電磁脈沖防護

關(guān)于電磁脈沖防護第1頁，講稿共19頁，2023年5月2日，星期三電磁脈沖武器的概念

電磁脈沖的概念：電磁脈沖”一詞一是來源于大自然的閃電，在閃電過程中形成亮光的附近就出現(xiàn)瞬變的電磁場，其形是來源于“核電磁脈沖”。當原子彈、氫彈爆炸的時候，其放射線能使空氣電離、產(chǎn)生康普敦電流，由于產(chǎn)生一個強大的瞬變電磁場，在一定距離上，使一些電子設(shè)備中會感應(yīng)出一個比較強的浪涌電壓和電流，這個浪涌信號在一些缺乏足夠防護能力的電子器件上會造成紊亂，使其性能下降甚至出現(xiàn)毀傷現(xiàn)象；二是高能微波技術(shù)，就是利用相對論電子器件輻射出各個無線電波段上的巨大量級的射頻脈沖信號，也能夠在遠方目標上產(chǎn)生一個瞬變的強大的電磁場脈沖，因此高能微波射頻脈沖也可以稱其為電磁脈沖的一種形式，他和常規(guī)雷達的信號波形在本質(zhì)上基本相同，因此更適合于對敵方的電子設(shè)備的軍事打擊。

電磁脈沖武器的定義：利用能量轉(zhuǎn)換產(chǎn)生強電子束流，激勵高功率微波源產(chǎn)生極高脈沖功率輻射電磁能的一種武器。電磁脈沖武器分為核電磁脈沖武器和非核電磁脈沖武器。第2頁，講稿共19頁，2023年5月2日，星期三核電磁脈沖武器和非核電磁脈沖武器簡介

核電磁脈沖武器：是一種利用核爆炸產(chǎn)生的高強度電磁脈沖對目標電子線路和元器件實施破壞的電磁脈沖武器。這是一種以增強電磁脈沖效應(yīng)為主要特征的新型核武器。核爆炸時，除產(chǎn)生沖擊波、光熱輻射、放射性污染之外，還有第四種效應(yīng)———電磁脈沖效應(yīng)。當這種電磁脈沖通過天線或天線等效體進入毫無防備的電子設(shè)備后，就能在一瞬間造成雷達迷盲、通信中斷、計算機失控，使指揮控制系統(tǒng)的電子部件遭到極大破壞。

非核電磁脈沖武器：非核電磁脈沖武器是利用炸藥爆炸壓縮磁通量的方法產(chǎn)生高功率電磁脈沖的電磁脈沖武器。其原理是將炸藥的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為巨大的脈沖電磁能，利用爆炸時產(chǎn)生的電磁脈沖對敵方裝備進行軟殺傷。目前，世界上少數(shù)國家已經(jīng)開發(fā)出的具有實戰(zhàn)價值的非核電磁脈沖武器可分為四大類：電磁脈沖彈、高能電磁脈沖發(fā)生器、高功率微波炮和爆炸驅(qū)動磁通壓縮輻射器。

電磁脈沖彈是一種利用大功率電磁脈沖直接殺傷破壞目標或使目標喪失作戰(zhàn)效能的非核電磁脈沖武器。這種武器由飛機或?qū)椩诳罩邪l(fā)射并爆炸后，其強大的脈沖功率，可將敵方的電子靈敏元件，甚至整個電子設(shè)備燒毀。這種武器的破壞目標通常不是某一種電子設(shè)備，而是某一地區(qū)的幾乎所有電子設(shè)備。據(jù)稱，俄羅斯已研制成功一次可釋放能量100兆焦耳的電磁脈沖彈，該彈對北約的C4ISR系統(tǒng)威脅極大。

高能電磁脈沖發(fā)生器能發(fā)射頻帶很寬的電磁脈沖，可瞬間大范圍覆蓋目標系統(tǒng)的響應(yīng)頻率，對電子設(shè)備有很大的威脅。據(jù)報道，美軍正在研究用高能炸彈驅(qū)動的電磁脈沖發(fā)生器，在最近的實驗中，長3.05米、寬0.61米的普洛西翁型發(fā)生器產(chǎn)生了上升時間僅400納秒的12~16兆安的脈沖，有效功率達4太瓦。高功率微波炮是另一種電磁脈沖武器，它能產(chǎn)生GW量級的微波，就像探照燈和手電筒射出的光束一般，可瞬間擊毀電子元器件。據(jù)稱，美空軍擬將輸電約30兆安的小型高功率微波炮裝在巡航導(dǎo)彈中，利用類似聚光罩的天線，將高功率微波炮的輸電能量匯聚在大約30度的范圍內(nèi)，從而達成對電子設(shè)備進行癱瘓攻擊的效應(yīng)。

爆炸驅(qū)動磁通壓縮輻射器是近年研制的一種新型電磁脈沖武器，它也是目前適合于炸彈應(yīng)用的最成熟的技術(shù)。其基本原理是，用可在數(shù)百微秒時間內(nèi)的快速爆炸壓縮磁場以產(chǎn)生數(shù)十兆焦耳的電能。一部大型爆炸驅(qū)動磁通壓縮輻射器產(chǎn)生的電流比一次典型的雷擊產(chǎn)生的電流大10~1000倍。該輻射器可由制導(dǎo)炸彈或巡航導(dǎo)彈進行投擲，當降落到目標附近一定區(qū)域時，輻射器產(chǎn)生的電磁脈沖可使計算機和通信設(shè)備中的電路失效，其最大作用距離可達400米。

第3頁，講稿共19頁，2023年5月2日，星期三核電磁脈沖武器和非核電磁脈沖武器的幾點說明（一）

核電磁脈沖武器：

低空核爆炸：電磁脈沖效應(yīng)非主要破壞效應(yīng)。

高空核爆炸：電磁脈沖效應(yīng)為主要破壞效應(yīng)。核爆電磁脈沖武器主要是指采用高空核爆的核武器。即使是一顆普通的氫彈，如果采用高空爆炸的方式，以電磁脈沖形式釋放的能量在此次爆炸能量中占的份額也將比大氣層內(nèi)的核爆炸提高幾個數(shù)量級。特別重要的是，在大氣層外的高空爆炸時，由于沒有空氣，就不能產(chǎn)生沖擊波，也不能生成熱輻射，而放射性塵屑又隨距離平方而減弱，電磁脈沖幾乎成了唯一的核爆炸效應(yīng)。它的后果是破壞電子設(shè)備，比如敵方的通信設(shè)備、計算機、指揮系統(tǒng)電力網(wǎng)等，但毫不傷害人。研制一種使電磁脈沖效應(yīng)大大增強的新型的核武是十分自然而且必要的。關(guān)于高空和低空的劃分:20公里-稠密的大氣層

20-40公里-稀薄的大氣層

40公里-基本沒有空氣

20公里以下的爆炸定義為低空爆炸

40公里以上的爆炸定義為高空爆炸（大氣層外的爆炸）第4頁，講稿共19頁，2023年5月2日，星期三核電磁脈沖武器和非核電磁脈沖武器的幾點說明（二）無論是核電磁脈沖武器還是非核電磁脈沖武器，公開的文獻都很少，做為電磁脈沖防護主要的“假想敵”,其共同的特點都是產(chǎn)生一種瞬態(tài)的脈沖輻射，其能量大、上升前沿時間短、頻率覆蓋范圍廣。設(shè)備所應(yīng)具備的瞬態(tài)脈沖輻射敏感度，美軍標MIL-STD-461E-RS105和國軍標GJB151A-97-RS105都做了相關(guān)的規(guī)定。第5頁，講稿共19頁，2023年5月2日，星期三GJB151A-97-RS105關(guān)于脈沖波形的定義第6頁，講稿共19頁，2023年5月2日，星期三MIL-STD-461E-RS105關(guān)于脈沖波形的定義第7頁，講稿共19頁，2023年5月2日，星期三關(guān)于瞬態(tài)脈沖波形定義的說明無論是美軍標還是國軍標定義脈沖的波形實際上是定義了我們所要防護的“脈沖源”的標準。波形圖反映出來的幾個關(guān)鍵指標是進行防護的依據(jù)。極限場強（50Kv/m）上升前沿時間（美：2-5ns國：≤10ns）持續(xù)時間：（美：200ns國：500ns）頻率覆蓋范圍寬：產(chǎn)生的電磁脈沖約在10kHz～100MHz的整個寬頻帶區(qū)域。第8頁，講稿共19頁，2023年5月2日，星期三各種軍用電子裝備的使用頻率與核電磁脈沖的關(guān)系第9頁，講稿共19頁，2023年5月2日，星期三電磁脈沖破壞機理電磁脈沖對設(shè)備的耦合機理可以分為輻射耦合和傳導(dǎo)耦合（這兩種耦合往往是交雜在一起的）。其表現(xiàn)形式為產(chǎn)生瞬態(tài)的高電壓和高電流，進而損壞設(shè)備。電磁脈沖作用于設(shè)備的主要途徑：天線電源線信號線孔洞、縫隙第10頁，講稿共19頁，2023年5月2日，星期三電磁脈沖防護的工程實現(xiàn)

防護的基本思路：是屏蔽+電磁脈沖防護模（MAK），即方倉＋MAK是工程實現(xiàn)的一種重要的可行形式。防護的實現(xiàn)原理：通過方倉把輻射耦合對設(shè)備的影響降低，通過MAK把傳導(dǎo)耦合對設(shè)備的影響降低，最終實現(xiàn)把電磁脈沖對設(shè)備的影響控制在設(shè)備可承受的范圍內(nèi)。

MAK的功能以及優(yōu)點:1、集成化的MAK能夠最大限度的減少方倉的開孔，把屏蔽體因孔隙而造成的衰減減弱降到最低。

2、MAK設(shè)計、生產(chǎn)的定制化能夠針對被保護設(shè)備的抗干擾性，實現(xiàn)精確的、有效的保護。備注：關(guān)于方倉屏衰減的標準：60dB60dB衰減的方倉是廠家根據(jù)多年的防護經(jīng)驗提出的建議值。

第11頁，講稿共19頁，2023年5月2日，星期三關(guān)于工程實現(xiàn)的實施步驟1.選用衰減為60dB的軍用方倉。2.使用方提供艙內(nèi)EUT的抗干擾級別。

3.使用方提供艙內(nèi)EUT的電氣、信號引出點的類型、指標。4.制造方根據(jù)EUT抗干擾級和相應(yīng)的電氣、信號引出點的類型、指標設(shè)計能夠滿足設(shè)備防護要求的MAK。5.將所有設(shè)備安裝完成，包括MAK等。6.對整個系統(tǒng)進行NEMP測試。7.對測試結(jié)果進行分析，改進設(shè)備。

8.如果有必要，可重復(fù)做NEMP實驗，知道這個系統(tǒng)能通過測試。第12頁，講稿共19頁，2023年5月2日，星期三工程實現(xiàn)示意圖第13頁，講稿共19頁，2023年5月2日，星期三測試測試主要根據(jù)美軍標MIL-STD-461E-RS105中描述的測試方法進行。適用范圍：本規(guī)定適用于有外部加固（屏蔽）平臺或設(shè)施的設(shè)備和子系統(tǒng),適用的設(shè)備僅僅根據(jù)需求采購的非金屬平臺，適用于保障空軍飛行安全重要設(shè)備和安裝在外部的子系統(tǒng)。限制：

EUT（待測設(shè)備）不能有任何故障、性能退化或偏離特定指標和超過單個設(shè)備或子系統(tǒng)的精度標準，測試信號波形和振幅如圖RS105-1所示，脈沖信號每分鐘少于5個。第14頁，講稿共19頁，2023年5月2日，星期三典型的測試裝置圖第15頁，講稿共19頁，2023年5月2日，星期三測試設(shè)備安裝俯視圖RS105-3平行板輻射系統(tǒng)典型安裝設(shè)置第16頁，講稿共19頁，2023年5月2日，星期三測試過程a 打開測量設(shè)備并且待運行穩(wěn)定；b 校準：按照校準設(shè)置執(zhí)行下列程序

（1）產(chǎn)生一個脈沖，調(diào)整脈沖發(fā)生器產(chǎn)生一個脈沖場，用B-dot或

D-dot探測器測量場的峰值，上升時間，脈沖寬度符合測試所 需要求。警告：高壓具有潛在的致命性。使用示波器記錄這 個波形。（2）RS105限制的精度和特性如下：

-上升時間（在10％和90％之間）在1.8ns和2.8ns之間（電場 持續(xù)升高）。

-FWHM(fullwidthhalfmaximum)脈沖寬度為23ns±5ns -每一個穿孔位置的峰值電場和磁場：

0dB<magnitude<6dBabovelimit.

（3）對圖RS105-2上其余四個測試點重復(fù)步驟（1）和（2）（4）確定5個穿孔位置滿足脈沖發(fā)生器和相關(guān)脈沖驅(qū)動幅度能夠 同時滿足場需求第17頁，講稿共19頁，2023年5月2日，星期三測試過程EUT測試。使用測試設(shè)置執(zhí)行下述過程打開EUT并且讓EUT充分穩(wěn)定下來在任意垂直方向測試EUT根據(jù)5.20.3.4b（4）從峰值振幅的10％開始輸出脈沖，直到波形達到測試描述所需。脈沖的振幅上升根據(jù)步驟2或