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随着科学技术的发展,各种装备的日益现代化,微电子器件和电发火装置大量增加,现代化的机电系统的电磁敏感度越来越高。另外,在高技术条件下,空间的电磁环境日益复杂,除雷电、静电等自然危害源之外,还有通信、雷达、电子战装备和定向能电磁脉冲武器、电磁脉冲炸弹等人为电磁危害源。这些复杂多变的电磁环境,尤其是静电放电和高功率微波等快上升沿脉冲电流形成的电磁脉冲场,对装备的安全性乃至生存能力构成了严重的威胁。因此,研究电磁环境效应及其防护对策,己成为当今各发达国家研究的重要课题之一。
1、电磁环境与电磁环境效应
电磁环境是指存在于给定空间所有电磁现象的总和。构成电磁环境的各种电磁危害源十分复杂,既有雷电、静电之类自然电磁危害源,又有雷达、通讯、广播、电子对抗等射频源和定向脉冲弹之类的人为电磁危害源。这些危害源总体或某一种对装备或生物体的作用效果称作“电磁环境效应”( electromagnetic environment effects),一般简称为E3问题。美国政府工作报告在1991年就强调指出:“应把电磁环境效应和每个武器系统的维修计划与集成化后勤保障计划放在同等重要的地位”。此后,美国国防部还专门召开电磁环境会议,研究E3与信息战的问题。目前,美军有世界上规模最大、设备最先进的陆、海、空三军电磁脉冲效应研究机构。该研究机构着重于军事项目和暴露环境的研究,并对美军各种电磁辐射装备提出暴露标准。科索沃战争和“911”之后的伊拉克战争都表明,美国十分重视用电磁炸弹和电磁脉冲武器打击重要军事目标和电台等民用设施。可见,电磁环境效应尤其是电磁脉冲或高功率微波武器,在未来对各种电磁敏感系统的威胁是不可忽视的。
2、电磁环境的作用机理及其效应
在电磁脉冲效应研究中,人们十分关注电磁脉冲的作用机理与效果,尤其是快上升沿的电磁脉冲对武器装备的影响具有奇特的作用。实验研究表明,各种电磁危害源主要是通过能量的传导耦合或辐射耦合模式发生作用。其作用机理可以概括为以下几个方面。
(1)热效应。静电放电和高功率电磁脉冲产生的热效应是一种绝热过程。作为点火源、引爆源,瞬时可引起易燃、易爆气体或电火工品爆炸;可使系统中的微电子器件、电磁敏感电路过热,造成局部热损伤,电路性能变坏或失效,甚至导致库存物资燃烧爆炸。
(2)电磁辐射场作用。静电放电和高功率微波的电磁辐射对信息化设备造成电磁干扰,使其产生误动作或功能失效;强电磁脉冲及其浪涌效应对设备还可以造成硬损伤,既可以造成器件或电路的性能参数劣化或完全失效,也可以形成累积效应。
(3)静电场效应。电磁危害源产生的强电场不仅可使电路的栅氧化层击穿或金属化线间介质击穿,造成电路失效,而且可形成潜在性损伤,对系统和敏感电路的工作可靠性造成影响。
(4)磁效应。静电放电、雷击闪电引起的强电流可产生强磁场,使电磁能量可直接耦合到系统内部,干扰电子设备的正常工作。
3、电磁环境对装备和战争的影响
现代高技术战争是在复杂多变的电磁环境中展开的。电磁环境效应,直接影响着武器装备战斗效能的发挥和战场的生存能力。
(1)电磁对抗成为重要作战手段
随着高科技在军事领域的广泛应用,各种军用电磁辐射体如雷达、通信、导航等辐射源的功率越来越大,数量成倍地增加,频谱也越来越宽;再加上高功率微波武器等定向能武器和电磁脉冲弹及超宽带、强电磁辐射干扰机的出现,使战场的电磁环境十分复杂。任何一个作战平台在战场上都会受到来自空中、地面、海洋及系统间、系统内部的电磁场作用,其电磁频谱十分复杂。因此,美国军方明确指出:“确保电磁频谱使用,对于美军的战略、战术系统完成战斗任务是十分重要的。”可见,在高技术战争中,有效地运用电磁频谱控制电磁环境效应,夺取并保持电磁优势,是打赢现代高技术战争的重要前提和至关重要因素。
(2)运用“信息伞”和控制电磁环境夺取主动权
高技术战争是信息化的战争,交战的双方是以军事电子技术和信息技术为基础在信息领域的对抗。各军兵种指挥控制系统,组成了一个一体化的军事互联网络,使上到作战指挥中心,下至基层作战分队或单兵,都通过互联网络连成一体。不同军种和兵种部队之间协同作战,实现了信息化、网络化、数字化和一体化。通过信息技术,集军事情报、通信联络、运筹决策乃至后勤支援于一体,集战略、战役、战术、指挥于一网,使指挥员能够实时有效地了解、控制战场态势。无论是海湾战争、伊拉克战争,还是以美国为首的北约对南联盟实施的大规模空中打击,无不得益于信息技术的运用,无不是充分利用“信息伞”的作用,取得高技术战场的主动权。
近期几场局部战争中,战前美军都派出电磁干扰飞机,对预定空袭区域进行定向强电磁干扰,使对方电子装备和互联网络失去工作能力,有效地控制了战场电磁环境,夺得战争的主动权。高技术战争得益于信息技术的有效运用,信息己成为无形的、巨大的战斗力;而实时、准确、可靠的信息获得,又强烈地依赖于对战场电磁环境的控制。
(3)制电磁权成为争夺制高点
在高技术战争中,微电子技术和电磁装置广泛应用于武器系统。以计算机控制技术为核心的C3ISR系统己成为现代战争的“神经中枢”和“耳目”,武器系统实现了高度电子化和智能化,精确制导武器或信息弹药,己成为战场上的基本火力。海湾战争、科索沃战争和伊拉克战争都己经证明,大量智能化武器和精确制导武器在战争中发挥了独特的作用。
总之,高技术战争处在复杂多变的电磁环境之中。战场的电磁环境效应直接影响着武器装备战斗效能的发挥,决定着战场的生存能力。而平时加强武器装备电磁危害的防护加固,警惕“电子奇袭”或“电子珍珠港事件”的发生,是武器装备发展和研究高技术战争防御手段的重要内容。
1、电磁环境与电磁环境效应
电磁环境是指存在于给定空间所有电磁现象的总和。构成电磁环境的各种电磁危害源十分复杂,既有雷电、静电之类自然电磁危害源,又有雷达、通讯、广播、电子对抗等射频源和定向脉冲弹之类的人为电磁危害源。这些危害源总体或某一种对装备或生物体的作用效果称作“电磁环境效应”( electromagnetic environment effects),一般简称为E3问题。美国政府工作报告在1991年就强调指出:“应把电磁环境效应和每个武器系统的维修计划与集成化后勤保障计划放在同等重要的地位”。此后,美国国防部还专门召开电磁环境会议,研究E3与信息战的问题。目前,美军有世界上规模最大、设备最先进的陆、海、空三军电磁脉冲效应研究机构。该研究机构着重于军事项目和暴露环境的研究,并对美军各种电磁辐射装备提出暴露标准。科索沃战争和“911”之后的伊拉克战争都表明,美国十分重视用电磁炸弹和电磁脉冲武器打击重要军事目标和电台等民用设施。可见,电磁环境效应尤其是电磁脉冲或高功率微波武器,在未来对各种电磁敏感系统的威胁是不可忽视的。
2、电磁环境的作用机理及其效应
在电磁脉冲效应研究中,人们十分关注电磁脉冲的作用机理与效果,尤其是快上升沿的电磁脉冲对武器装备的影响具有奇特的作用。实验研究表明,各种电磁危害源主要是通过能量的传导耦合或辐射耦合模式发生作用。其作用机理可以概括为以下几个方面。
(1)热效应。静电放电和高功率电磁脉冲产生的热效应是一种绝热过程。作为点火源、引爆源,瞬时可引起易燃、易爆气体或电火工品爆炸;可使系统中的微电子器件、电磁敏感电路过热,造成局部热损伤,电路性能变坏或失效,甚至导致库存物资燃烧爆炸。
(2)电磁辐射场作用。静电放电和高功率微波的电磁辐射对信息化设备造成电磁干扰,使其产生误动作或功能失效;强电磁脉冲及其浪涌效应对设备还可以造成硬损伤,既可以造成器件或电路的性能参数劣化或完全失效,也可以形成累积效应。
(3)静电场效应。电磁危害源产生的强电场不仅可使电路的栅氧化层击穿或金属化线间介质击穿,造成电路失效,而且可形成潜在性损伤,对系统和敏感电路的工作可靠性造成影响。
(4)磁效应。静电放电、雷击闪电引起的强电流可产生强磁场,使电磁能量可直接耦合到系统内部,干扰电子设备的正常工作。
3、电磁环境对装备和战争的影响
现代高技术战争是在复杂多变的电磁环境中展开的。电磁环境效应,直接影响着武器装备战斗效能的发挥和战场的生存能力。
(1)电磁对抗成为重要作战手段
随着高科技在军事领域的广泛应用,各种军用电磁辐射体如雷达、通信、导航等辐射源的功率越来越大,数量成倍地增加,频谱也越来越宽;再加上高功率微波武器等定向能武器和电磁脉冲弹及超宽带、强电磁辐射干扰机的出现,使战场的电磁环境十分复杂。任何一个作战平台在战场上都会受到来自空中、地面、海洋及系统间、系统内部的电磁场作用,其电磁频谱十分复杂。因此,美国军方明确指出:“确保电磁频谱使用,对于美军的战略、战术系统完成战斗任务是十分重要的。”可见,在高技术战争中,有效地运用电磁频谱控制电磁环境效应,夺取并保持电磁优势,是打赢现代高技术战争的重要前提和至关重要因素。
(2)运用“信息伞”和控制电磁环境夺取主动权
高技术战争是信息化的战争,交战的双方是以军事电子技术和信息技术为基础在信息领域的对抗。各军兵种指挥控制系统,组成了一个一体化的军事互联网络,使上到作战指挥中心,下至基层作战分队或单兵,都通过互联网络连成一体。不同军种和兵种部队之间协同作战,实现了信息化、网络化、数字化和一体化。通过信息技术,集军事情报、通信联络、运筹决策乃至后勤支援于一体,集战略、战役、战术、指挥于一网,使指挥员能够实时有效地了解、控制战场态势。无论是海湾战争、伊拉克战争,还是以美国为首的北约对南联盟实施的大规模空中打击,无不得益于信息技术的运用,无不是充分利用“信息伞”的作用,取得高技术战场的主动权。
近期几场局部战争中,战前美军都派出电磁干扰飞机,对预定空袭区域进行定向强电磁干扰,使对方电子装备和互联网络失去工作能力,有效地控制了战场电磁环境,夺得战争的主动权。高技术战争得益于信息技术的有效运用,信息己成为无形的、巨大的战斗力;而实时、准确、可靠的信息获得,又强烈地依赖于对战场电磁环境的控制。
(3)制电磁权成为争夺制高点
在高技术战争中,微电子技术和电磁装置广泛应用于武器系统。以计算机控制技术为核心的C3ISR系统己成为现代战争的“神经中枢”和“耳目”,武器系统实现了高度电子化和智能化,精确制导武器或信息弹药,己成为战场上的基本火力。海湾战争、科索沃战争和伊拉克战争都己经证明,大量智能化武器和精确制导武器在战争中发挥了独特的作用。
总之,高技术战争处在复杂多变的电磁环境之中。战场的电磁环境效应直接影响着武器装备战斗效能的发挥,决定着战场的生存能力。而平时加强武器装备电磁危害的防护加固,警惕“电子奇袭”或“电子珍珠港事件”的发生,是武器装备发展和研究高技术战争防御手段的重要内容。