国外高功率微波武器发展研究

摘要：      高功率微波武器能干扰或损坏敌方重要传感器， 毁坏关键电子元器件， 对雷达、 导航、 通信系统、 战场感知系统等武器装备有很大威胁， 是信息对抗中的重要攻击武器。 目前， 高功率微波武器技术已成为国际上的一个研究热点， 也是正在发展中的一项新概念武器技术， 美国、 俄罗斯、 欧洲防务局等都很重视高功率微波技术的研发和应用。  目前， 美国在高功率微波源、 高功率微波发射和传输、 高功率微波效应和防护研究方面处于领先， 在高功率微波弹头小型化、 波束精确控制方面取得重大突破。 俄罗斯在重复频率脉冲功率源和高功率微波产生技术方面处于领先。 本文主要对美国、 俄罗斯、 欧洲防务局高功率微波武器发展情况进行了跟踪研究。

关键词：     高功率微波武器； 反电子系统高功率微波先进导弹； 高功率联合电磁非动能打击； 相位器； 灵巧波形射频定向能； 高功率电磁弹药

中图分类号：     TJ760    文章编号：     1673-5048（2023）04-0042-07

文献标识码：    A    DOI： 10.12132/ISSN.1673-5048.2023.0038

0引言

高功率微波武器可以是集成到导弹/炸弹平台上的高功率微波弹， 也可以是集成到车辆、 舰船、 飞机或其他重要装备上的可重复使用的高功率微波武器， 作为攻防武器进行电子战、 战略空袭作战、 进攻型防空作战、 战场空中封锁作战、 攻击和防御导弹、 无人机袭击等。 与现有武器相比， 高功率微波武器具有速度快、 反应灵活、 附加损伤小等优点。

自20世纪70年代以来， 美国、 英国、 法国、 德国、 日本和苏联等竞相开展了高功率微波源和高功率武器杀伤机理研究； 进入80年代， 高功率微波源理论取得突破性进展， 由微波源和效应牵引， 相关研究从实验室阶段转向实用化阶段； 90年代， 开始应用牵引的高功率微波研究项目； 21世纪， 逐渐向军用平台和进攻型武器的方向过渡。 美国一边发展高功率微波技术， 一边研制武器样机， 并在试验场演示验证， 甚至用于战场。 海湾战争中利用“战斧”巡航导弹作载弹平台投掷了实验室的微波炸弹， 并在科索沃战争中再次用其对南联盟实施信息打击。 目前， 各军事强国都已把高功率微波武器研制纳入其国防战略发展计划中［1］。 高功率微波武器技术已成为国际上的一个研究热点， 也是正在发展中的一项新概念武器技术。 美国、 俄罗斯、 英国、 法国等都很重视高功率微波技术的研发和应用。 本文重点对美国、 俄罗斯、 欧洲防务局高功率微波武器发展情况进行跟踪研究。

1国外研究和应用情况

1.1美国

近年来， 现代武器装备对电子系统的依赖性越来越高。 随着高功率微波技术能量转换效率不断提高、 可靠性不断增强， 高功率微波武器技术在战场中的巨大应用潜力逐步显现， 未来有可能改变常规战争模式， 这促使美国加紧发展以高功率微波武器系统为代表的颠覆性武器， 以保持美军在全球的技术优势。

配备高功率微波（HighPower Microwave， HPM）有效载荷的巡航导弹能够产生微波辐射脉冲， 破坏或烧毁武器系统中的无屏蔽电子元件（如计算机、 目标截获雷达和制导系统）。 与携带子弹药的动能武器相似， 装有HPM战斗部的巡航导弹每枚可以攻击多个瞄准点。 与动能武器不同的是， 只要有燃料维持飞行和有电池能量产生HPM脉冲， HPM巡航导弹就可以持续对目标产生影响， 通过攻击一些脆弱的电子元件来使其失效。 其也可以作为干扰机、 诱饵和动能武器混合编队的一部分来发射， 从而提高精确打击系统的整体生存能力。 HPM武器的非动力学效应使其可最大限度地减少附带损害的产生。 近期技术已经成熟到可支持HPM武器的采购［2］。 高功率微波巡航导弹攻击演示， 如图1所示。

HPM武器能在极短的时间（大概几微秒）内对来袭威胁造成预期的影响， 如导致空中威胁碰撞毁坏或组件降级， 从而阻止威胁到达或杀伤特定目标。 可在一轮齐射中打击更多威胁。 继“反电子系统高功率微波先进导弹项目”（CounterElectronics HighPower Microwave Advanced Missile Project， CHAMP）之后， 美国国防部正在投资“高功率联合电磁非动能打击”（HighPower Joint Electromagnetic NonKinetic Strike， HiJENKS）项目， 以寻求更实战化的CHAMP型武器。 未来防御作战用的HPM武器可以同时扰乱或破坏波束内的多个无人机， 并可快速移动波束对抗从不同方向来攻击基地的无人机蜂群。 HPM武器甚至比目前的面空动能拦截弹有更大优势。 面空导弹对抗小型高机动无人机时的杀伤概率比较低， 而且消耗1枚动能拦截弹来对付蜂群中的每一个低成本无人机代价过高。 美国国防部计划在下一个5年内装备作战型HPM定向能武器， 未来HPM能力可应对大量巡航导弹、 无人机以及其他针对美国基地的威胁［3］。

1.1.1美国空军/陆军/海军

2017年， 美国空军参谋长签署了定向能飞行计划， 促进空军机载高能激光器和高功率射频武器的研发和部署［4］。 2018年10月， 美国空军研究实验室（Air Force Research Laboratory， AFRL）发布了“机载定向能”概念的信息征询书， 要求激光或微波武器在防御面空导弹和空空导弹的同时， 也有能力精确打击地面目标［5］。 2019年7月， AFRL发布了机载吊舱自卫系统的信息征询书， 要求该吊舱必须能容纳10枚微型自卫弹药或者1个高能激光武器/高功率微波系统［6］。 2021年， AFRL发布了《定向能未来2060——对美国国防部未来40年定向能技术的展望》报告， 对未来40年包括高能激光武器和高功率微波武器在内的定向能武器的发展和应用进行了预测， 报告认为定向能武器的发展和应用， 无论是现在还是不久的未来， 对军事行动的成功都至关重要［7］。

美国陆军对用于其“间接火力防护能力”（Indirect Fire Protection Capability， IFPC）项目的高功率微波武器很感兴趣， 希望购买美国空军开发的系统， 从而避免重复工作， 并提高规模效率和降低成本。 针对日益加剧的无人机系统威胁， 美国陆军在开展高功率激光武器研究的同时， 准备购置AFRL的战术高功率微波作战响应器（Tactical HighPower Operational Responder， THOR）装备， 形成高效多层次/多装备防御网络［8-9］。

美国海军领导的HiJENKS项目， 得到AFRL的支持， 目的是开发一种可以从飞机上发射的微波武器。 据报道， 该武器由改进的AGM-158B“增程型联合防区外空面导弹”（JASSM-ER）携带， 很可能是早期美国空军CHAMP的演变［8］。

（1） 反电子系统高功率微波先进导弹项目（CHAMP）

2008年， 美国开始研制基于巡航导弹的高功率微波武器系统， 即CHAMP。 该项目由AFRL、 波音公司、 雷神公司以及桑迪亚国家实验室共同推进。 2015年3月， 雷神公司开始CHAMP战斗部与AGM-86空射巡航导弹的集成工作［10］。

2019年， 据美国航空航天军事网站报道， 美国空军计划为B-52“同温层堡垒”轰炸机至少装备20枚CHAMP， 导弹射程达到1 127 km， 可以低空姿态进入敌方领空， 通过产生的高功率微波能量脉冲， 摧毁被导弹瞄准的敌方计算机芯片和任何电子设备。 报道称， CHAMP微波束甚至可以攻击掩体内的设施， 而不会对里面的任何人造成伤害。 当军事目标处于地下掩体中时， 高功率微波可通过电力电缆、 通信电路及天线对目标设备造成破坏。 此外， CHAMP还可以摧毁战斗机、 坦克、 导弹和舰船等目标［11-12］。 美国CHAMP测试弹如图2所示。

（2） 高功率联合电磁非动能打击（HiJENKS）

美国海军和空军联合开展的HiJENKS项目正在开发一种可以与先进空基平台集成的多任务先进高功率微波有效载荷［2］。 这种由飞机发射的先进HPM武器， 利用波形和频率可变的电磁能量， 对敌方电子、 通信和计算机网络实施攻击［8］。

美国海军研究办公室发布的2017年海军空战武器项目指南中， 把HiJENKS列入未来海军火力和实时精确打击武器， 如图3所示。 HiJENKS将研发最先进的HPM系统和组件， 重点是开发包括主电源、 功率调节、 射频源和天线在内的新型HPM组件技术和目标毁伤技术。 美国海军与空军联合研发共同促进HPM技术的成熟并加速定向能武器的发展。 HPM武器产生的电磁能量直接通过发射/接收组件（如天线）或者孔洞/电缆入口（如裂纹、 缝隙、 外部电线）耦合到电子目标中。 引入目标电路的电流和电压会导致错误信号、 系统锁死、 关机、 系统间通信中断和物理损坏。 HiJENKS项目研发过程中， 将通过目标毁伤性预测武器效应， 研究高功率射频耦合机制， 进行建模和仿真以及试验验证；利用主电源、 电源电子设备和高压脉冲功率转换方面的进步来提高脉冲重复频率；采用高功率、 低剖面/共形天线设计和天线罩材料；进行电子战损评估和指示；开发射频源（真空和固态）， 增大输出功率， 提高脉冲重复频率以及频率可调性（针对毁伤效应）， 最终研制出一种非动能多重发射多目标电子攻击武器［13］。 2020年2月， 美国国防部发布的海军2021财年预算文件中透露， 将对系统软件、 任务规划、 环境适应性进行分析， 并启动平台集成工作［14］。

AFRL计划从2017财年至2021财年给HiJENKS项目投入1亿美元， 针对CHAMP存在的作战应用问题、 多目标适应性等问题开展进一步研究［15］， 如图4所示。

（3） 高功率电磁弹药（HPEM）

HPEM电子战因为可增强反导和电子战能力而引起美国空军定向能部的关注［17］。 美国空军目前正在开展相关HPEM项目， 为定向能武器、 网络战、 电子战、 电子杀伤武器、 能源电子设备和天线开发高功率电磁技术。 2016年4月， AFRL发布HPEM项目的能源和天线征询书（BAA-RVKD-2014-0003）， 要求工业界开发未来高功率微波武器和其他空天防御装备上用的能源和天线技术， 主要研制宽带高功率放大器、 可调高功率振荡器及宽带天线。 这些组件和分系统可用于不同规格军用平台的射频效应武器上， 涉及各种频率、 脉冲长度、 脉冲重复频率和功率密度。 研发工作包括分析、 仿真、 开发设计图、 组件构建、 系统装配和实战检验、 真空二极管和微波电路等真空电子设备及HPEM载荷、 干扰和天线研制。 该项目研发周期到2019年， 经费约1 200万美元［18］。

（4） 战术高功率微波作战响应器（THOR）

AFRL主导开发的THOR是一种用于保卫美国空军基地免遭小型无人机攻击的微波武器系统， 如图5所示。 其由一个发电机驱动， 通过高功率微波对无人机实施电子攻击使之失效， 可储存在集装箱内由C-130空运， 在几个小时内2～3人可完成装卸， 控制系统能直接装在移动电脑端， 天线也能进行360°水平旋转和上下移动以打击不同方向无人机。 THOR系统由AFRL、 BAE系统公司、 Leidos公司以及VerusResearch公司联合开发。 2019年初， 美国空军对该系统测试后将在白沙导弹靶场进行实战演示。 据称该技术开发历时18个月、 总成本约1 500万美元［8， 19］。

（5） 相位器（Phaser）

2018年3月， 雷神公司和AFRL在俄克拉荷马州西尔堡的美国陆军卓越火力中心进行了定向能反无人机演示验证。 在演示验证过程中， 雷神公司的“相位器”高功率微波系统， 每次攻击可击落2～3架无人机， 共击落了33架无人机［20］， 如图6所示。 2019年9月23日， 美国空