美国关键基础设施电磁脉冲防御政策简析 *

冯寒亮,夏良斌,王娟,崔刚强,赵芮,刘彦升

(西北核技术研究所，陕西 西安 710024)

0 引言

电磁脉冲(electromagnetic pulse,EMP)是由自然产生或人为引起的强电磁辐射，能够产生破坏性电流和浪涌电压，对各类电力/电子系统、武器平台及装备等造成严重影响甚至损伤。特别是由高空核爆炸产生的高空电磁脉冲(high altitude electromagnetic pulse,HEMP)，能破坏广大地理范围内的国家电网及设备，造成大面积区域性停电，甚至人员伤亡，给国家经济带来巨大损失，使社会陷入混乱，甚至产生灾难性后果。

随着电子技术与信息化器件与装备的广泛应用，以及电磁环境日益复杂化，特别是进入21世纪以来，越来越多的美国专家认为，美国军用民用等各类设施面临EMP威胁的生存能力日趋堪忧。为此，从2000年开始至2018年，美国国会先后成立了4届“电磁脉冲攻击对美国的威胁评估委员会”(其中，2001,2006,2016财年委员会名称为“电磁脉冲攻击对美国的威胁评估委员会”，2018财年委员会名称为“电磁脉冲攻击及类似事件对美国的威胁评估委员会”，以下均简称“电磁脉冲委员会”)，以评估美国社会面临的EMP威胁，并针对美国国家关键基础设施遭受敌国EMP攻击提出防御建议，监督指导政府部门和军方开展EMP防御工作[1]。

在“电磁脉冲委员会”长达十几年的推动下，近年来，美国政府先后颁布了发展战略文件、总统行政命令，修订了《国土安全法》条款等，建立了完善的组织管理体系，推动美国EMP防御工作前进。

1 当前美国EMP防御态势、面临的问题及相关建议

美国国会“电磁脉冲委员会”经过数年的持续分析评估，不仅指出了当前美国EMP防御态势及面临的问题，并提出了相关建议。“电磁脉冲委员会”指出[2]：由于(美国)社会高度依赖电力等国家关键基础设施，而且EMP对其的攻击方式十分独特，因此，美国国家关键基础设施面临着伴随网络攻击的人为EMP威胁，以及地磁暴产生的自然EMP持续威胁。如果美国公私营部门配合得当，并采取必要措施，就可能避免EMP攻击造成的大规模破坏。但美国政府现在没有足够能力对EMP威胁开展评估和控制，主要政府部门基本上忽视或无视了国家关键基础设施的EMP保护，并未执行EMP委员会关于国家关键基础设施等防御EMP的建议。

1.1 当前美国EMP防御态势及面临的问题[3]

美国国会“电磁脉冲委员会”评估认为，当前美国EMP防御态势及面临的问题主要涉及以下几个方面。

(1) 美国面临必须予以考虑的EMP威胁环境与场景

美国和现代文明国家更加普遍地面临自然EMP(或太阳风暴地磁扰动)和人为EMP(核电磁脉冲)对军事和国家关键基础设施的攻击。这些威胁环境主要来自于：俄罗斯、中国,拥核小国家和非国家行为体等可能对美国发动的核电磁脉冲攻击；非核电磁脉冲或定向能武器对超高压变压器实施的物理攻击；结合核电磁脉冲攻击对国家电网实施的网络协同攻击。

(2) 美国国家关键基础设施面临严重的EMP危害及后果

“电磁脉冲委员会”评估指出，当前美国的社会稳定、经济发展、国家军事行动以及安全防御均依赖发达的电网、通信、交通、食品、供水和卫生等国家关键基础设施。电网和依赖电网的关键基础设施更容易受到EMP的攻击。由EMP攻击造成的关键基础设施长期停运，则可能会使大多数关键供应链中断，造成社会瘫痪、食物供应不足、疾病蔓延，甚至导致数百万美国人丧命，并使美国人生活状态倒退几个世纪。因此，美国的敌对势力可能会利用核电磁脉冲，来攻击美国这一薄弱点来损害美国，且无需同美军正面接触[1,4]。

(3) 美国政府管理EMP防御工作仍然面临不少障碍

“电磁脉冲委员会”评估指出，由于缺乏统一的组织与领导，美国政府、行业及监管机构的职责分散、可利用资源不足、合作协调不畅，导致美国应对EMP威胁的响应不连贯、不充分，无法抵御国外敌对势力的EMP威胁和超级太阳风暴。这直接导致，至少在过去10年里，美国主要政府部门基本上忽视或无视EMP防御问题，并未执行EMP委员会的相关建议。

(4) 保护关键基础设施免受EMP攻击在技术上可行，经济上可承担

“电磁脉冲委员会”评估认为，美国拥有足够的关于EMP威胁防御的知识基础，已开发出经过广泛测试且得到验证的EMP加固技术及成熟的EMP防护方案，可立即实施，而不需要长期的额外研究，可以以合理的成本来保护国家电网及其他关键基础设施免受EMP攻击，并将对美国关键基础设施现有系统的干扰降到最小。所有这些都符合当前特朗普政府修复和改善美国基础设施、提高其可靠性以及加强美国国土防御和军事能力的计划。“电磁脉冲委员会”还认为，EMP防御与网络保护相结合，也将是技术上最合理、经济上最便宜的，而且，防止核电磁脉冲所采取的措施还可用来防御超级太阳风暴引发的自然EMP。

1.2 “电磁脉冲委员会”建议

基于对当前美国EMP防御态势、面临的问题进行的深入评估，为了在成本合理、对现有系统干扰最小的条件下保护国家电网等关键基础设施免受EMP的影响，“电磁脉冲委员会”提出了6点建议，涉及成立执行机构，改善政府领导与管理；加强电网及其他关键基础设施的网络安全防护；推动制定E3 EMP新标准；加强EMP知识与技术的商业化应用；加强EMP威胁情报评估等方面[1,3]。

综上所述，“电磁脉冲委员会”作为美国国会的独立评估部门，对美国面临的EMP威胁、美国民用和军用系统面临此威胁的易损性，以及美国可能采取的应对措施等问题，进行了非常全面的评估，其评估结论和建议在指导数十年间美国EMP防御工作中起到重要作用。

2 当前美国EMP威胁应对政策

在美国国会“电磁脉冲委员会”长达数年的评估和推动下，2019年3月26日，美国总统特朗普签署了一份名为《协调国家对电磁脉冲的应变能力》的行政命令[5]。“电磁脉冲委员会”的多项建议在该行政命令中都有所体现。紧接着，2019年12月20日，特朗普批准了《2020财年国防授权法案》，要求修订《国土安全法》第320节“EMP与GMD(geomagnetic disturbance,地磁扰动)的缓和研发”的条款内容。

2.1 美国总统行政命令《协调国家对电磁脉冲的应变能力》[5]

总统行政命令《协调国家对电磁脉冲的应变能力》旨在通过强有力的国家级行政领导，组织协调包括美国国务卿、国防部、能源部、国土安全部、情报界等在内的各政府部门识别可能的EMP威胁，通过指导数据收集、测试、技术信息共享，协调私营部门来实施保护措施，营造一个促进私营部门创新的环境，以加固美国的关键基础设施，提高美国对EMP威胁的应急准备能力，进而确保美国国家安全。这是美国政府有史以来首次制定全面的关键基础设施EMP防御政策，下达应对EMP威胁的行政命令，将直接影响到未来一段时间美国政府EMP防御工作的方向、策略与进展，标志着美国政府已初步建立起一个集中领导、分工协作，确保技术研发与信息共享的国家层面关键基础设施EMP防御工作机制。

2.1.1 政府部门及负责人的角色与责任

总统行政命令规定了EMP防御工作由众多美国联邦政府部门及负责人参与执行，多个部门分工负责，协调组织，共同推进。相关部门及负责人的主要角色与责任见表1。

表1 美国联邦政府相关部门及负责人在EMP防御工作中的角色与责任[5]Table 1 Roles and responsibilities of relevant departments and leaders of the U.S. federal government in EMP defense[5]

2.1.2 主要任务

关于相关工作的执行，该行政命令指出了相关部门及负责人须按照时间节点完成的任务，涉及5个方面：

(1) 识别面临最大风险的国家关键职能及相关优先关键基础设施

该项工作旨在摸清美国关键基础设施系统、网络和资产面临EMP风险的优先级。行政命令要求：

自命令发布之日起90天内，国土安全部长应确定并列出国家关键职能和包括天基资产在内的相关优先关键基础设施系统、网络和资产清单，并在必要时更新。在完成上述清单后1年内，国土安全部长应提交按照易损优先排序的关键基础设施系统、网络及资产清单，并在必要时更新。

(2) 提高对EMP影响的认识

该项工作旨在使更多部门及人员认识到EMP的危害，便于根据标准，科学深入地开展EMP威胁评估。行政命令要求：

在完成按照易损优先排序的关键基础设施系统、网络及资产清单后180天内，国土安全部长应审查试验数据空缺，以评估EMP对全国范围内关键基础设施系统、网络及资产的影响。

在确定现有试验数据空缺后180天内，国土安全部长应制订一个综合的跨部门计划，以填补查明的空缺。

自行政命令发布之日起1年内及之后，能源部长应适时审查现有EMP标准，并在必要时制定或更新能够表征EMP波形和强度等物理特性的量化标准。

自行政命令发布之日起4年内，内政部长应完成对美国本土大陆区域大地电磁的勘测，以协助关键基础设施所有者和运营商开展EMP易损性评估。

(3) 评估减轻EMP影响的方法

该项工作旨在评估并采用现有可用技术，以提高政府在减轻EMP影响方面的技术能力。行政命令要求：

自行政命令发布之日起1年内以及此后每2年，国土安全部长应向总统呈交一份报告，分析减轻EMP影响可采用的技术选项。国防部长、能源部长和国土安全部长还应确定现有可用技术的差距及未来技术发展的机会，为研发活动提供信息。

能源部长在审查、制定或更新相关量化标准及国土安全部长完成可用技术选项分析活动后180天内，国土安全部长应针对最易受影响的关键基础设施系统、网络和资产，制定和实施一项示范性试验，以评估现有工程方法。

自行政命令发布之日起1年内，国土安全部长应加强私营部门参与，确定一项监管和非监管机制。

(4) 强化关键基础设施，以抵御电磁脉冲的影响

该项工作旨在通过具体的行动计划，落实关键基础设施的EMP防御。行政命令要求：在制定和实施一项示范性试验行动后90天内，国土安全部长应针对按照易损优先排序的关键基础设施系统、网络及资产清单，根据2017年5月11日《加强联邦网络和关键基础设施的网络安全》总统行政命令中确定的行动要求制定计划，并在必要时更新该计划。

在国土安全部长完成可用技术选项分析活动后180天内，国防部长应实施一项示范性试验，以评估用于加固战略军事设施(包括对于支持该设施至关重要的基础设施)的工程方法。

在示范性试验完成后180天内，国防部长应向总统报告评估方法的成本及有效性。

(5) 改善对EMP的响应

该项工作旨在制定、更新美国联邦应急响应计划，最终确立国家级准备、保护和减轻EMP影响的程序及职责，提高国家对EMP的应急响应和恢复能力。行政命令要求：

自行政命令发布之日起180天内，国土安全部长应审查并更新联邦应急响应计划、方案及程序。上述行动完成后180天内，支持国家基本职能的机构应更新行动计划。

在确定按照易损优先排序的关键基础设施系统、网络及资产清单后180天内，国土安全部长应提供EMP对关键通讯基础设施影响的评估，并提出行动计划修改建议。

2.2 《2020财年国防授权法》

为了确保EMP相关政策得到落实，美国《2020财年国防授权法》要求对《国土安全法》中关于开展EMP防御工作的条款进行修订完善，对国民警卫队和北方司令部做好应急准备也提出了相关要求。

2.2.1 《国土安全法》修订条款要点[6-7]

《2020财年国防授权法》要求修订《国土安全法》第320节“EMP与GMD的缓和研发”的条款。该条款最早根据《2017财年国防授权法》设立。此次修订，具体是在该条款中增加“威胁评估、响应及恢复”的内容。新增加的内容正是对《协调国家对电磁脉冲的应变能力》总统行政命令中相关要求的细化，从而进一步确立并完善了美国“威胁评估、技术研发、响应及恢复”这一EMP防御政策，明确了国土安全部、国防部、能源部、行业部门特定机构等相关机构及负责人的职责、相互关系，也为将EMP与GMD防御纳入国家应急准备场景、开展EMP与GMD常态化评估奠定了基础，更重要的是赋予了国土安全部相应的法律权利与义务，保证政策实施。新修订的相关条款主要内容涉及以下几个方面：

(1) 威胁评估

《2020财年国防授权法案》撤销了已先后成立了4届的国会“电磁脉冲攻击及类似事件对美国的威胁评估委员会”。该委员会相应的评估工作由国土安全部4年1次的常态化评估所取代，旨在更好地了解和改善EMP与GMD对所有关键基础设施的影响。

(2) 技术研发

在技术研发方面，《国土安全法》要求国土安全部长与其他相关执行机构、州、地方和部落政府、关键基础设施所有者和运营商在切实可行的范围内，在不重复现有工作的情况下，协调研发工作，以便更好地了解和更有效地模拟EMP与GMD对关键基础设施的影响(但不包括国防部的任何系统或基础设施，也不包括能源部的与核武器活动有关的任何系统或基础设施)，并在2020年3月26日前，向有关国会委员会提交一项研发行动计划，迅速解决建模不足和技术发展问题。相关工作要求涉及技术研发范围与报告、测试数据缺口等，特别是要求分析实时警报系统在高空核爆后几毫秒内通知电网运营商和其他利益相关者的可行性。

(3) 响应与恢复

关于EMP和GMD事件的响应与恢复，《国土安全法》规定的相关工作主要由联邦应急管理局局长负责，涉及应急响应计划与演习、应急信息系统的维护与运行等。《国土安全法》要求联邦应急管理局局长：①在切实可行范围内，将EMP和极端GMD事件纳入国家应急准备场景和演习中；②不晚于2020年6月19日，制订相关计划和程序，以协调对EMP和GMD事件的响应与恢复；③不晚于2020年12月21日，开展全国性演习，以测试国家对EMP或极端GMD事件的影响所作的准备和响应。④维持一个应急信息系统网络，该系统可在EMP或GMD事件发生之前(如果可能)、期间及之后向公众发布适当的紧急信息。

2.2.2 国民警卫队相关条款

《2020财年国防授权法》还要求国民警卫局局长应与美国北方司令部司令协商，不晚于2020年9月30日向国会防务委员会提交一份“国民警卫队和美国北方司令部为应对国土防卫与安全事件的能力”报告，要求该报告应包括各州/地区国民警卫队用于响应国土防卫或安全事件，特别是多个州响应EMP事件的可支配资源清单，以及部队的准备和资源状态[8]。

3 当前美国关键基础设施EMP防御政策简析

进入新世纪以来，美国开始了新阶段的EMP威胁评估。特别是针对国家关键基础设施的EMP防御，美国国会对持续变化的国际环境、EMP防御态势、美国面临的问题进行了长达数十年的分析、评估，发布了数份具有影响力的报告，并提出很多具有针对性的建议和措施，美国政府也相继颁布了一些战略文件、指南、措施来推动EMP防御工作。时至今日，美国国家层面针对EMP威胁及其防御有了更为充分、全面的认识，陆续出台了相关的政策、法律文件，进入了部署实施的新阶段[1]。

3.1 重回“大国竞争”，强调俄、中核大国及恐怖主义威胁

2017年，特朗普政府发布了最新版美国《国家安全战略》文件，2018年后又陆续发布了《核态势评估》、《导弹防御评估》等报告，均指出世界重回“大国竞争”时代，视俄罗斯、中国为美国的主要竞争对手，强调俄中的核威胁，研发和部署低当量核武器，并降低了美国使用核武器的门槛：即包括但不限于美国及其盟国或伙伴的平民或基础设施遭到攻击的情况下，美国可能使用核武器[9]。美国“电磁脉冲委员会”也评估认为，当前美国面临的EMP威胁主要来自于俄罗斯、中国为代表的核大国，拥核的小国如朝鲜，非国家行为体(核武装恐怖分子等)，以及其他敌对势力。因此，不难看出，当前美国出台的EMP防御政策无疑是基于以上判断和认识，是应对“大国竞争”环境下EMP威胁的必然结果。

3.2 将关键基础设施的EMP防御纳入国家安全战略，确保美国竞争优势

近年来，为指导和应对EMP威胁，形成国家层面的防御政策，美国政府颁布了多个顶层文件，逐步落实EMP防御工作，如美国能源部、国土安全部等联邦机构自2016至今，先后颁布了《电磁脉冲恢复力联合战略》[10]、《电磁脉冲恢复力行动计划》[11]、《电磁脉冲和地磁扰动的防护与应对战略》[12]、《关键基础设施和设备的电磁脉冲保护与恢复指南》[13]、《提升电磁脉冲恢复力的研发需求》[14]等全局性、战略性、指导性文件。这些文件、政策及举措表明，美国已将关键基础设施的EMP威胁防御纳入了国家安全战略，将举全国之力，政府与私营部门共同应对EMP威胁，这将成为美国重回“大国竞争”态势，确保美国绝对优势的一项重要保障。

3.3 对EMP威胁与防御的认识达到新高度，有政策、法律保障，管理体系完善

当前，美国颁布针对关键基础设施的一系列EMP防御政策，绝不是一蹴而就，而是在近20年里，经历了国会、政府、行业部门、科学界等长期评估、争论与磨合。这表明美国国家层面针对EMP威胁与防御的认识达到了高度一致，形成了国家意志，相关工作也有了法律保障，能够按照规定例行实施。这对于制定统一、可执行的国家行动计划至关重要。相关政策明确了参与部门或负责人的职责及相互关系，强调政府机构间、公私部门间的合作，鼓励信息与技术共享，推动商用EMP技术标准制定工作，形成了政府统一领导、众多部门参与、分工负责、协调组织、推动落实的局面，逐步建立健全了EMP防御工作的国家组织管理体系，保证了EMP防御工作能够有效实施。

3.4 EMP防御政策全面、工作时间线明确

当前美国的EMP防御工作“威胁评估、技术研发、响应及恢复”的综合策略，保证了相关部门和负责人对EMP威胁有充分的认识，从而在EMP威胁事件发生前能够采取加固技术积极预防，并做好应急准备，进而在遭遇EMP威胁损害后能够迅速响应并从中恢复。相关政策要求涉及整个EMP威胁事件的前前后后、应急场景的方方面面，且对很多具体工作给出了明确的时间节点，预计美国将在2032年前最终形成全面的关键基础设施EMP防御能力。

3.5 EMP防御基于已有知识积累，具有技术可行性和经济可承担性

美国在EMP研究领域有着很长一段历史，并取得了丰富的成果，特别是美国国防部在分析EMP效应与威胁、建模与仿真、开发加固技术、制定防护标准等方面一直走在世界前列。美国完全有能力基于现有丰富的知识与技术积累，开发用于关键基础设施的EMP防御加固技术。当前政策也确保了政府能够在打破僵局、界限，充分利用现有技术开发加固技术，以缩短相关技术研发时间，降低成本。

4 启示建议

4.1 准确把握当前国际环境与形势，充分认识EMP威胁在当前大国竞争环境中的影响

近年来，前特朗普政府提出“重回新任总统拜登对中俄的强硬态度‘大国竞争’”的战略判断，视中俄为最大威胁的论断，势必对未来国际环境造成深远影响。同时，随着美国国家安全战略转变，美军已认识到，当前其使用的战法在对付伊拉克、南斯拉夫这类缺乏顶级军事能力与核武器的国家来说是非常有利的，但可能并不适用于冷战后的大国竞争，特别是无法应对当前的中、俄威胁，因而谋求以综合性的全面手段来应对大国竞争时代的大国对手[15]。于是，“混合战[16]、“断电战”或“联合军种网络战[17-18]等概念相继出现。对于EMP攻击，美军认为，EMP攻击可能与网络战、物理攻击等其他攻击样式相结合，成为一种革命性的新型作战方式，并在其军事理论、计划和演习中有所体现和运用。

就EMP威胁而言，发动EMP攻击，具有许多技术、作战、战略和政治上优势。基于EMP威胁的特点，EMP攻击可以弥补导弹在再入设计、精确度、射程、目标位置情报、附带损伤以及导弹防御突防相关的技术和作战问题。即EMP攻击不用采取精确打击，便可对敌方电子、电力系统与装备造成大面积损伤，且不直接杀伤敌方人员，造成很小的附带损伤，进而威胁到整个地区或国家的安全稳定，起到威慑作用。特别是在当前大国竞争环境中，EMP攻击可能成为一种强有力的核威慑运用方式。

越来越多的事件表明，以大停电为典型特征的EMP攻击发生的可能性逐步攀升。如，2019年3月和7月，委内瑞拉发生2次大范围停电，均造成大规模交通拥堵，手机和网络无法正常使用，学校、医院、工厂、机场等都受到严重影响。委内瑞拉政府表示，停电是由美国方面发动的网络和电磁攻击造成的[19]。

因此，基于对当前国际环境与形势的把握，必须从国家安全的角度，充分重视EMP威胁在当前大国竞争环境中的作用，深入研究EMP毁伤效应、攻防技术、作战理论，提升对EMP威胁及其综合影响的认识，并迅速采取措施，应对挑战。

4.2 深入研究EMP威胁，将国家基础设施的EMP防御纳入国家安全体系

核武器效应是核武器运用中着重考虑的因素，EMP效应又是核武器效应中非常重要的部分。特别是，由高空核爆炸引发的HEMP，具有覆盖范围广(半径以千行米计)、攻击强度高、破坏目标多的特点，是所有EMP威胁中最为严重的，能破坏广大地理范围内的电气化、电网设备，使国家电网崩溃，引发大面积停电事故，使区域通信、金融、交通等国家基础设施瘫痪，进而使国家经济遭受巨大损失，引发社会混乱，甚至造成灾难性后果。

当前，国家基础设施的电气化、网络化、信息化、智能化程度越来越高，对EMP也越来越敏感，且国际核扩散威胁、导弹防御态势不容乐观，周边国家发展核力量的势头不减，核攻击风险、EMP威胁依然存在。美国等军事强国高度重视基础设施的EMP防御，从国家层面组织技术力量开展研究，通过立法保障工作推进，提高国家对EMP攻击的响应与恢复能力，相关政策与措施值得借鉴和参考。

5 结束语

2016年，在网络工作座谈会上习近平总书记指出：“金融、能源、电力、通信、交通等领域的关键信息基础设施是经济社会运行的神经中枢……不出问题则已，一出就可能导致交通中断、金融紊乱、电力瘫痪等问题，具有很大的破坏性和杀伤力。我们必须深入研究，采取有效措施，切实做好国家关键信息基础设施安全防护。”[20]基于这一准确论断，我们应当增强忧患意识，居安思危，深入研究EMP攻击威胁，重视并落实关键基础设施的EMP防御，这对于健全国家安全体系至关重要，是保证国家安全，落实国家总体安全观目标的现实要求，是完善和发展中国特色社会主义制度，推进国家治理体系和治理能力现代化的有机组成部分[21]。