强电磁脉冲对军交运输指挥自动化系统的威胁及对策

蔡 勇，王兴光，郝建生，王 坤

（1．军事交通学院汽车指挥系，天津 300161；2．军事交通学院研究生管理大队，天津 300161）

强电磁脉冲对军交运输指挥自动化系统的威胁及对策

蔡 勇1，王兴光2，郝建生1，王 坤1

（1．军事交通学院汽车指挥系，天津 300161；2．军事交通学院研究生管理大队，天津 300161）

阐述了强电磁脉冲（EMP）的发展、产生机理、破坏机理、破坏效应、防护方法。指出强电磁脉冲对军交运输指挥自动化系统的威胁，并为提高复杂电磁条件下的信息化军交运输保障进行了初步探讨。

强电磁脉冲；军交运输；指挥自动化

军军交运输指挥自动化系统是未来信息化条件下联合作战军交运输保障的重要指挥手段，其主要以计算机为核心，通过信息收集、信息处理、信息传输、信息显示以及信息决策等自动化流程进行信息处理，具有指挥控制等作战信息保障功能，是军交运输指挥员及指挥机关对运输和交通保障等力量实施指挥与控制的人机系统［1］，其效能发挥对保障作战胜利具有关键性作用。由于强电磁脉冲对电子系统有着巨大的硬杀伤和软破坏作用，对军交运输指挥自动化系统造成极大威胁，因此，深入研究强电磁脉冲环境下军交运输指挥自动化系统的抗强电磁脉冲能力和对策尤为重要。

1 强电磁脉冲产生机理

在现代军事战场上，高功率微波、超宽带、电磁炸弹等电磁脉冲武器的出现与广泛应用以及雷电、静电放电等自然电磁干扰源的存在，均使得自动化指挥系统及其相关的通信系统所处的电磁环境变得愈加恶劣。按照产生机理分析，强电磁脉冲可以分为两类：自然现象形成的雷电电磁脉冲和电磁脉冲武器形成的强电磁辐射［2－4］。

1．1 核爆炸所形成的强电磁脉冲

核电磁脉冲是核武器爆炸的产物。核爆炸产生的瞬时γ射线是激励电磁脉冲的主要因素，其中由康普顿效应产生的康普顿电子对激励电磁脉冲起主要作用。在均匀大气中，康普顿电子流是球对称的，不向外辐射电磁能量；但实际上，由于大地的存在，大气密度会随高度而发生变化，从而使得康普顿电子流不可能形成球对称分布，从而在随时间变化的过程中向外激励辐射核电磁脉冲［5］。

1．2 电磁脉冲武器产生的强电磁脉冲

由初级能源、脉冲功率系统、高功率微波源、定向天线以及其他配套设备组成的电磁脉冲武器通常分为两类：高功率微波武器和超宽带电磁脉冲武器。其工作原理主要是将初级能源经爆炸磁通压缩发生器（MFCG）转变为强流脉冲电子束，再经脉冲调制单元激发产生高功率的电磁波，由定向天线向外辐射形成高方向性且能量集中的电磁波束。

1．3 雷电放电产生的强电磁脉冲

雷电具有强度大，覆盖区域广的特点，是自然大气中常见的一种放电现象之一。雷电中1次闪电包含1次或多次大电流脉冲过程，闪电通道大约有几百米至几公里长，电流脉冲平均幅值约为几万安培，持续时间几十到几百微秒。在雷电的主放电过程中伴随着雷电电磁脉冲向外辐射，而且雷击过程还可以使得通信和信息处理器件中产生过高的噪声和激励，引起信息处理错误，通信不畅，甚至损坏设备。

2 强电磁脉冲破坏机理及其特点

2．1 强电磁脉冲破坏机理

强电磁脉冲的破坏机理主要是利用高功率电磁脉冲来攻击对方目标的电子设备和系统，并通过电磁能量的耦合作用对其造成毁伤效应。强电磁脉冲可以通过“前门”和“后门”这两种耦合方式进入电子设备的内部，见图1。其中，前门耦合主要是指电磁能量经天线、收发机前门电路等进入电子设备内部；后门耦合则是指电磁能量经电子设备表面存在的微小缝隙或电缆线传输到设备内部。虽然电磁能量在耦合过程中会有所衰减，但其对电子设备内部的电子元器件、软件控制系统等依然具有较大危害［6］。

2．2 强电磁脉冲破坏特点

一是“杀伤”威力大。强电磁脉冲可通过天线、导线和管道等进入电子设备，使无防护的电子元件和计算机系统中的MOS器件暂时功能性失效或完全损坏，使整个网络无法继续工作，它对计算机网络、通信指挥系统、雷达系统等的破坏将是摧毁性的，从而使指挥自动化系统陷于瘫痪［7］。二是“耦合”通道多。只要电磁波的波长小于目标表面的缝隙和孔洞尺寸，就可有效耦合进入目标内部，对其内部的电子设备造成干扰，严重时还会使其无法正常工作，甚至烧毁电子设备中的电子元器件和电路。三是“频谱”范围宽。强电磁脉冲的频谱作用范围非常广，从甚低频至数GHz，基本涵盖了电子设备全部工作频带，军交运输指挥自动化系统的电子设备工作在强电磁脉冲的频谱范围内，将受到强电磁脉冲的严重威胁。

图1 电子脉冲的耦合途径

3 强电磁脉冲对军交运输指挥自动化系统的威胁

3．1 军交运输指挥自动化系统效能降低

军交运输指挥自动化系统功能的发挥依赖于各种相关信息的可靠获取、分析与传输，依赖于系统平台不受干扰地稳定运行。大多数信息处理都是由高度集成的自动化电子设备完成的，因而系统遭到强电磁脉冲时会造成信息获取渠道不畅、信息获取质量下降，导致军交运输指挥自动化系统效能降低。一方面，强电磁脉冲影响了军交运输指挥信息的获取。在电磁脉冲的威胁下，固定的后勤指挥中心、野战化和移动化配套的军事交通指挥自动化系统、军交运输可视化系统、军事集装箱电子系统等，将极大地受到复杂电磁环境的影响，电子信息设备很容易遭到破坏。比如，我国自行研发的“北斗”车载卫星定位系统，在遭遇强电磁干扰时就难以准确获取定位信息，有时甚至会出现失去信息源的现象。另一方面，强电磁脉冲影响军交运输指挥信息的传输。强电磁脉冲破坏信源、信宿的硬件以及信道，令纽带失去作用，会造成通信中断，使军交运输指挥自动化失去联系神经。一旦信息的获取和传输受到影响，将直接影响军交运输指挥自动化系统的准确性、稳定性和有效性，从而直接导致系统决策得不到执行，甚至使系统产生误动作或发出错误指令，使军交运输指挥自动化系统效能大大降低。

3．2 军交运输保障难以及时精确实施

信息化条件下军交运输保障的关键在于根据作战部队的时空状态和保障需要而采取适时、适地、适量的精确化保障行动。强电磁脉冲环境下，电磁能量可以通过天线、电源线等进入电子设备内，并通过高压击穿、热效应等方式对电子设备产生破坏，造成其暂时功能性失效或永久损坏。强电磁脉冲具有更宽的频谱和更高的功率，可以造成雷达迷茫、通信中断，特别是对于通信信道的影响比一般的干扰器材更为明显。遭受强电磁脉冲打击的指挥自动化系统的可靠性很难评估，使得军交运输指挥员所获取的传输时间、地点、运力运量等需求信息可靠度下降。由于我军配备的电子设备有限、性能偏低，战时易被敌干扰压制，数据传输将严重受阻，极有可能使运输保障信息的获取陷入传感器迷茫、战场感知失真的被动境地，情报的及时性、准确性很难保证。在复杂电磁环境下，我军武器装备的作战效能将受到明显影响和制约，由此将直接导致军交运输保障需求、作战强度以及作战力量的不确定性，从而影响军交运输指挥员对军交运输保障需求信息预测和掌握的准确性。在这种情况下，精确实施军交运输保障也变得异常困难。

3．3 军交运输动态调控难以稳定可靠

未来战争，敌我双方大量用频设备在狭小的作战区域内同时展开，各种通信手段使用频繁，频率占有率明显上升，电磁频谱非常拥挤，通信装备的灵敏度下降，军交运输指挥自动化系统效能很难正常发挥，进而影响到指挥自动化的稳定性。一方面，军事交通运输保障系统的各个部门、各类单位、各级子系统等协同困难，这主要是由于这些部门构成庞大、体系复杂，通信与指控系统数据链的中断或错误将直接产生各部门之间“联不通”、“合不上”等问题。另一方面，在强电磁脉冲干扰情况下，还会使依赖卫星网络、GPS等系统支撑的船舶监控系统、“神通”等高精密电子系统的瘫痪，无法依托其实施实时监控。同时计算机是军交运输自动化系统的核心设备，对电磁脉冲的承受力非常弱。在强电磁脉冲的打击下，计算机可能出现程序异常、数据库的混乱、输入输出误动作等，严重时会造成硬件的损坏、控制瞬时失效、系统瘫痪等，从而给战场军交运输保障的形势分析、指挥决策等带来严重干扰，使得各种运行于局域或广域网络上的军用交通运输作业系统等无法正常运行。因此在复杂电磁环境中，军交运输指挥自动化系统的稳定性将面临严峻的挑战。

4 对强电磁脉冲的防护对策

4．1 防强电磁摧毁，确保电子设备安全

从强电磁脉冲的破坏机理来看，切断电磁脉冲的传播途径，阻止强电磁脉冲进入电子设备的内部是对抗强电磁脉冲的有效手段，其实现形式主要有两种：先天加固设计技术和后天隔离设计技术。前者是对高品质材料和先进工艺措施进行优化设计，选用经应力筛选后的元器件、结构件和各级模块，通过增加装备敏感度阀值，采用火花隙放电器限制电压，滤波器隔离降压，通信线路尽量采用光纤取代传统的电缆等，使内部电路不受负动态阻抗及其激励作用的影响，提高和强化产品本身的抗电磁脉冲能力。后者顾名思义就是采取措施将设备与外界电磁脉冲环境隔离开来。比如收回暴露的天线或与设备断路，在天线接收通道和外接电缆设置保护电路，采取密封、电磁屏蔽设计、隔离、滤波等防护措施。这些防护措施可以大大降低电磁脉冲的杀伤破坏力。

4．2 抗敌电磁干扰，确保指挥信道畅通

信息化条件下诸军种的联合作战，运输保障也将是铁、水、公、空多种运输方式综合立体保障，在组织实施运输保障过程中，各类指挥、通信、监控、调度等人机系统的综合运用是必不可少的。这些系统主要依托大量的电子设备完成工作，需要良好的电磁环境保障信息的发送、传输、接收畅通无误。军交运输指挥自动化的上述弱点，正是强电磁脉冲特殊的杀伤效应所能产生的基础，因此要加强防电磁干扰，提高设备的可靠性和完好性：一是“改”，通过技术升级改造，采用先进的干扰隔离和抑制技术消除或减弱干扰耦合，增强敏感设备的抗干扰能力；二是“管”，管理频谱分配使用方案，使各种系统在指定的频域、时域及空域上工作，避免出现相互干扰。通过各种措施，切实提高军交运输保障的抗电磁干扰能力，确保运输指挥联络的畅通。

4．3 做好复杂电磁环境防卫

在“严密防护，积极打击，以防为主，防打结合”的运输防卫基本原则的基础上，与专业电子战部（分）队及地方电信部门、电子产品研发生产企业等紧密协同，做好防电子侦察、电子干扰等电磁攻击。加强隐蔽伪装，充分发挥简易伪装器材与制式专业伪装器材的综合伪装功效，采用多种伪装方法，加强电子设备的伪装防护，切实提高隐蔽伪装效果。从组织、技术、战术等方面采取相应的措施，扬长避短、趋利避害，积极创造利于我方军交运输的良好电磁环境，提高军交运输指挥自动化系统的防侦抗毁能力，全面提高运输保障行动的安全性。

4．4 指挥手段多样，指挥方法灵活

针对电磁脉冲对指挥自动化系统所带来的破坏效应，在未来战争中，“指挥手段多样、指挥方法灵活”将成为指挥员对付强电磁脉冲的有效手段。这也就要求指挥员既要充分发挥指挥自动化系统的骨干作用，还要注重简易通信、运动通信等传统通信手段的运用，在面临强电磁脉冲突然打击、指挥自动化系统遭到破坏的情况下，通过增加战场信息获取渠道，拓展信息传输手段，确保通信联络的畅通，使指挥和协调更加及时有效。

［1］ 王大军．军交运输指挥自动化［M］．北京：海潮出版社，2005．

［2］ 迈克尔·奥汉隆．高科技与新军事革命［M］．王振西译．北京：新华出版社，2004．

［2］ 刘淑肖，傅文杰，王 莹．强电磁脉冲源及其战场杀伤机理分析［J］．测试技术学报，1997，11（3）：43－47．

［3］ 周壁华，陈 彬，石立华．电磁脉冲及其工程防护［M］．北京：国防工业出版社，2003．

［4］ 王 英．高能电磁脉冲武器对计算机系统的毁伤及防护措施［J］．情报指挥控制系统与仿真技术，2005，27（3）：95－100．

［5］ 王世亨．产生切连科夫辐射的康普顿电子在介质中的临界散射角［J］．大学物理，2001，20（12）：12－13．

［6］ 肖金石，刘文化．电磁脉冲武器对抗来袭目标可行性研究［J］．海军工程大学学报，2008，20（6）：97－102．

［7］ 戚世权．制电磁权新论［M］．北京：解放军出版社，2005．

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1008－1542（2011）12－0078－03

2011－06－20；责任编辑：冯 民

蔡 勇（1964－），男，四川西昌人，副教授，主要从事军事通信和军队指挥自动化方面的研究。