硬毁伤型空间电子束技术的应用限制

电子束定向能系统提出的早期，粒子束定向能的毁伤机理主要是利用高能强流粒子束的烧蚀作用，基于硬毁伤的作用机理，传统电子束定向能系统需要电子加速器提供能量为1 GeV，流强为1 kA 的电子束，要实现这样的目的，对粒子加速系统性能提出了很高的要求，给工程实现带来了极大的困难，实际应用受到很大的限制［15］。下面从硬毁伤型空间电子束定向能系统的实现必须解决的几个技术问题，进行简单的归纳和总结。

1.加速器工业水平有限

对于1 GeV、1 kA 的高能电子加速器，高能量、小流强加速器加速梯度约6.7 MeV/m；低能量、大流强加速梯度约为0.3 MeV/m，要达到硬毁伤要求的技术指标，其加速器长度理论上需达到几千米长，体积十分庞大，功耗相当于一个小型核反应堆输出的能量，系统总体重量需达到几十吨至百吨量级，1 GeV、1 kA 量级的电子束系统地面都很难实现，要实现天基部署基本上是不可能的。表2-4 所示为电子束定向能系统加速器技术指标与工业水平对比。

表2-4　电子束定向能系统加速器技术指标与工业水平对比［14］

2004 年，美国学者Micheal Retsky 提出了一种基于静电场加速的电子束定向能系统方案［17］，其长度约300 m，口径约5 m。通过301 个加速单元串联起来，每个单元提供3.33 MeV 的加速能力来产生1 GeV 的高能电子。可以看出，其体积、重量也没有显著降低，实用性并不高。

2.空间磁场环境引起电子束传输偏转

空间磁场与运动电子相互作用引起传输偏转，其偏转是由洛伦兹力决定的，回旋半径为［14］

式中：R 为电子回旋半径；γ 为相对论因子；m0 为电子的静止质量；β 为电子相对光速的相对速度；c 为光速；e 为电子电量；B 为磁场强度。(www.xing528.com)

电子束传播方向与磁场方向垂直时回旋半径最大，分析表明，对于10 MeV 以上的电子束，其回旋半径与相对论因子有近似线性的关系。1 GeV 的电子在低轨道的回旋半径仅有百千米左右，很难用来作用于距离几百千米以外的靶目标，这也可能是美国放弃天基电子束定向能系统作用洲际弹道导弹的主要原因。高轨情况下数十兆电子伏特的电子束回旋半径可达几百千米量级，具有一定的应用可能性［16］。

3.磁场时变特性导致瞄准难

电子束在近地球轨道传输时，其传输轨迹受地球磁场产生的洛伦兹力影响显著。地球磁场主要分为三部分，即主磁场、地壳异常场和空间变化场。在粒子束定向能系统大发展的20 世纪80 年代，认识到地磁场会极大影响带电粒子束的传输，但由于技术水平限制，没有高精度的空间磁场参数模型预测磁场环境［18］。

空间磁场不确定性引起电子束传输定位不确定性的公式为［14］

式中：ΔBB 为磁场不确定度，%；R 为传输距离，m。设磁场精确度为1%时，传输1 000 km 其定位不确定约10 km。洲际导弹的长度在10 m 左右，其与10 km 的不确定性来说过大，电子束定向能系统不能有效瞄准目标。

4.毁伤评估手段有效性差

定向能系统作用一次目标后，要对作用目标毁伤效能进行评估，才能决定是否完成任务。对于目标内部的非爆炸、物理解体性毁伤，在当时没有可行技术对其进行有效评估［19］。当时基于红外与可见光手段，红外与可见光不能透射到靶目标内部，无法评估“软”损伤，只能评估靶目标爆炸、汽化等物理效应显著的毁伤。这就造成电子束定向能系统技术指标过高，对定向能系统研制造成极大困难。图2-6 所示为评估技术是整个攻击环路中的瓶颈技术。

图2-6　评估技术是整个攻击环路中的瓶颈技术