后勤保障装备的电磁脉冲防护

2012-02-15王磊

通信技术 2012年1期

王磊

(总后后勤科学研究所，北京 100071）

0 引言

随着信息技术的不断发展，军事行动越来越依赖与电子设备以及大量的通信网络设备。另一方面，现代军事后勤保障系统也日益依赖于计算机、通信设备、卫星导航、电子标签管理等电子系统。电磁脉冲（EMP）恰好是电子系统的杀手，它利用了电子系统中部件固有的电磁特性弱点，可以在瞬间摧毁或者瘫痪大量的电子装备和电子系统。本文主要就电磁脉冲的产生机理、强电磁脉冲对后勤装备电子装备影响、以及后勤装备电磁脉冲防护措施等问题加以讨论。

1 电磁脉冲特点及对电子系统影响途径

[1]，电磁脉冲根据其产生机理可以分为核电磁脉冲（NEMP）和非核电磁脉冲（EMP）。核电脉冲是由高空30～500 km高空区域发生核爆炸产生ɣ射线激发电离大气层而产生的电磁脉冲。核电磁脉冲覆盖频谱很宽，主要在10 kHz～1 MHz，从1～100 MHz逐渐减少。非核电磁脉冲是由电磁脉冲弹头携带的大功率微波产生器在接近目标时瞬间释放大功率的电磁脉冲，幅度取决于微波功率产生器功率的大小，其频率覆盖分米波到厘米波。

电磁脉冲特别是大功率微波电磁脉冲，具有独特的传播机制和穿透能力，对电子系统造成的影响途径，根据电磁波在目标处的耦合形式主要包括下面4种：①天线耦合，通信装备天线系统是接收电磁波能量的部件，当天线在其频带内接收到强电磁脉冲能量会使接收装备器件损坏无法工作；②电缆及连接处耦合，在强电磁脉冲作用下，保护处理不彻底的电缆（如信号传输电缆、电源电缆）以及设备连接处都会产生感应电流，这些电流经过线路到达器件，就会造成器件的损坏；③缝、空、窗的耦合，具有屏蔽盒的电子系统，强电磁脉冲通过屏蔽盒上缝、空、窗的耦合到达盒内，并在其中产生驻波，造成部件损坏；④导电介质的穿透，电磁波在导电介质中具有一定的穿透能力，可以通过一些导电介质，对地下电子设备造成破坏。

2 后勤保障装备电磁脉冲防护方法

后勤保障系统主要由网络平台、后勤作业软件、物资管理系统、运输跟踪系统等组成，其中：①网络平台，主要由后勤作业装备和通信装备组成。这些装备一般采用方舱方式，可快速构建有线/无线通信网络，实现对内、对外信息及业务数据的处理与传输；②后勤作业软件，主要实现指挥作业以及调度；③物资管理系统，主要采用条形码、射频卡技术等，它覆盖了物资接收、配载、物资发放等全过程的信息自动采集、传输与处理；④运输跟踪系统，主要由卫星定位装备以及地理信息系统等配套软件组成。主要用于运输的实时跟踪和控制。

下面分为后勤作业装备、通信方舱、通信系统等3个方面，介绍后勤保障装备电磁脉冲防护方法。

2.1 后勤作业装备电磁脉冲防护[2]

后勤作业装备电磁脉冲防护的重点是机械车辆的电子电气系统。电子电气系统受到干扰主要是由于在电磁脉冲环境中耦合了一定的电磁能量所致。要想降低电子电气系统的敏感度就必须减小其对电磁脉冲的耦合能力。电子电气系统对电磁脉冲的耦合效能与耦合机制、系统中电路及元器件的布局、阻抗匹配以及电介质等因素有关，所以在设计电子电气系统的过程中必须综合考虑这些因素，进行优化设计，通过理论分析提出设计方案，并通过电磁脉冲模拟试验验证这种方案的可行性，评估其防护性能。

（1）降低机械电子电气电磁脉冲的耦合能力

降低电子电气系统对电磁脉冲的耦合能力与增加系统的电磁兼容性能是相通的。系统的电磁兼容性包括2个方面：①系统整体的电磁发射和敏感度性能；②系统内部各个设备和分系统之间的电磁发射和敏感度性能。降低系统对电磁脉冲的耦合能力实际上也是降低系统整体的敏感度。此外还可以通过隔离、屏蔽、接地等方式来增强电子电气系统对电磁脉冲的防护能力。

（2）增加机械电子电气设备内部电磁敏感环节的防护能力

电磁脉冲对电子电气系统造成的干扰和损坏往往是通过对其内部电路的某个元器件造成干扰和损伤引起的，这个元器件就是系统对电磁脉冲的敏感环节。由于系统内部的各种元器件对电磁脉冲的敏感度不尽相同，在制定防护方案时对所有的元器件采取同样的防护措施既不经济也不现实，因此需要找出系统中对电磁脉冲最敏感的环节，然后采取措施加以重点防护。

（3）对重要的机械电子电气部件进行冗余设计

为了保证关键装备和系统在电磁脉冲武器打击的情况下能够正常工作，就要进行必要的冗余设计。对于某些难以进行有效电磁防护的装备来说，应保证其机械系统的完整性，即使装备的电子电气系统被完全破坏了，其机械系统仍能维持装备某些性能的正常发挥。

2.2 后勤保障通信方舱[3]

（1）提高通信方仓电磁屏蔽效能

方仓的设计不能仅考虑仓体的刚度强度等要求，还要充分考虑屏蔽效能指标。在材料的选择上，应选用电导率、磁导率高的金属川。所以：①通信车辆的门缝、结构缝隙等设计。应增加缝隙的深度，减少缝隙的长度，同时保证结构的电气连续性；②通风孔设计，一般选用安装通风波导窗来进行屏蔽，屏蔽的效果取决于波导窗与仓体的电连接特性和波导窗的本身屏蔽指标；③采光窗设计，在 0.15 MHz～10 GHz的频率范围内屏蔽指标在60 dB以上的方仓不应设采光窗。屏蔽指标低于50 dB的仓体可以设置采光窗，应采用专用铝型材制作采光窗户，以便与屏蔽丝网有良好的电气连接性。

（2）提高通信方舱接地效率

在接地点的选择上，应该注意以下3点：①通信车的接地点应该选在电阻率低的地方，以降低接地电阻值，比如河边，潮湿的土壤周围；②接地点应尽量和周围的地网连接，这样可有效地降低接地系统的接地电阻，同时也可以防止在不同地网间形成的电位差，产生对系统的干扰甚至损坏；③利用化学(在接地点土壤周围添加降阻剂)或者物理(换土法)的方法降低土壤的电阻率，达到降低接地电阻的效果。

2.3 通信系统[4]

（1）无线通信系统

无线通信系统的防护重点部件是天线，主要措施包括：①采用人工干预方法进行有效防护，从天线上耦合的能量是致命的，在关电台无线等通信设施防护中，一方面是尽量选择跳频扩频通信方式，另一方面在系统设计中加入自闭系统，即在预知电磁脉冲弹来临之前将系统迅速关闭，从而避免接收到强脉冲信号；②减少馈线引入的电磁脉冲传导效应，外部防护对天线来说主要是拦截和分流。一方面在馈线和信号线，应加装电涌保护器(＜SPD)，达到拦截电磁脉冲的效果；另一方面对馈线要做到良好的接地，馈线在进天线处和与电台连接处的金属屏蔽层要分别接地。

（2）有线通信网络

有线通信网络的防护重点是关键通信装备，如核心路由交换设备等。这些设备保护措施是建设屏蔽房，避免后端藕合方式对这些设备的损伤。核心路由交换设备以及需要防护的其他设备可全部放入屏蔽房内，并对可能出现藕合的电缆、缝、窗孔等环节采取适当的防护措施。另外，对与屏蔽房连接的供电部分，应加适当的输人保护装置。

有线通信网络总体规划中，需要考虑有线通信网络的冗余设计。在通信网络设计时可考虑多条通路同时实现通信，以便即使在某个节点受到电磁脉冲攻击时仍能保障通信系统的畅通。

3 加强后勤装备电磁脉冲防护的建议

1）研制和改进电磁脉冲模拟器设备，特别是大型电磁脉冲模拟设施。在电磁脉冲防护研究方面，美国一直走在世界的前列。美国研制和建造了多种电磁脉冲模拟器设备和设施，用于对装备的电磁防护性能进行测试和研究。对于电磁脉冲的防护研究，中国起步晚，基础比较薄弱，与美国等发达国家相比还有较大的差距。“工欲善其事，必先利其器”，现要借鉴国内外有关电磁脉冲防护的经验，研制和改进电磁脉冲模拟器设备，特别是大型电磁脉冲模拟设施，引进先进的电磁测试分析仪器，为中国军队后勤装备的现代化建设打下一个坚实的基础。

2）加强专业人才队伍的建设，提高电磁脉冲防护与攻击能力。后勤装备的电磁脉冲防护研究工作科技含量高，需要有一支高素质的人才队伍。①建立科学完善的人才选拔和任用机制，把专业水平高的人才集中组织起来进行相应的技术研究和攻关工作，要使既有人才学有所用；②加强科研院所相应学科专业的建设，提高硬件设施的建设水平，为人才培养和研究工作提供一个良好的平台；③拓宽人才的来源渠道，采取有效措施，积极吸纳地方的高水平人才为国防和军队建设服务。

3）研究和更新后勤装备电磁脉冲防护测试的有关技术标准。后勤装备电磁脉冲防护研究的最终目的是提高装备抗电磁脉冲打击的能力，在未来的信息化战场上发挥其应有的作用。随着科技的发展和技术的进步，电磁脉冲武器的破坏效能会不断提高，相应的，对后勤装备电磁脉冲防护性能的要求也要不断提高。一方面要紧密追踪国内外电磁脉冲攻防技术发展的前沿，提高电磁脉冲防护研究的水平；另一方面就是开发研究相应的防护措施，制定科学合理的防护方案，贯穿到后勤装备的研发过程中去，并不断更新电磁脉冲防护测试的有关技术标准，提高后勤装备电磁脉冲防护的整体水平。