微波武器的发展现状及微波非致命武器致伤机理

1微波武器的发展现状

微波武器是利用高功率微波束毁坏敌方电子设备和杀伤作战人员的一种定向能武器。用作武器的微波波长通常在3~30cm、频率为1~30GHz、输出脉冲功率在吉瓦级。目前, 美、俄、英、法等国研制的微波武器主要分为两大类。

微波波束武器。这种武器主要是利用定向辐射的高功率微波波束杀伤破坏目标。

微波弹。一般是在炸弹或导弹战斗部上加装电磁脉冲发生器和辐射天线, 利用炸药爆炸压缩磁通量的方法产生高功率电磁脉冲, 从而在目标的电子线路中产生感应电压与电流, 以击穿或烧毁其中的敏感元件。

美国空军研究实验室的定向能研究管理局从上世纪80年代开始研究微波武器, 到2007年, 已经研制出微波定向能武器——主动拒止系统第三代。

2微波非致命武器致伤机理

微波武器的杀伤机理是基于微波与被照射物之间分子相互作用, 将电磁能转变为热能而产生的微波效应。微波非致命武器是利用微波武器的致伤机理, 使目标失能而不至于致死的武器。下面以美国最新研究的主动拒止系统ADS为研究对象来说明。

美国主动拒止系统的整个制造设计路程是相当漫长的:从1989年毫米波非致命伤害能力的确定, 1993年开始人体试验研究, 再到2007年ADS二号系统研制成功, 前后将近20年时间。2000年12月投资建成ADS零号系统。它有一个产生毫米波光伏能的生成器。这种能量生成器与一根天线相连, 由天线发射能量光束。2004年完成的ADS一号系统是一个活动装置。它和零号系统具有相同的构造, 一个传送器和一根天线, 但这些构件已经被并入了一个混合型电动高机动性多用轮式车辆 (简称HMMWV) 。只有当H M M W V固定, 由锂电池和生成器共同提供传送器和天线的动能时, ADS的毫米波光伏能才能被使用。这套系统由经过特训的士兵坐在车辆里操作。他使用一个图像加强电视和一个红外相机 (捕捉目标物, 相机图像在驾驶台上的一个展示/控制板上播放, 随车携带的手动激光测距仪可以测量目标体的距离。当测量出位置合适, 操作者按下扳机, ADS光束就会照到目标体身上。同时, 操作者可以在不同时间对目标物使用不同光束。他可以选择四种光束, 从25%到100%, 还有1~6s6种不同的时间设定。2007年第二代主动拒止系统的设计成功, 它主要的构件和一号系统一样。然而, 二号系统还包括几项升级, 比如在较高气温环境下使用的能力, 操作系统软件的改变即提供更多的安全层级和盐雾防护。二号系统同时还包括一个带有保护装甲的封闭的操作台。因为有附属的装置和冷却系统, 二号系统比一号系统更大更重。二号系统可以被某种军事车辆诸如重型战略卡车 (Heavy Expanded Mobility Tactical Truck简称H E M T T) 运输。

主动拒止系统功率密度是50kw/m2, 直径两米效率95%的抛物面天线的发射功率是41.5kw/m2, 在有效作用距离 (640m) 的边缘能达到疼痛极限值。五角大楼宣称, 主动拒止技术发射机的实际功率为100kw。

此系统工作机理就是热敏效应, 这种效应更确切地说是难以忍受的热疼痛感。以人体模型进行的试验表明:在最初体表温度为34℃时, 使用功率密度为45kw/m2的微波照射时, 该模型的温度变化为0.1℃。当体表温度增加到45℃或更高, 即人体开始感觉疼痛时, 此时的微波照射功率密度最小为12.5kw/m2, 体表温度最大达到50℃时, 疼痛达到极限。用主动拒止系统进行的试验进一步表明, 微波辐射照射两秒钟, 就足以使人体体表温度上升到50℃。

系统发射的94GHz~95GHz光伏能穿透到肌肤和角膜表层1/64In处, 这刚好是痛感神经的深度, 通过迅速加热皮肤表层, 在几秒钟内, 个体就会感到严重的烧灼感, 只有当个体后退并移动到光束范围外, 这种感觉才会停止。ADS系统和波长为0.3mm的强探照灯相似。其光束波长可以穿过衣服, 但是又可以被皮肤表层吸收。正如一些比较强烈的光线, 例如显微镜聚焦下的日光会刺痛皮肤, ADS的光束也能刺痛皮肤。相同强度的ADS光束和聚焦阳光对皮肤产生的感觉一样, 但前者却没有后者危险, 因为ADS光束的波长更长, 不会破坏皮肤的化学键, 因此也不会像强烈的阳光那样会致癌。

AFRL的调查发现:在ADS的能源密度值和要求产生反应的持久性, 以及能源密度值和会产生二级烧伤的持久性之间有明显的界限。ADS对人体的反应作用在略高于43~44℃。一级烧伤在大约51℃, 二级烧伤在大约58℃。在整个ADS的试验过程中, 进行了6500次试验, 被试验人体模拟科目超过70个, 只有2007年4月发生了一次事故, 在这场事故中, 一个空军士兵被ADS照射导致腿部的二级烧伤。

综上所述, 微波非致命武器致伤机理为:武器向目标发射一束高频微波, 同时因为微波振动同目标皮肤内的分子偶极振动有相似的频率, 而在微波磁场中, 因分子偶极振动通常落后于微波磁场, 在分子尽力同微波振动相匹配过程中, 分子吸收电磁能以数十亿次的高速振动产生热能, 导致表皮温度迅速升高, 表皮神经末梢感受到难以忍受的烧灼感, 从而逃离。

摘要：非致命武器致伤效果的高低, 直接关系着部队战斗力的强弱。在武警部队执行“执勤”、“处突”与“反恐”等任务时, 由于任务的特殊性和复杂性, 非致命武器的使用频率越来越高, 使用的品种、数量越来越多。所以要提高非致命武器致伤效果, 亟待加强非致命武器致伤机理研究的力度, 才能提高以发展高技术含量武器来增强非致命武器对付犯罪分子的能力。

关键词：微波武器,微波非致命武器,致伤机理