护民用无人机，以反恐为战场想定。两者并不完全可比，测试场景也不可能一样。

世界上公开报导的电磁脉冲武器达到20吉瓦峰值功率，但据测算，THOR实际上达到80吉瓦。中国也在研制80吉瓦级的电磁脉冲武器。
5 z; z, u8 W  F' P8 w! `
1 M- |! L3 r3 D
电磁脉冲炸弹可以使得一片区域的电气电子系统瘫痪，包括城镇、防空阵地、进攻中的坦克群


  Z% h) l' \! r' u) v3 {这甚至可能成为非核大规模杀伤武器


! R+ k, J; S* u% e2 R' e可以多次攻击的电磁脉冲巡航导弹可以使得整个城市陷入黑暗和通信中断的困境
5 A$ g: s! P1 e4 N4 u. ?8 G
' B9 s$ n, V8 R" q非核电磁脉冲武器有非常广泛的应用前景。武器装备越是自动化、信息化、智能化，电磁脉冲武器的作用越大。尽管电磁脉冲武器对人不致命，但在战场上，真是对现代化装备的大规模杀伤武器。

电磁脉冲武器首先用于机场保卫不是偶然的。机场打击从轰炸机地毯轰炸，到导弹重点打击，到蜂群无人机的蜂拥攻击，机场保卫自然也需要矛盾相长。蜂群无人机用大量低成本无人机密集攻击，使得防卫方打不胜打。但再简单、低成本的无人机也要依靠电子系统完成从飞控、导航、目标识别和制导的一系列任务，这就是电磁攻击武器的机会。只要使得机载电子系统失能，无人机就失控了，即使不立刻坠毁，也基本上无害化了。宽视场的电磁脉冲武器还可以成片击落蜂群无人机，越是密集，效果越好。
$ |  Q% g1 h0 E6 u  d: m, S. }
类似的系统也可以用于机载反导弹系统，用电磁攻击武器致使追击的防空导弹和空空导弹失能。不管是雷达制导，还是红外制导，都高度依赖弹载电子系统。由于电磁攻击武器是用于烧毁电路的，制导方式无关紧要了，因此不存在反制红外制导导弹和雷达制导导弹需要不同的设备的问题。
* Z; c9 c. t# v8 i, N/ }. o
! |8 T9 W5 {% X/ C. T- X这也可以用于舰船，作为动能拦截弹硬杀伤的有利补充。由于电磁攻击武器的能量密度与距离的平方成反比，随着来袭导弹的逼近，能量急剧增加，距离越近，效果越强。掠海飞行的导弹只要一抖晃，就可能坠海自毁。俯冲攻击的导弹一抖晃，也容易偏离原来的命中点。
9 N1 S% c, u7 U. w1 @3 b+ H
+ b# F" _) m# n' k4 |在进攻性作战中，电磁攻击武器更是可以在战略和战术各个层面发挥作用。在战略性进攻作战中，电磁攻击武器可用于瘫痪对方的电网、电话网、计算机网和一切无屏蔽的电子设备，所有无屏蔽的导线和电路都成为接收天线，在悄无声息中使得整个城市瘫痪，这是完全可能的。惊天动地的地毯轰炸可能被悄悄的电磁轰炸所取代，但效果更加致命，因为幸存者可能被迫回到手提肩扛的时代，连汽车、水泵、电梯都不能运转了。

% [& I; e" }1 A6 X9 O在战术性进攻作战中，电磁攻击武器可用于攻击雷达、通信系统、武器的火控系统，雷达和通信天线越灵敏，对电磁攻击就越敏感，连关机都不能躲避攻击。甚至步兵都不能幸免，失灵的无线电、夜视仪、单兵作战系统使得三头六臂的超级战士在瞬间回到小米加步枪的本色。坦克、车辆不仅通信、导航、火控系统失灵，可能基本的发动机控制都要失灵，那时就成不能动弹的废铁了。

可能只有骑着毛驴、操着AK47、用传令兵指挥打仗的塔利班能彻底不受电磁攻击的影响，但塔利班的路边炸弹还是要受到影响，路边炸弹是用电子装置控制引爆的。在阿富汗战争里，美国海军的EA-18G大受重用，就是用来在车队前方低飞扫清路边炸弹，用强力电磁攻击引爆炸弹，或者直接烧毁引信电路。

不过有矛就有盾，法拉第笼是电磁屏蔽的好办法，只不过法拉第笼不是万能的。

+ {8 G4 H4 P9 i2 E! U
" B( r( k" ?1 C' ]1 |# K科学馆里法拉第笼对电磁屏蔽作用的演示
* a3 G# p5 |' u7 P5 J. T  `
+ E" b8 \; U* m9 Q+ a5 Q/ d法拉第笼是英国电磁学家麦克·法拉第发明的。致密的金属盒可以屏蔽电磁场，但用金属网眼材料制作的笼子也能达到有效屏蔽。微波炉里内衬的网眼金属板就是用于屏蔽内部的微波的，电梯里没有手机信号也是受到电磁屏蔽的原因。
' ~0 o/ }0 B4 [
法拉第笼对阻隔波长大于网眼尺寸4倍的电磁波是有效的，但对波长小于这个门限的电磁波，法拉第笼相当于高通滤波器，波长越接近门限，阻隔效果越显著；波长小于门限越多，“漏水”越多，波长远远小于网眼尺寸的话，法拉第笼基本上就没有屏蔽作用了。波长与频率成反比，也就是说，对于给定网眼尺寸的法拉第笼，只要频率足够高，就能破解屏蔽作用。
! g: q% \# O% I8 D* G3 e) ~% r8 a
% h0 u  k# A0 _# e! }对于大多数军事装备，金属壳体相当于法拉第笼，但开口、缝隙都是电磁脉冲攻击的可乘之机。更要命的是，大量观通设备必须置于装备的基体轮廓线之外，否则就没法观察通信了。通信、雷达、电子战、遥控天线是天然没法屏蔽的，也是最容易受到电磁脉冲攻击的。即使有断路保护，可以保护车内、舰内、机内、弹内的电子设备，天线都不工作了，也就又聋又瞎了，和功能性战损相距不远了。光电设备也一样，只要在工作，成像芯片就是无法保护的。纯光学的观察设备不受电磁脉冲攻击影响，但这样的开口是电磁脉冲攻击的渗透途径。便携式设备为了降低重量和成本，常用塑料壳体，对电磁脉冲攻击就更加脆弱了。
/ d5 E4 S  s; w1 u' S( u/ B% T
电磁攻击也改变了战场。无人机对现代战场的作用巨大，但无人机要保持低成本优势，必须简单、轻小，这就限制了航程和载弹量，限制了无人机取代有人机的作用。但无人机隐身、可消耗的优点对电磁攻击特别适合。电磁能量密度随距离的平方成反比，也就是说，随着距离的缩小，电磁能量密度急剧增高，攻击效果急剧加强。这使得抵近攻击的无人机携带小功率电磁脉冲装置就能达到大功率在远距离上的效果，比如说，0.2吉瓦在2公里上的电磁攻击与100吉瓦在100公里距离上是等效的。1架带100吉瓦电磁脉冲装置的大型无人机如果不与500架带0.2吉瓦的小型无人机在成本上等价，但100-200架肯定是有的，而后者的战场效果、使用灵活性、打击持续性、系统冗余性就要高多了。电磁侦察是电磁攻击的反问题，小型无人机水银泻地式的监视和侦察是掌握战场电磁情报的得力工具。电磁监视和电磁攻击可能成为无人机最大的用武之地之一。

还可以换一个打法，用带电磁脉冲战斗部的弹道导弹在航母编队上空发动波次攻击。第一波重点在打掉编队的防空反导能力。由于电磁脉冲的传递速度是光速，在高空再入时，能做到在反导弹达到拦截高度之前就引爆攻击。削弱编队反导能力后，第二波在2000米的空中发动电磁脉冲攻击，可能使得航母甚至编队内其他舰艇的雷达、通信、电子战天线、光电系统失灵，使得航母及其他舰艇又聋又瞎；航母甲板上的作战飞机都不能使用；所有暴露的电子设备失灵则导致航母运作停顿，比如电磁弹射、电磁拦阻索、着陆灯和甲板上的信号指挥系统，暴露的长导线是特别有效的接收天线，拦阻索收集的电磁攻击能量不仅可能损坏系统，还可能导致火灾；甚至可能使得升降机的电机也失能。这样的航母就真是浮动棺材了。但由于没有人员杀伤，等于不战而缴械，在局部战争场景下，反而控制了冲突升级。
! L! e1 d7 y4 A8 b+ i
7 z" _* }# E( F6 O在海上，无人艇和潜航器也可用作电磁侦察和电磁攻击，抵近敌人军港和舰队的电磁攻击可以制造极大的混乱，瘫痪敌人海军的指挥通信，为己方舰队的打击创造机会。

8 T2 q( V0 o: w但电磁攻击也有一个天然的问题：很难在攻击后立刻判断毁伤效果。事实上，即使在长期里，也只能根据对方是否恢复运作，来判断电磁攻击是否达到目的。因此，追加的动能毁伤有时是必要的，确保目标摧毁。好在电磁攻击奏效后，目标基本上又聋又瞎，也四肢瘫痪，对追加的动能打击基本上没有防御能力。但死猪也要烫一烫，才能放心。
: S, b# q) F% ~/ E, G/ `
) U7 e$ \2 I6 E' Z' i中国的军事现代化已经发展到在很多方面对标世界先进水平的程度了，中国的非核电磁脉冲武器已经在路上了，这对中国赶超世界军事技术先进水平是很重要的一环，是下一步的军事技术高地的所在。
! f; d1 G9 ]& C; P5 U& c5 Y" ~

征久仁

台湾岛上的固定目标除了硬摧毁，很快就有电磁失能软杀伤了。大洋上的航母编队要是挨了电磁脉冲攻击，彻底就成了浮动的海上的棺材了，这种攻击方式除了可以降低冲突烈度，还大大有助于减少核泄漏，有利于环保。该技术一旦成熟，又是一个规则改变者啊！

晨枫

征久仁 发表于 2022-1-29 21:48
* V5 g) e5 k7 R6 T9 T台湾岛上的固定目标除了硬摧毁，很快就有电磁失能软杀伤了。大洋上的航母编队要是挨了电磁脉冲攻击，彻底就 ...

0 W% X9 H, G7 r" \1 H0 U& J没错。如果美国舰队被中国的电磁攻击打残了，这对美国如何反应是挺大的挑战。