新材料在电磁脉冲防护中的应用

乔晓强，柳永祥，梁 涛

（总参第六十三研究所，江苏南京 210007）

新材料在电磁脉冲防护中的应用

乔晓强，柳永祥，梁 涛

（总参第六十三研究所，江苏南京 210007）

介绍了电磁脉冲武器的特点和电磁脉冲防护的几种途径，并对新材料在电磁脉冲防护中的应用进行了探讨，为进一步进行电磁脉冲防护研究提供基础。

电磁脉冲防护；高功率微波武器；新型材料

21世纪的现代战争已经由机械化战争发展为信息化战争，战场上的军事电子信息设备从综合化向集成化方向发展。通信、雷达、导航以及各种武器监控、目标识别、定位、军事指挥等均广泛地实现了信息化和智能化，极大地提高了武器系统的综合效能。同时，随着电磁脉冲武器的不断发展和广泛应用，如高功率微波武器、超宽带武器、电磁炸弹、电磁导弹等的出现，在加上自然雷电、静电放电等电磁辐射源，使得军事电子信息设备面临越来越多的威胁。

现代战争是陆、海、空、天、电五位一体的全空间信息作战体系，制电磁权是敌我双方争夺的焦点，谁取得了制电磁权，谁就在战争中取得了主动权。因此，在战争中做好电磁脉冲防护，保证军事信息系统免遭电磁脉冲武器的攻击，对取得战争的最终胜利具有重要意义。

1 电磁脉冲武器的特点

电磁脉冲武器是一种在爆炸时产生强电磁脉冲辐射的武器，能够直接破坏目标或使目标丧失作战效能。电磁脉冲武器主要通过电磁脉冲能量的辐射对敌方电子系统进行攻击，通过侵入并破坏系统中电子元器件、集成电路、电路板等达到破坏整个系统的目的。现代战场上各种高端武器装备都采用了非常复杂的电子设备和装置，而现代电子设备和装置对于电磁脉冲辐射非常敏感，因此已成为电磁脉冲武器攻击的重点目标［1－4］。

电磁脉冲武器按产生电磁脉冲的方式可分核电磁脉冲武器和非核电磁脉冲武器。在核电磁脉冲武器中，核爆炸辐射的γ射线是激励电磁脉冲的主要因素。当发生高空核爆炸时，γ射线与空气分子作用产生强大的电流，从而产生强电磁脉冲。非核电磁脉冲武器主要包括高功率微波定向发射系统和高功率微波弹。无论是核电磁脉冲还是非核电磁脉冲武器，均具有能量大、峰值场强高、频率范围宽、作用范围大等特点。由于核武器主要起战略威慑作用，发生核战争的可能性很小，所以目前发展比较迅速的是非核电磁脉冲武器。

与传统的武器相比，电磁脉冲武器具有以下特点。

1）全天候作战能力 电磁脉冲武器通过利用发射到空中的强电磁波来杀伤和破坏目标，这种高功率的电磁波不受大气、云雾等影响，不存在严重的传输衰减问题，能量损失少，因此在作战中具备全天候能力。

2）多目标杀伤能力 电磁脉冲武器能够对数十千米范围内的雷达、航空、导航、通信、计算机系统等几乎所有的电子设备进行杀伤，堪称“全能杀手”，辐射出的强电磁脉冲信号可以通过天线产生感应电流，钻进地下，破坏各种隐蔽在地下设施中的电子设备。电磁脉冲武器对付隐身武器也非常有效。高功率电磁脉冲武器能够提供更高的束能密度，使隐身武器吸收更多的能量，从而达到破坏或使得隐身武器严重受损的。

3）成本低、效率高 电磁脉冲武器所需要的成本非常低廉，对于一枚普通的小型电磁脉冲炸弹，制造费用仅需要几百美元，与常规炸弹相比，成本非常低廉。利用巡航导弹携载一枚电磁脉冲炸弹，可以同时对多个目标进行打击，而只需要动一个架次，可见其打击效率之高。

4）瞄准精度要求低 有效空间内的所有电子设备都是电磁脉冲武器的作用目标，但其对于精确定位技术的依赖性不是很高。电磁脉冲武器所产生的强电磁波由天线发射到空间，对天线的要求不需要非常统一，因此可以根据实际的作战需要，选择定向或者全向天线。在电磁波传输过程中，产生的衍射可以形成很大的斑点，从而用来补偿跟踪和瞄准造成的不足。波束较宽，可以使高强度辐射场覆盖被攻击的目标，因此，对波束瞄准没有太高的要求。

5）发射平台多样 电磁脉冲武器可以根据攻击目标的特征（如政府大楼、军事基地、雷达站、伪装目标、移动目前等）选择各种不同的发射平台，通常以军用飞机、作战舰艇作为电磁脉冲武器运载发射的载体，另外，也可以利用大口径火炮或火箭炮进行发射。

6）软、硬杀伤功能 电磁脉冲武器不仅可以对敌方的雷达系统、通信系统、指挥控制系统等实施电子干扰，令其探测、通信和指挥控制致盲、致聋、致哑，也可定点、定时对敌方的雷达系统、通信系统、指挥控制系统等以致命的破坏，从而造成敌方的作战系统和电子设备不能正常工作。

2 电磁脉冲防护的几种途径

电磁脉冲武器在现代战争中的应用越来越广泛，对军事电子信息系统的威胁日益严重，因此必须进行有效的电磁脉冲防护。许多国家都已经加强了对电磁脉冲武器防护方法的研究，并已提出了一些切实可行的电磁加固措施。目前，电磁脉冲防护的途径主要包括技术途径和战术途径。

2．1 技术途径

技术途径主要包括工程级、系统级、设备级以及器件单元的防护，一般性的技术防护途径是良好的接地、屏蔽和滤波。

1）接地 接地就是将各种装置的金属外壳、铁管外皮、高频电子设备信号以及电源工作都接到相同的接地装置上，笼统的讲，就是将电子设备通过适当的方法和途径与大地连接。通过接地处理可以有效抑制电磁波对电子设备造成的影响，避免电荷积累过多导致放电而造成的干扰和损坏，在一定程度上降低电磁脉冲对电子设备的损伤。

2）屏蔽 屏蔽是利用屏蔽体来阻挡或减少电磁脉冲能量的传输，从而达到电磁脉冲防护的目的。采用屏蔽措施，可以将对电磁脉冲比较敏感的电子设备及系统在空间上与电磁脉冲辐射环境相隔离，一是限制了内部辐射的电磁脉冲能量泄露出来，二是防止外来电磁脉冲辐射进入电子设备或系统。应对电子设备的所有电缆及进出孔，都要用电磁波吸收材料加以堵塞，并对进出电缆、导线采用旁路电容、滤波等措施。对于重要的系统设备，还可以采用电磁屏蔽性能良好的方舱，不但简单易行，而且成本低，防护效果也好。

3）滤波 滤波是实施电磁脉冲防护的一种重要措施。滤波可以将信号中某一指定频率滤除，从而抑制和防止电磁脉冲干扰进入电子设备或系统。对于电磁脉冲武器，其辐射的能量很大，为了防止电磁脉冲辐射的干扰信号进入电子设备或系统内部，必须在设备或系统内的电源入口处加入各种滤波装置。滤波装置可以由无源或者有源器件组成，也可以由铁氧体一类的有损耗材料组成。

2．2 战术途径

对电磁脉冲武器的防护，除了技术防护途径以外，战术性的防护措施也具有一定的作用。

1）伪装防护 将战场内的重要指挥通信枢纽、电子信息系统、固定通信台站等转入地下，或进行隐蔽伪装，采取多种欺骗手段，阻止敌方对我方重要目标的侦察定位，降低电磁脉冲武器打击的概率。

2）主动攻击 可以采取积极防护措施，以攻助防。通过我方的侦察预警系统发现敌方的投掷工具，合理部署导弹部队，在敌方未进行攻击之前将其摧毁。

3）实施干扰 对敌方主动实施干扰。电磁脉冲武器的载体主要依靠巡航导弹、精确制导炸弹等，而巡航导弹、精确制导炸弹的大部分信息来自卫星，例如美国主要依赖GPS信息。对巡航导弹、制导炸弹的GPS接收机进行干扰，破坏精确制导系统的的工作，将大大降低电磁脉冲武器的作战效能。

3 应用于电磁脉冲防护的新材料

传统的电磁脉冲防护方法在一定程度上大大降低了电磁脉冲武器对电子设备的损伤，但是由于电子设备的壳体上不可避免地存在孔缝，且当电磁波的半波长小于孔洞或缝隙的尺寸时，普通防护手段将难以奏效。近年来，一些新的技术应用于电磁脉冲防护中，起到了良好的电磁脉冲防护效果。

3．1 新型吸波材料

一定厚度的吸波材料能够有效地吸收电磁波，从而能够提高电磁脉冲防护效能。吸波材料按照吸波机理的不同可分为电损耗和磁损耗两大类，如常用的炭黑系材料属于前者，而铁氧体系材料属于后者。以乙炔炭黑和Ni－Zn铁氧体构成的吸波材料为例，以醇酸树脂为基底，加入乙炔炭黑构成吸波材料，加入炭黑的比例不同，则吸波材料对应的相对介电常数不同。当加入10%的乙炔炭黑时，相对介电常数εr＝12．24－i 5．04；当比例变为20%时，εr＝20．6－i 16．1。而对于Ni－Zn铁氧体，相对介电常数εr＝13．93－i 1．10，相对磁导率μr＝6．58－i 12．83。因此，研究不同比例构造的新型吸波材料，对电磁脉冲防护能够起到良好的防护效果。

3．2 等离子体

研究表明，当高功率微波与等离子体相互作用时，体现出了不同于一般导体或介质的特性。在一定条件下，等离子体能够反射高功率微波，使微波能量反射出去；在一定条件下，等离子体又能吸收高功率微波，使透射进电子设备的微波功率低于干扰或破坏阈值；当高功率微波的入射角度变化时，等离子体可以改变高功率微波的传播方向，避免电子设备受到损失。以上因素使得等离子体成为电磁脉冲防护的一种新型材料［5－6］。

3．3 特种集成芯片

目前，一些用于电磁脉冲防护的特种集成芯片正在开发研制中。特种集成芯片采用各种高品质的材料和先进的工艺措施，提高其抗电磁脉冲能力。其中，俄罗斯和美国等大国已经宣称研制成功能够抵抗一定强度电磁脉冲的集成芯片，相对于对应型号的普通芯片，其抗强脉冲能力提高了8～10倍。

3．4 光导纤维

由于光导纤维仅对光信号进行传导，而且不会与电磁脉冲产生耦合作用，因此采用光导纤维完成各种电子设备之间的信号传输，能够有效防止电磁脉冲辐射的干扰。光导纤维是一种传输光束的细微而柔韧的媒质。光导纤维电缆由一捆纤维组成，简称为光缆。光缆是数据传输中最有效的一种传输介质，它具有频带较宽、电磁绝缘性能好、衰减较小、中继器的间隔较大等优点，因此可以广泛地应用于对电磁脉冲武器的防护。

4 结 语

随着电磁脉冲武器的发展，加之战场电磁环境的复杂性，战场上的军事电子信息设备面临着越来越严重的威胁，因此有效的电磁脉冲防护必不可少。本文介绍了电磁脉冲武器的特点和电磁脉冲防护的常用途径，并对未来应用于电磁脉冲防护的新材料进行了探讨，为进一步进行电磁脉冲防护技术的研究提供了基础。

［1］ 周壁华，陈 彬，石立华．电磁脉冲及其防护工程［M］．北京：国防工业出版社，2003．

［2］ 宋 扬，刘赵云．电磁脉冲武器技术浅析［J］．飞航导弹，2009（2）：24－29．

［3］ 王菊海．电磁脉冲武器在现代高技术战争中的应用及防护措施［J］．海军大连舰艇学院学报，2002，25（4）：45－47．

［4］ 李治安．电磁脉冲防护技术的发展现状及其对策研究［J］．军队政工理论研究，2008，9（5）：605－606．

［5］ 袁忠才，时家明．等离子体－吸波材料－等离子体夹层结构的电磁脉冲防护性能研究［J］．中国科学，2011，40（1）：21－24．

［6］ 舒 楠，张 厚，李圭源．等离子体在强电磁脉冲防护中的应用［J］．无线电工程，2010，40（10）：55－57．

TJ99

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1008－1542（2011）12－0184－03

2011－06－20；责任编辑：陈书欣

乔晓强（1981－），男，江苏沐阳人，工程师，硕士，主要从事通信抗干扰和电子频谱技术方面的研究。