美国高功率微波武器发展思路与重点
本文由《军事文摘》(ID：mildig)授权转载，作者：武晓龙 王 勇，责编：彭振忠
当代战争是陆、海、空、天、电磁五维一体的空间立体式联合作战，其中制电磁权对于现代战争的影响已越来越明显，成为决定战争胜负的关键因素。高功率微波武器主要用来攻击敌方的电子设施系统，可对智能弹药、导弹系统、雷达系统、通信指挥系统、电子侦察、卫星以及控制与导航等信息化武器装备中的电子设备和系统产生干扰、损伤、烧毁等效应。因此，世界各军事大国都在积极发展高功率微波武器系统，其中以美国发展最早，技术较为成熟，并开发出了多种不同用途的武器系统样机。
高功率微波（HPM）一般指峰值功率超过100兆瓦或者平均功率大于1兆瓦、中心频率在300兆赫兹-300吉赫兹的强电磁脉冲辐射。自20世纪60年代，随着脉冲功率技术与真空电子学的出现，高功率微波技术得到重视。截至目前，高功率微波技术大致经历了3个阶段的发展。
1970年-1980年，高功率微波开始获得几百兆瓦的高功率微波输出，并相继提出了相对论返波管（1970年）、相对论磁控管RM（1976年）、虚阴极振荡器（1977年）等典型微波源。
1980年-2000年，美俄在高功率微波技术领域展开了功率竞赛，出现了各种高功率、大装置，并获得过10吉瓦级的高功率微波输出，不过该输出装置具有效率低、可靠性差的缺陷。在此期间，吉瓦级重频高功率微波以及长脉冲产生技术取得较大进展，并且超宽谱高功率微波技术开始得到重视与发展。
2000年以后，随着高功率微波技术的持续深入发展，研究重点为数吉瓦高功率及重复频率HPM产生研究，紧凑小型化HPM产生研究、长脉冲HPM产生研究、HPM锁频锁相及功率合成技术研究。
高功率微波武器作战示意图
美国高功率微波武器发展情况
高功率微波武器的研究起源于1962年7月8日进行的“海星一号”高空核试验，当天夏威夷时间23点零9秒，一枚140万吨当量的热核弹头在太平洋中部400千米的高空被引爆。在距离爆点1300多千米外的檀香山，“海星一号”产生的电磁脉冲不仅导致防盗警报器不断响起、路灯纷纷熄灭，最后连供电线路也跳闸瘫痪。当时冷战双方的军事决策层发现了这次试验中电磁脉冲的破坏潜能，并展开了一场利用这种潜力制造非核武器的竞赛。
在美国，空军一直都是高功率微波项目的主要投资方。最初，高功率微波武器的研究目标是研制出能够瘫痪敌方计算机、通讯系统及其他电子设备的武器，这些研究大部分都是保密的。到20世纪90年代，美国空军展开了一系列的高功率微波生物效应研究，其中包括“Hello”项目研究如何利用高功率微波在人的耳中产生声音，“Goodbye”项目研究利用高功率微波制止人群暴动，“Good Night”项目研究高功率微波能否杀死一个人。从21世纪初开始，随着高功率微波技术的不断成熟，美国开发出了多种不同用途的高功率微波武器演示样机，主要包括主动拒止系统（包括人员拒止与小型武器装备拒止等）、反电子系统高功率微波先进导弹计划（CHAMP）导弹系统、“警惕之鹰”机场防护系统、MAXPOWER排雷防爆系统、电磁炸弹、Phaser反无人机装置等。虽然美国在高功率微波武器的开发上，已经取得了一定的成绩，但整体而言，高功率微波武器的研制并不顺利。尤其在2000年-2014年期间，美国开发出的演示样机效果并不理想，高功率微波武器的研究陷入了低谷。
主动拒止系统 美国在20世纪90年代展开的一系列研究中，只有“Goodbye”项目进入了武器研发阶段，即主动拒止系统。该系统于1997年完成原理性样机，即0号样机；2002年将0号样机整合到一台高机动多功能轮式车上，完成1号样机；2007年完成模块化的2号样机，可以固定使用，也可以安装在移动的平台上，由于其良好的密封性，可适用于高温、潮湿、盐雾等特殊环境。
虽然主动拒止系统取得了一定程度上的成功，但似乎没有人对五角大楼唯一承认且已经发展成熟的高功率微波武器感兴趣，该系统并没有实现部署，其巨大的体积、能量消耗以及技术上的复杂性让它无法在实战中得到有效应用。在2001年的首次展示中，美国国防部宣称，主动拒止系统能用于如科索沃和索马里等地的维和行动，但当美国联合非致命性武器管理局提出，要将主动拒止系统部署到2003年的伊拉克战场时，却被拒绝了。2010年，美国国防部曾试图将该武器部署到阿富汗，但它又被原封未动地运回了美国。同年，美国加利福尼亚州也否决了一项用于监狱管理的小型设备，该设备的制造方雷声公司拒绝对此发表评论。直至2012年，美国“战略之页”网站披露，主动拒止系统似乎在雨天、雾天或者雪天表现不佳，在雨天条件下对主动拒止系统进行的测试发现，原本应该感到的疼痛变成温暖舒适的感觉。此后，便再也没有有关主动拒止系统进一步的消息，它似乎已经被人遗忘了。
主动拒止系统1号样机
主动拒止系统2号样机
CHAMP系统 随着美军“亚太再平衡”战略的深入推进以及高功率微波紧凑化技术的发展，美国开始研制基于巡航导弹的高功率微波武器系统，即CHAMP，并于2012年10月成功进行了样机的试验演示验证，成功地实现了微波武器技术与航空飞行器技术的完美结合。由于巡航导弹具有精度高、射程远、突防能力强的特点，反电子系统高功率微波先进导弹系统的出现对于夺取战场大范围内的制电磁权，以及对重要战略目标进行先遣电磁打击都具有划时代的意义。目前，美军对CHAMP的发展寄予厚望，并称之为改变战争游戏规则的有效手段。但在2012年的演示验证试验后，该计划很长一段时间内都处于停滞的状态，美国军方并没有积极地进行推动。
其他类似项目 美国空军研究实验室研制的MAXPOWER排雷防爆系统，可以远距离引爆路边的炸弹，但是它的体积有一辆拖车大小，部署在阿富汗显得太笨重了。美国国防部的反炸弹机构联合反简易爆炸装置组织以保密为由，拒绝对该系统发表任何相关评论。
2014年7月，前任美国空军总司令Norton对专业杂志《Aviation Week & Space Technology》表示，“高功率微波技术显然具有潜在价值”。而且还警告说，“其他国家如俄罗斯可能在该领域正在超过美国”。
事实证明，Norton的担心确有先见之明。首先，俄罗斯在2014年透漏了其研制微波炮的消息，在2015年公开展示了Krasukha-2高功率微波系统；其次，在2014年的乌克兰冲突和2015年的叙利亚战争中，俄罗斯的电子战力量得到了实战的检验，在一定程度上压制了北约的电子战能力。在此背景下，美国高功率微波武器的研究再次得到了美国军方的大力支持。
美军微波武器天线
美国军事战略对高功率微波武器发展的要求
任何武器系统的出现首先都要满足本国的军事战略需求，从这一点上来讲，美国高功率微波武器的发展也必然要满足美军不断变化的军事新需求。从目前美军高功率微波武器的发展轨迹来看，也符合这一点。从20世纪七八十年代开始，美国从高空核爆炸的电磁脉冲效应中逐渐开始重视高功率微波技术的发展，并陆续研制出了多种微波源。20世纪末，美军发展起了比较完备的高功率微波武器关键技术，尤其是经过“功率竞赛”而相继发展了较为高效的吉瓦级微波源技术，为高功率微波武器样机的集成打下坚实基础。
21世纪初，“9·11”事件改变了美军的军事战略，反恐作战成为美军的首选，随着这一巨大军事需求的出现，美国各军火公司与军事研发部门共同努力，相继发展了能够用于反恐作战的反人员的主动拒止系统、用于机场防御的“警惕之鹰”以及扫雷等高功率微波武器系统。此后更发展了能够对小型装备进行拒止的高功率微波武器系统。2008年以来，随着美军事战略的变革，再平衡战略成为主流，以空军为代表的高功率微波研发主体发展了能够进行远程精确打击的高功率微波武器系统，无不体现了美军军事战略所强调的“全球打击”与“先发制人”等要求。
美军第三次“抵消战略”的大脑——国防部副部长沃克
与此同时，近年来美国提出第三次“抵消战略”的概念，改革美军采办系统，加紧发展定向能武器、电磁炮技术、作战机器人、太空及网络战武器系统，以保持美军在全球的技术优势。第三次“抵消战略”旨在通过技术创新发展，运用非对称手段抵消对手优势，增加对手军力发展成本，特别是全面破解对手“反进入/区域拒止”能力，以确保美国在大国军事竞争中占据绝对优势地位。而对于具有电磁打击能力的高功率微波武器系统，通过打击现代战争中的关键节点，可造成牵一发而动全身的效果，进而打开整个战争网络的战略缺口，从而为后续的火力打击赢得重要的战略机遇，这正是高功率微波武器系统的关键优势所在。
美军高功率微波武器发展思路
鉴于高功率微波武器技术在电磁打击领域的显著作用，美军对其寄予厚望。但从目前来看，高功率微波武器系统有其固有的短板，主要是部分关键技术体积庞大，同时能量转换效率仍不是很高，且作战半径有限。要突破这些关键技术，未来在高密度储能与抗击穿新材料、新工艺方面必须取得突破，而这本身却并不属于高功率微波武器关键技术的主要研究范畴。
从战略需求上来讲，美国并不需要陆基的高功率微波武器系统用于本土关键设施的防护，这是美国所处的地理环境与周边国际关系所决定的。一方面，作为军事大国美国的军事力量首屈一指，相邻的加拿大与墨西哥很难对美国构成军事威胁，由于太平洋与大西洋的隔离，美国在天然上有着一种与世隔绝的地理优势，正因如此，在两次世界大战中美国都能独善其身。另一方面，外部军事力量很难直接攻击美国本土，除战略武器与恐怖袭击外。从这个因素上来讲，美国的武器系统都是外向型的，即主动攻击对手，除了目前美国正在部署的各类导弹防御系统。因此，研制出能够进行全球打击的高功率微波武器系统将是美军的终极追求目标。对于高功率微波这样一种很具诱人前景，能够协助美军在未来的电磁领域对抗中获得领先优势的军事技术，美军及各大军火商会极为重视。
美军长程声波设备主要用于驱散人群
美军对高功率微波武器的需求极为迫切，这对高功率微波武器的发展既是一种机遇，也是一项挑战。从高功率微波武器战略需求上来说，美军并不需要进行本土防御的高功率微波武器系统，而是需要能够适应美军全球精确打击的高功率微波武器系统。但从目前的技术发展来看，这项技术要能成功转化为美军的理想武器，需要解决两大问题：一是体积大，二是有效作用距离短。美空军研究实验室、圣地亚国家实验室以及Ktech公司在紧凑型脉冲功率技术、线性加速器技术、高功率微波源等方面投入了大量的研究力量，同时也开展了大量关于高功率微波的基础技术研发，从而为高功率微波技术武器化打下坚实基础。
全球打击需要速度快、射程远的精确打击武器，高功率微波武器具有速度快等优点，但射程有限，要利用高功率微波武器实现全球打击，只能通过有效的运载平台来延伸高功率微波的作战半径，受运载平台限制，武器系统的小型化尤为关键。据此，高功率微波武器发展思路将是寻求高功率微波武器系统与运载平台（巡航导弹）的有机结合、协调发展的模式。
结 语
从目前国外高功率微波武器技术的发展来看，美国的CHAMP表明高功率微波对现代武器中电子系统均有非线性干扰、降级和损坏效应。这种武器技术具有击点破网的局部攻击能力，是未来战争中潜在的重要电磁打击手段。它既可以损伤各类信息传感器，实现信息致盲；也可以毁伤通信、数据链设备，实现断链破网；既可以毁伤卫星导航接收设备，破坏时间和空间基准；也可以扰乱计算机网络及武器控制单元，破坏神经中枢系统，在空间攻防对抗、信息对抗和反精确打击等方面具有巨大的军事应用潜力。
经过50多年的发展，高功率微波技术武器化所需各项关键技术已经取得重大进展，对于美军来说，发展能够进行远程精确打击的CHAMP系统仍是优先之选，这不仅符合美军军事战略需求，也可通过发挥美军在远程侦察、突防与打击等方面军事优势来谋求在电磁领域的控制权。同时CHAMP也为高功率微波武器化提供了一条有效思路，即通过缩短攻击距离来降低高功率微波武器化对功率与小型化的要求。目前，CHAMP计划仍在持续研发之中，随着远程续航导弹技术与高功率微波技术的持续发展，攻击的有效性将会得到进一步的提升，在不久的将来武器系统的实际部署也将很快能够实现。
一网打尽系列文章，请回复以下关键词查看： |
创新发展：习近平 | 创新中国 | 创新创业 | 科技体制改革 | 科技创新政策 | 协同创新 | 成果转化 | 新科技革命 | 基础研究 | 产学研 | 供给侧 |
热点专题：军民融合 | 民参军 | 工业4.0 | 商业航天 | 智库 | 国家重点研发计划 | 基金 | 装备采办 | 博士 | 摩尔定律 | 诺贝尔奖 | 国家实验室 | 国防工业 | 十三五 | 创新教育 | 军工百强 | 试验鉴定 | 影响因子 | 双一流 |
预见未来：预见2016 | 预见2020 | 预见2025 | 预见2030 | 预见2035 | 预见2045 | 预见2050 | |
前沿科技：颠覆性技术 | 生物 | 仿生 | 脑科学 | 精准医学 | 基因 | 基因编辑 | 虚拟现实 | 增强现实 | 纳米 | 人工智能 | 机器人 | 3D打印 | 4D打印 | 太赫兹 | 云计算 | 物联网 | 互联网+ | 大数据 | 石墨烯 | 能源 | 电池 | 量子 | 超材料 | 超级计算机 | 卫星 | 北斗 | 智能制造 | 不依赖GPS导航 | 通信 | MIT技术评论 | 航空发动机 | 可穿戴 | 氮化镓 | 隐身 | 半导体 | 脑机接口 |
先进武器：中国武器 | 无人机 | 轰炸机 | 预警机 | 运输机 | 战斗机 | 六代机 | 网络武器 | 激光武器 | 电磁炮 | 高超声速武器 | 反无人机 | 防空反导 | 潜航器 | |
未来战争：未来战争 | 抵消战略 | 水下战 | 网络空间战 | 分布式杀伤 | 无人机蜂群 | 太空站 |反卫星 |
领先国家：俄罗斯 | 英国 | 日本 | 以色列 | 印度 |
前沿机构：战略能力办公室 | DARPA | Gartner | 硅谷 | 谷歌 | 华为 | 俄先期研究基金会 | 军工百强 |
前沿人物：钱学森 | 马斯克 | 凯文凯利 | 任正非 | 马云 | 奥巴马 | 特朗普 |
专家专栏：黄志澄 | 许得君 | 施一公 | 王喜文 | 贺飞 | 李萍 | 刘锋 | 王煜全 | 易本胜 | 李德毅 | 游光荣 | 刘亚威 | 赵文银 | 廖孟豪 | 谭铁牛 |
全文收录：2016文章全收录 | 2015文章全收录 | 2014文章全收录 |
其他主题系列陆续整理中，敬请期待…… |
“远望智库”聚焦前沿科技领域，着眼科技未来发展，围绕军民融合、科技创新、管理创新、科技安全、知识产权等主题，开展情报挖掘、发展战略研究、规划论证、评估评价、项目筛选，以及成果转化等工作，为管理决策、产业规划、企业发展、机构投资提供情报、咨询、培训等服务，为推动国家创新驱动发展和军民融合深度发展提供智力支撑。