探秘电磁炸弹的威力与危害

电磁炸弹是一种在爆炸时产生强电磁脉冲辐射的炸弹。根据它产生的电磁脉冲频段，可以将其分为两类：一类是辐射的电磁波在微波频段，称为微波炸弹；另一类是辐射的电磁波的频谱较宽，称为电磁脉冲炸弹。

（1）电磁环境效应

电磁环境是指存在于给定空间的所有电磁现象的总和，通常构成空间电磁环境的主要环境因素有自然环境因素和人为环境因素两大类。

自然环境因素包括地球和大气层电磁场、静电电磁辐射源、雷电电磁辐射源，以及太阳系和星际电磁辐射源等；人为环境因素包括各种电磁发射系统、工频电磁辐射系统、各种有电磁辐射的电器设备，以及战场上用于军事目的的各种强电磁辐射源等。上述这些电磁危害源总体或某些对武器装备或生物体的作用效果被称为电磁环境效应。

由于电磁环境效应对武器装备和人员的影响不可低估，因此，在高新武器装备研究、设计和靶场试验中，仅仅考虑一般意义上的电磁兼容和电磁干扰问题是不够的，而必须考虑未来高技术战场的电磁环境效应对武器弹药的影响，尤其是要考虑强电磁脉冲场作用下战场装备和人员的生存能力。

（2）电磁炸弹的结构与作用

电磁炸弹一般包括电磁战斗部和制导系统两大部分。制导系统主要包括雷达高度表、气压计、引信或GPS/INS导航系统等。电磁战斗部主要包括电磁装置、电磁能转换器和电池组。其具体组成则随其类型的不同而有差别。

①微波炸弹。典型的微波炸弹的结构如图14-9所示，主要由4大部分组成，即初级电源、爆炸激励电磁通量压缩发生器、微波发生器和发射天线。各部件之间由超短时同步开关控制。

图14-9　微波炸弹的结构

1—电源；2—脉冲形成网；3—微波天线；4—非导电头锥；5—电池；6，7，8—同轴电容器系列；9—1级螺线型FCG；10—2级螺线型FCG；11—虚阴极振荡器。

当微波炸弹到达目标区域预定起爆位置时，由引信启动第一个同步开关，由电容器组组成的初级电源放电。脉冲电源通过爆炸激励电磁通量压缩发生器的线圈时，第二个同步开关工作，起爆炸药。利用炸药爆炸迅速压缩磁场，将爆炸的能量转化为电磁能，同时产生电磁脉冲，形成强大的脉冲电流。然后通过脉冲形成装置将电子束流变成适合虚阴极振荡器要求的电子束形式，再进入虚阴极振荡器中，使高速电子流加速通过网状阳极，形成空间电荷聚集区。在适当条件下产生微波振荡，将高能电子束流的能量转换成高功率微波能量，以作为适宜的高功率微波源，由天线发射出去。

②电磁脉冲炸弹。电磁脉冲炸弹与微波炸弹的原理和功能相近，不同之处在于电磁脉冲炸弹发射的不是微波脉冲，而是一种混频单脉冲。因此，它不需要微波发生器，它只是一个脉冲调制电路，将功率源输出的脉冲锐化压缩后直接发射。电磁脉冲炸弹的结构如图14-10所示。

图14-10　电磁脉冲炸弹的结构

1—电源；2—平衡环；3—爆炸开关；4—同轴载荷；5—电池；6，7，8—同轴电容器系列；9—1级螺线型FCG；10—2级螺线型FCG。

电磁脉冲炸弹由初级电源、爆炸激励电磁通量压缩发生器、脉冲调制网络和发射天线组成。与微波炸弹相比，它不需要微波发生器，这样既可以避免解决微波发生器中的许多技术难题，也可以使电磁脉冲炸弹的整个体积减小，更适合于使用常规武器系统发射和运载。

（3）电磁炸弹对武器装备的作用(www.xing528.com)

电磁炸弹对目标进行攻击的过程中，只有当爆炸能量被耦合进目标时，才能对目标造成有效毁伤。能量耦合方式决定了弹药所产生的电磁场能量中有多少被耦合进目标，而其耦合方式可以分为“前门”耦合和“后门”耦合两种。“前门”是指设备对外开放的通道，如天线。强电磁脉冲被直接导向目标设备，而如果知道设备的接收频率，甚至可以通过技术设计，造成更大的破坏效果；“后门”是指设备的导线、动力电缆、电话线、失效的屏蔽部件，甚至屏蔽箱上的孔洞。瞬时电流或驻波能量通过它们耦合到设备而造成破坏。通常情况下，微波炸弹比电磁脉冲炸弹的能量耦合效果好，而采用圆极化耦合方式比采用线性极化耦合方式效果好。

电磁炸弹对武器装备的作用机理可以概括为以下4个方面：

①热效应。静电放电和高功率电磁脉冲产生的热效应一般是在ns或μs量级完成的，是一种绝热过程。这种效应既可作为点火源和引爆源，瞬时引起易燃、易爆气体或电火工品等物品燃烧爆炸，也可以使武器系统中的微电子器件、电磁敏感电路过热，造成局部热损伤，导致电路性能变坏或失效。

②射频干扰和“浪涌”效应。电磁辐射引起的射频干扰，对信息化设备造成电噪声、电磁干扰，使其产生误动作或功能失效。强电磁脉冲及其“浪涌”效应对武器装备还会造成硬损伤，既可能使器件和电路的性能参数劣化或完全失效，也可能形成积累效应，埋下潜在的危害，使电路或设备的可靠性降低。

③强电场效应。电磁危害源形成的强电场不仅可以使武器装备中金属氧化物半导体（MOS）电路的栅氧化层或金属化线间造成介质击穿，致使电路失效，而且会对武器系统自检仪器和敏感器件的工作可靠性造成影响。

④磁效应。静电放电、雷击闪电及类似的电磁脉冲引起的强电流可以产生强磁场，使电磁能量直接耦合到系统内部，干扰电子设备的正常工作。

电磁炸弹的电磁辐射能量作用到武器装备上时，通过“前门”或“后门”耦合，使电磁脉冲能量以传导方式或辐射方式作用于电子部件和电爆火工品，致使武器装备的作战效能下降或完全失效。电磁炸弹的作用结果主要决定于武器装备中最弱部件的电磁敏感度和电磁脉冲作用时间内每个部件接收到的电磁脉冲能量。表14-8、表14-9、表14-10分别为电磁脉冲引起电子元器件失常或损坏的最小能量参数。

表14-8　引起电路失常或干扰的最小电磁脉冲能量　J

表14-9　引起元器件烧毁的最小电磁脉冲能量　J

表14-10　引起附加器件永久性损坏的最小电磁脉冲能量　J

（4）电磁炸弹对有生力量的作用

电磁炸弹对人员的杀伤作用主要是生物效应和热效应两类。

①生物效应。生物效应是由较弱的电磁能量引起的。试验证明，人员受到能量密度为3～13 mW/cm2的电磁波束照射时，会产生神经混乱、行为错误、烦躁、致盲和心肺功能衰竭等现象，飞行员受到照射后不能正常工作；当能量密度达到10～15 mW/cm2、频率在10 GHz以下时，人员会发生痉挛或失去知觉。

②热效应。热效应则是由较强电磁能量照射作用引起的。电磁能量密度为0.5W/cm2时，可造成人员皮肤轻度烧伤；能量密度达到20～80W/cm2时，照射时间超过1 s即可造成人员死亡。