舰载新型物理类非致命性武器原理及应用研究

张玉强，秦立国

（1.武警海警学院舰艇指挥系，浙江 宁波 315801；2.上海工程技术大学数理与统计学院，上海 201600）

随着各国对海洋权益的日益重视，海上争端已成为世界上大多数国家所面临的共同挑战。舰载非致命性武器作为新概念武器的一类，在未来海上冲突中扮演的角色越来越重要，因其不会直接造成人员死亡、装备毁灭和生态环境的破坏，而是通过特定的技术手段导致目标人员或设备丧失战斗力，从而达到“不战而屈人之兵”的目的。当前，随着新的作战理论与作战形态不断出现，非致命战争已成为未来战争的重要形式，融合了高新技术的舰载非致命性武器在未来海战中所发挥的作用越来越重要。

1 物理类非致命性武器的发展

“非致命性武器”的概念首先是由美军于20 世纪90 年代提出。一般认为，非致命武器是指通过对声、光、电、磁、生物、化学等能量的释放与转换的控制，使人或装备自身的某些功能受到破坏，从而失去抵抗能力的新型武器。其目的是使目标人或物迅速丧失能力，同时最大限度的减少死亡人数、减少对人产生永久性伤害及对环境造成不良影响。按照不同的标准，非致命性武器的分类也各异。

按学科分类，有物理类、生物类、化学类、心理类等非致命性武器（如图1 所示），其中物理类非致命性武器是指利用力、热、电（磁）、光、声等原理进行研制的非致命性武器，其占比最大，应用最广泛，发展潜力也最大。

图1 非致命武器按学科分类结构图

按作用目标的不同，物理类非致命性武器又可分为反人员物理类非致命性武器和反装备物理类非致命性武器，如表1 所示。

表1 物理类非致命武器分类表

2 新型物理非致命性武器工作机理及应用场景分析

随着科技的发展，新型非致命性武器早已超越了橡胶子弹、润滑剂、染色剂、铁丝网和黏性泡沫等传统非致命性武器的范畴。其中新型非致命性武器中，以物理类为主，具有更强大的对峙能力、更长的持续时间、更多功能性和选择性。特别是定向能武器被广泛运用到多种无人、载人设备中，在多域化混合化战争和冲突中起着重要的作用，定向能武器能够在大气中以很小的立体角传输能量，利用高热、电离、辐射等综合效应对目标实施瞬间打击，而且具有速度快、响应快、精度高、附带伤亡小等特点。2021 年，美国发布的《防御入门：定向能武器》报告中指出了定向能武器对美国国防安全起的关键作用，其主要包括激光武器、微波武器、粒子束武器等。

2.1 非致命激光武器

激光武器是利用激光束直接使目标毁伤或失效的一种定向能武器，通常是指通过将激光束作用于目标人员，使其作战能力丧失或降低而不造其死亡和严重伤害的“人道 性”武器。自20 世纪60 年代世界上首台激光器诞生以来，由于其输出能量有限，主要用于激光制导、激光通信、激光测距、激光雷达等方面。特别是近几十年来，随着激光输出功率的提高，多种类型的激光武器系统在结合战术应用需求的系统综合能力验证上不断取得突破，一般分为高能激光武器（平均功率输出不小于20kW 或每个脉冲能量不小于30kJ）、低能激光武器（平均功率输出小于20kW 或每个脉冲能量小于30kJ）两大类，后者属于非致命激光武器（主要包含激光干扰和激光致盲武器两类）。因为激光具有单色性好、方向性好、相干性好、亮度高、频谱宽且可调性等特点，低能激光武器频率可调谐，有简单的对抗措施，其毁伤效果除了能够通过照射人眼，使视网膜出血导致致盲外，还可以对人的皮肤或探测器的光学系统出现热损伤或物理损伤（表2）。

表2 非致命激光武器工作机理

反人员类激光武器工作时，主要通过对武器的激光参数控制，使激光束作用于人眼造成眩晕、视力下降、短暂失明等“软杀伤”。低能激光武器，利用激光的等离子效应产生的炫目闪光和强烈的冲击波，可使目标人员暂时眩晕和丧失行为能力。舰载非致命激光武器还可以实现直接瘫痪地方舰艇上的发动机及电子系统。美国海军陆战队所装备的激光炫目器，其实现“软杀伤”的距离可达4km；美国海军陆战队正在研究新型“视觉中断设备”，该设备基于激光技术，将人眼安全的测距仪和致眩激光有机结合，在任意距离内，可以自动将发射的激光能量调节到可以允许的最大值以内，避免造成不可逆的损伤。目前，正在开发一种节能的、轻便的超短脉冲激光系统，该系统能够诱导产生可持续和可控的等离子体，拓展了非致命全谱效应的范畴。英国对非致命性武器的研究一直非常重视，也是最早在实战中利用的国家，在1982 年英阿马岛海战中，就用激光眩目瞄准具，使阿根廷军机损失惨重，英国研制的新一代舰载激光致盲武器，已实现了对目标自动跟踪和瞄准，所发射的激光束利用自身的瞄准系统，可以实现对2km 外的违法或侵权船只进行视觉警告，距离靠近时可以使目标船只“致盲”，其武器的杀伤效能将大打折扣；英国BMS（英国大不列颠海事安全）公司所研制的已装备军事及执法部门的SMU-100 型激光炫目枪，其发射的强光不同于常规激光武器所发射的集中光束，而是具有持续扫描或跳动的特点，从而致使目标船只无法靠近目的地。俄罗斯对激光武器的研制和应用也处于较高的水平，其波长居于635 ～660nm 之间的红光激光器，多人操作的该种激光器可以轻松破坏敌方舰艇上的电子系统和发动机；在俄乌冲突中，俄罗斯使用的新一代“寻衅者”激光武器，对5km 内的乌克兰无人机造成了很大的威胁。

2.2 微波武器

微波武器又叫射频武器或电磁脉冲武器，由微波发生器、定向发射天线以及伺服控制系统等组成。它是利用高能量的电磁波辐射去攻击和毁伤目标的武器。微波武器与激光、粒子束武器相比，其波束宽得多，作用距离更远，受气候影响更小；波长较短（1mm ～1m）的高频电磁波，具有抗干扰性好、传播速度快、穿透力强等特点。

微波武器的工作机理，是基于微波与被照射物之间的分子相互作用，将电磁能转变为电能，其特点是不需要传热过程，一下就可让被照射材料中的很多分子运动起来，使之内外同时受热，产生高温烧毁材料。早在20世纪80 年代，英国就开始微波技术的研发，成效卓越，其所研制的微波弹使其非致命性武器的代表之一，其爆炸时能够释放出巨大的电磁波威力。目前，最具有代表性的是美国研制的是“主动拒止系统”的非致命微波武器，并在第二次海湾战争中投入使用，保护安全区域。该系统主要用于对人的攻击，从而控制人群。主动拒止系统的工作频率为95GHz，发射功率为100kW，一般由电源、微波电磁辐射和天线三部分组成，其主要工作原理是利用安装在天线组件上的微型摄像机和热敏成像仪获取目标后，通过打开控制触发器，发出微波能量射束，由于微波辐射效应能使人产生强烈的不适感，从而迫使目标人员终止行动，甚至远离争议区。因为该系统所发射的微波能量对人体皮肤的穿透深度仅仅约为0.40mm，当系统的控制触发器关闭或远离辐射范围之外时，症状会立即消失。目前正在研发的无线频率船舶拦截器，即通过发射高功率的微波有效载荷，能够远程干扰目标船只电力控制电脑，造成电力系统发生故障而停止在海上的违法侵权行为；该拦截系统采用非接触式阻停目标船只，具有设置隐蔽、非接触式逼停舰船、海上执法风险低等特点，而且该系统采用模块化设计，能够根据实际情况而快速集成；借助舰载平台，能够实现机动部署，增强应对各类海上违法犯罪、打击海盗及恐怖活动等的处理手段。此外，高功率微波武器以其作战速度“快”、攻击范围“广”、软硬杀伤“兼”的优势在应对无人机袭扰方面拥有越来越高的研究和应用价值。

2.3 声学类非致命性武器

声波非致命武器作为非致命武器重要的组成部分，近年来，也得到了快速的发展，使用 声波武器进行非致命打击削弱敌对人员的作战能力已经成为一种极具潜力的新型作战方式。舰载声学类非致命性武器主要包括强声波武器、超声武器、次声武器、噪声武器等。目前，强声波武器已广泛列装在舰艇上，它发出的强声波足以威慑来犯者，距离越靠近，威慑效果越显著。美国近年来一直致力于大功率远距离声波传输装置的研制，并且早在2000 年10 月美国海军科尔号军舰遭到小船自杀式攻击后就开始进行研发，并在此基础上构建了一整套实验及测试系统。声波武器主要包含超声波武器、次声波武器及噪声武器，2020 年5 月，美海军研制的聚焦增强型声学驱动技术，能够实现远距离警告及呼救能力，并通过向船只驾驶人员提供可理解的语音命令实现拦截功能。人耳能听到的声音频率区间为20 ～20000Hz，超声波是指频率超过20000Hz 的声波，随着科技的不断发展，现在已经能够产生上千兆赫的超声波。

舰载超声波武器所产生的高频声波，是一种含有疏部和密部的振动波，在液体中传播时会使相互作用的液体收到拉伸或压缩，当超声波的强度达到一定程度时，液体就会发生断裂，特别是在含有杂质和气泡的地方，会产生空穴，在声波压缩阶段，这些空穴就会被压缩崩溃，即超声波在液体中传播是会引起空化作用。因为超声波频率高、衍射现象不明显，以及在液体中的空化作用，其具有方向性好、穿透力强（超声波虽然在气体中衰减严重，但是在液体和固体中衰减很小）、热效应明显（介质的吸收系数随波的频率增大而增大，频率越高，热效应越明显）等特性。非致命超声波武器主要是利用其定向传播能力和穿透能力的物理特性。入射到目标人员的的超声波能量部分被吸收和转化为机械压力，会导致视觉模糊、恶心等生理反应，从而迫使对方舰艇或潜艇行动终止或退出相关区域。

次声波武器的研究可追溯到20 世纪70 年代，当时法国研发的首台次声波发生器对在5000m 外的人员产生伤害。次声波的频率低于20Hz，虽然人耳感觉不到，但是次声波武器对人的伤害却巨大，被称为“无声杀手”。次声波武器所利用的基本物理原理就是共振，即某系统的受激频率与该系统的固有频率相接近时，系统振幅显著增大，两频率值相等时，振幅最大。因为人体主要器官的固有频率在3 ～17Hz，如果大功率次声波作用于人体，就会引起剧烈震动，当两者频率相近或一致时，就会产生共振，受攻击者会产生头晕、恶心、呼吸困难、神经错乱、甚至因血管破裂而丧命。次声波武器具有穿透力强、传播速度快、隐蔽性好、作用距离远等特点。舰载次声波武器有助于作战效能的提高，除了能攻击海面上的舰艇外，对处于深海中的潜艇、战斗海豚、水下蛙人等也同样有很大威胁，在未来海战中，次声波武器将会发挥重要作用。

次声波非致命武器根据发射频率及作用于人体部位不同，可分为以下两类（表3）。

表3 非致命次声武器对人体的作用

噪声波武器主要是借助所发出的一种定向的噪声波，达到在较短的时间内麻痹对方听觉或中枢神经，甚至昏迷状态。按作用距离分，现代噪声武器分为近距离和远距离两种。美国研制的声束枪是近距离噪声武器的代表，其产生的140dB 以上的声束，作用距离可达100m能使对方人员听觉失灵或身体失去平衡；按照投放方式的不同，远距离噪声武器可分为三种，如表4 所示。

表4 非致命远距离噪声武器分类

3 物理类非致命武器的发展前景

2018 年《美国国防战略》中指出，未来的行动环境将是一个竞争连续体（图2），在这种论述背景下，于2020 年提出“中间打击能力”这一术语，为非致命武器的进一步发展提供了根本指导，明确了非致命武器的使用范畴。

图2 竞争连续体示意图

全球海洋总面积达3.6 亿平方公里，占总面积的70.8%，海洋自古以来是在人类发展的过程中角逐的重要领域。近年来，随着对海洋资源的不断开发利用，人类愈加重视对海洋的战略地位的提高，围绕海洋利益和海洋权益展开的竞争和斗争日趋激烈，海上争端已成为世界上大多数海洋国家所面临的共同挑战，任何一方都“寸土必争、一岛不让”，非致命武器的应用，弥补了无伤害与致命性伤害之间的灰色地带，当今世界海上安全形势复杂多变，传统安全威胁与非传统安全威胁相互交织，小规模摩擦事件频发，尤其是在海上维权执法、打击恐怖活动、走私等行动中，舰载物理类非致命武器在海上执法、维护海权等多方面以其独有的优势受到各海洋强国的青睐，同时也适用于海上人道主义救援、维护和平和局部冲突等各种情况。各种新材料、新技术的出现将不断促使物理类非致命武器装备向着综合化、智能化、精准化、模块化等发展趋势，具备可以快速部署、机动隐蔽、环境适应性强等特点。新型物理类非致命武※※器对应对未来低强度海上军事博弈中赢得战场先机、获得主动权至关重要。