1、 微波与激光非致命武器研究现状及未来发展趋势 No. 1微波与激光非致命武器研究现状及未来发展趋势南京理工大学.南京.210094 摘 要 : 随着时代的发展，人道主义思想逐渐深入人心，以往战争中会造成大量伤亡的武器日益受到人们抵触，因而，非致命武器的研究逐渐成为世界各国竞相发展的热点。本文系统的介绍了微波与激光这两种非致命武器的特点、发展历程以及研究现状，分析了这两种武器在现在战争中的应用，并对其在未来的发展趋势进行了阐述。关键词: 微波，激光，非致命武器，研究现状，发展趋势1 引 言近年来，非致命武器成为世界各国竞相发展的热点。从广义上说，凡是能使对象暂时失去作战能力（如暂时致盲、致聋、昏
2、迷等）但不会对人体造成不可逆伤害的物质手段，都可归于非致命性武器范畴。非致命武器形式多样，种类繁多，如已在各国警务人员中普遍列装的电警棍、催泪弹、高压水枪和防暴枪等都属于非致命武器 1。例如美国发明的泰瑟（Taiser）电击枪是现在颇受欢迎的非致命武器，射击出的电击头打到人体时可以通过连接的导线放出高压电流，射程 10m。另外，还有基于毫米波电磁能量的“微波炮” ，可以是人体皮肤表面瞬间加热到很高温度，使人感到像烫伤一样难以忍受的疼痛；基于脉冲激光束的“激光枪” ，可以使人短暂致盲；基于声音定向技术的“远程声音装置” （超声炮、聚声器） ，可以使一定距离内的人暂时丧失听力或失去思考能力等。其中
3、，微波和激光等能量型非致命武器由于技术含量高、应用前景广且潜力巨大而成为各先进国家竞相发展的对象 2。微波是一种高频电磁波，波长范围在 1mm-1m 之间，频率 0.3GHz-300GHz。微波武器，也称射频武器，一般由微波发生器、定向发射天线以及伺服控制系统等组成。微波发生器用于发射微波电磁脉冲，定向发射天线将微波能量几乎全部聚集到某个方向，伺服控制系统将天线指向某个需要的方向。微波与激光非致命武器研究现状及未来发展趋势 No. 2微波武器通常在远距离上对军事目标和武器的光电设备进行干扰，在近距离上实施杀伤有生力量，引爆各种装药或直接摧毁目标。高功率微波武器可在瞬间释放出高功率微波能量杀伤目
4、标，是指频率在 1GHz-300GHz，发射功率在 100MW 以上的可重复使用的电磁武器。具有发射天线增益高、天线驱动速度快以及机动性强等特点。对目标能形成杀伤作用的微波电磁脉冲的功率密度一般为 80W1kW/cm2。作为杀伤性武器一般在近距离要达到这样的功率密度才有作用，而作为防空武器至少要求作用距离达到 10km，但是功率密度不一定要那么大 3。激光武器是利用激光作为能量，像常规武器那样直接杀伤敌方人员、击毁坦克、飞机等，打击距离一般可达 20 公里。这种武器的主要代表有激光枪和激光炮，它们能够发出很强的激光束来打击敌人。1978 年 3 月，世界上的第一支激光枪在美国诞生。激光枪的样式
5、与普通步枪没有太大区别，主要由四大部分组成：激光器、激励器、击发器和枪托。目前，国外已有一种红宝石袖珍式激光枪，外形和大小与美国的派克钢笔相当。但它能在距人几米之外烧毁衣服、烧穿皮肉，且无声响，在不知不觉中致人死命，并可在一定的距离内，使火药爆炸，使夜视仪、红外或激光测距仪等光电设备失效。还有 7 种稍大重量与机枪相仿的小巧激光枪，能击穿铜盔，在 1500 米的距离上烧伤皮肉、致瞎眼睛等。 战术激光武器的“挖眼术“不但能造成飞机失控、机毁人亡，或使炮手丧失战斗能力，而且由于参战士兵不知对方激光武器会在何时何地出现，常常受到沉重的心理压力。因此，激光武器又具有常规武器所不具备的威慑作用。1982
6、 年英阿马岛战争中，英国在航空母舰和各类护卫舰上就安装有激光致盲武器，曾使阿根廷的多架飞机失控、坠毁或误入英军的射击火网 4。2 微波武器与激光武器简介2.1 微波武器简介1）微波武器概念其中一种典型的是毫米波武器，它发射的是一类波长在毫米左右的电磁波，属微波波段。毫米波可以被人体细胞中的水分轻易吸收，如果能量足够，可以瞬间将人体皮肤表面加热到很高温度。但毫米波在人体表面很浅部位就会被完全吸收，不会穿透人体内部深处，所以不会造成非常大的伤害。研究表明毫米波在人体表面的最大穿透深度不超过 0.4mm（1/64in）5。微波与激光非致命武器研究现状及未来发展趋势 No. 3另一方面，还有一类高功率
7、微波（HPM）武器，其微波源峰值功率在 100MW 以上，频率在 1GHz300GHz 之间的电磁波，将其产生的微波经由高增益定向天线，向空间发射出功率高、能量集中、具有方向特性的微波射束，便成为一种软杀伤破坏性武器。它能以电磁波的形式对无线电、有线电、雷达系统、通讯系统、计算机系统甚至电力系统等设施进行破坏，从而瘫痪敌方的整个指挥、通讯和情报系统 6。 图 2 高功率微波武器组成框图2）微波武器作用机理微波的热效应是其杀伤目标的主要机理，它对于人员的损伤，不同于弹丸和破片的撞伤，也不同于核弹和其他高爆弹产生的冲击伤，而是对人体组织的“软杀伤” 。这种“软杀伤”是通过微波对人体的热效应和生物效
8、应起杀伤作用的。所谓生物效应是指人体受到较弱能量的微波束照射后，引起心理损伤和微妙的功能减退的现象，如神经混乱、头痛、烦躁、记忆力差等。热效应是由较强微波能量对人体的照射引起的。在此微波照射下，人体细胞的分子已惊人的速度运动，彼此碰撞使人体温升高。而它对于设备的杀伤，是由于微波照射在电介质材料上时，该材料会吸热升温，这种热效应使目标瞬间被加热，轻者武器的电子系统遭到破坏，重者整个系统被烧毁乃至顷刻熔化，化为乌有 7。下表给出了高功率对目标的作用效果。微波与激光非致命武器研究现状及未来发展趋势 No. 42.2 激光武器简介激光武器利用定向发射的激光束，以光速传输电磁能，直接毁伤目标或使目标失效
9、的光束武器。激光武器主要由激光器、精密跟踪瞄准系统和光束控制与发射系统组成。它是新概念武器发展最为成熟的定向能武器中的一种。激光武器从能量级别上分为低能激光武器和高能激光武器两类：1）低能激光武器低能激光武器，又叫激光轻武器或单兵激光武器。它所发射的激光能量，一般都不太高，是一种小型的激光装置。它主要用于射击单个敌人和光电传感设备，致使敌人失明、死亡或使其衣服着火，使光电传感设备损坏从而丧失战斗力。目前有些国家的军队已有部分装备。它包括激光（步）枪、激光致盲武器和激光手枪等。2）高能激光武器高能激光武器，又叫做强激光武器或激光炮，它是一种大型的或高效率的激光装置，能发射极高的激光能量，主要用于
10、摧毁对方的卫星、导弹、飞机和坦克等威力较大的军事目标或大型的武器装置。目前高能激光武器仍处于研制阶段 8。微波与激光非致命武器研究现状及未来发展趋势 No. 53 微波与激光武器的发展与研究现状3.1 微波武器的发展与研究现状高功率微波技术始于 20 世纪 50 年代。60 年代受核武器的效应模拟、惯性核聚变和高密度的物理效应产生脉冲功率和相对论带电粒子束的影响，开始研究和发展高脉冲功率微波技术。70 年代以来，美国和俄罗斯在发展微波武器方面展开了大量工作，并取得了重大进展。总体上说，俄罗斯在世界上排名第一，它在该领域要领先于美国。目前，俄罗斯已研制出小型便携式高功率微波源，可产生 0.11G
11、W 的峰值功率。他们研制的 X 波段单脉冲返波振荡器，可产生 60 纳秒宽的脉冲，输出 15GW 的峰值功率，能量转换率为 50%，其辐射能量可达到 10 千焦耳。此外还研制出工作在 X 波段、重复脉冲频率为 10Hz、脉宽为 2 纳秒、峰值功率为 1GW 的重复脉冲返波振荡器。另外俄罗斯的应用物理研究所所研制的回旋管和在毫米波波段内产生最高平均功率的回旋自共振脉泽（CRAM）等快波器件在世界上居领先地位。美国在微波武器技术方面的研究也有很大进展，在某些方面已超过了俄罗斯。例如，1990 年美国陆军的哈里载蒙德实验室用以虚阴极振荡器为高功率微波器件的装置，得到了频率为 13GHz、峰值功率为
12、3070GW 的微波输出，成为当今单脉冲功率水平最高的器件。另外，美国还研制了一种由砷化镓芯片组成的体雪崩半导体开关，它的应用可使微波武器的体积缩小，质量减轻，效率提高 9。我国也进行了大量微波武器的研究工作。电子科技大学已研制成功一系列高功率微波源；中物院应用电子学研究所在微波技术领域的研究上也取得了不少成果。3.2 激光武器的发展与研究现状1916 年，著名科学家爱因斯坦就曾经预言过物体受到激励会产生辐射现象。这一原理为激光武器的诞生奠定了理论基础。为此世界各国的科学家提出了各种各样的设想，并进行了无数次的实验。二次世界大战期间，法西斯头子希特勒在德国庞大的武器研究部门中，曾组织众多的科学
13、家研究被称为“死光”的激光武器。德国科学家们设计了一种能产生强光的装置，并在实验中用它杀死过一只位于 9 米开外的兔子。不过这种装置异常庞大，各种零件整整占满了 1间大屋子，另外还要配置一个中型变电器等设备，效率也极低。显然这种光武器难以用于实微波与激光非致命武器研究现状及未来发展趋势 No. 6战，但却如同孩童学步一般，在人们探寻激光武器的征程上迈出了蹒跚一步。1954 年，著名科学家汤斯等人在前人的基础上，研制成功受激辐射微波振荡器，为激光的降临人世铺平了道路。1960 年，美国科学家西奥多梅曼终于制造了一个特殊的仪器，梅曼将红宝石放在这台仪器中，在旁边用能发出强光的灯照射，红宝石在强光照
14、射下发出一束特别炫目的亮光，这便是激光。产生激光的这台仪器被称为激光器。激光器的产生后通常就应用于军事，1961 年美国高级研究所计划局就成立了专门的顾问委员会，组织了 70 多家单位对激光武器进行了研究。1968 年，其研究进入了迅速发展的阶段。当时的美国国防研究与工程署署长福斯特，在国会军事委员会作报告时披露了这样一个消息， “激光武器这一梦想不久即可实现” 10。1971 年 6 月，美国人用激光点燃了 3.2km 以外的木头，惊呆了在场的所有人员。 1972年，用激光把飞行高度 9km 的靶机一下击落，让军事专家们大开眼界。 1973 年春季，激光武器开始崭露头角，美国的激光武器一下击
15、落长 4.57m、时速约为 482.8km 的飞行靶机，是美国人欣喜若狂。1974 年，美国新闻周刊杂志报道，美国已经成功研制了一种装有激光武器的履带式车辆，叫做机动试验系统。实际上是一辆 LVTP-7 型两栖装甲车上安装了车载式激光武器装置，于 1975 年开始试验，激光束可以伤害人体，毁坏飞机外层金属和薄钢板，主要作用飞机和直升机等飞行目标。与此同时，美国之外的一些国家也在积极的进行激光武器的研究试验，从小巧玲珑的激光枪到能使高速飞行的反坦克导弹空中开花的激光炮，从飞机舰艇上用的到人造卫星上载的激光武器不断涌现。80 年代初期，前苏联研制的气动激光器功率就达到了 100kW，法国为 40k
16、W，德国为10kW，美国当时已达到 200kW。目前，激光器在技术上有了较大突破，出现了激光轻武器、激光炮、激光制导、激光侦察、激光测距、激光通信、激光对抗、激光引信、激光模拟器新型武器装备和器材。激光的军事应用项目越来越多，随着科学技术的进步，人类千百年来梦寐以求的光武器时代一定会到来 11。4 微波和激光武器的未来发展趋势4.1 微波武器的未来发展趋势进入 2l 世纪，微波武器将朝着以下几个方面发展 ：微波与激光非致命武器研究现状及未来发展趋势 No. 71）重点研究高功率微波源，提高发射功率和能量转换效率。微波武器发射功率的大小和微波功率源能量转换效率的高低是决定微波武器杀伤效能的重要因
17、素。各种器件的核心问题是如何提高转换效率，进一步提高峰值功率，向 100GW 目标进军。2）提高脉冲宽度和重复频率。在微波源的平均功率方面目前只有几十千瓦的水平，如果能将重复频率提高到 1kHz 水平，GW 级的器件能达到 100kW 的平均功率水平。下一步的工作是使脉冲更长、重复频率更高，争取在未来几年内，能在 10GW 的功率水平和微秒脉冲宽度下进行重复运行，在100Hz 下，这种脉冲能提供 MW 级的平均功率。3）研制高可靠性、高可控性和高方向性的微波武器发射天线。微波武器发射装置输出的电磁能量经天线汇聚成电磁能量波束，以极高的强度射向目标。为保证有效地杀伤敌人，保护自己和友邻不受伤害和
18、影响，必须研制可靠性高、可控性好和方向性强的发射天线。4）缩小体积，减小质量，向小型化方向发展。各兵种对微波武器的尺寸要求不同，空军和陆军的微波武器将空载和车载，要求设备的尺寸尽量小。因此，小型化是 HPM 武器发展的趋势 12。4.2 激光武器的未来发展趋势1）研制更加轻便灵巧的单兵激光轻武器这种激光轻武器，应用于特种部队，更便于执行特种作战任务。这种武器主要特点就是像常规武器中的步枪一样，单兵使用十分方便，操作简单，十分容易的形成战斗力，在将来的作战行动中，成为一支新生的力量。同时在这种武器的设计上要求，激光武器将采用波长更短的新一代激光器。激光持续时间足够阻止敌意的行动，但当他离开激光束
19、后视力可慢慢恢复。它可采用双波长的激光系统，可以对付能够过滤一定波长激光的护目镜，而达到更好的作战效果。2）研究激光轻武器的复合型装置把激光武器像现在的常规武器一样，装在坦克或机动车辆上，以适应“敌变我变”、机动灵活的闪电战术。如车载激光武器与反坦克导弹及地面炮火密切配合，就能有效的摧毁蜂拥而来的敌坦克群的轮番进攻，车载激光武器则可打一枪换一个地方，灵活机动的转移阵地，微波与激光非致命武器研究现状及未来发展趋势 No. 8不易被敌跟踪与捕获。这种武器预计投入使用，作用距离有望达到两公里。目前也正在开发更长距离及加特林机关炮的装置，以能满足多方向转动射击和多次发射的作战需要。3）全面发展破坏敌方
20、传感器件的激光轻武器发展直接杀伤致盲敌人的激光武器之外，全面研究发展破坏敌方武器系统的传感器件的激光轻武器，在激光武器到来时代，进行对抗中牢牢把握主动权，永远立于不败之地。这种以破坏敌方武器系统的传感器件的激光武器，多为机载，也可以船载或车载。机载激光武器主要是摧毁敌人防空设备上的传感器。应用在对抗敌人防空体系，作为反驾束式导弹的组成部分，用作空对空攻击武器等几方面。舰船载机激光武器主要用来保护战船不受导弹和其他智能化炸弹的攻击。应用在对敌海面掠行导弹、导弹或智能型炸弹上的微光电视传感器、歼击机和直升机等方面。而车载和陆基激光武器主要用作攻击性武器，专门对搞敌方的激光装置。其攻击目标是敌人坦克
21、、战车上的观测仪、光学系统，以及光电传感器。这些装置可以与计算机系统综合设置，做到自动跟踪、瞄准、击发，在瞬息万变的战场空间，牢牢把握主动权，取得先机，达到作战的目的 13。参考文献: 1 马林.樊向武.微波武器的发展现状及微波非致命武器致伤机理 期刊论文-科技资讯2010(9)2 国外非致命武器产品介绍期刊论文-警察技术2007(2)3 毛征.远菲.吕春花.杨俊强 定向能非致命武器期刊论文 -中国电子科学研究院学报2011,06(6)4 温瑞棠.军事激光技术M北京，解放军出版社，1991 5 高宏伟.微波和激光非致命能量武器期刊论文-光机电信息 2008,25(11)6 杨德秀.高功率微波武
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