在討論真空核爆炸時(shí)，很多人會(huì)提到這樣一張圖：一團(tuán)絢麗的光芒在夜空中炸裂，卻沒有蘑菇云，也沒有沖擊波。這不是電影特效，而是真實(shí)發(fā)生過的歷史事件。
這是1962年美國(guó)進(jìn)行的一次高空核試驗(yàn)，代號(hào)“海星一號(hào)（Starfish Prime）”，是“魚缸行動(dòng)（Operation Fishbowl）”系列中的重要一環(huán)。
這次試驗(yàn)中，一枚當(dāng)量高達(dá)140萬(wàn)噸TNT的熱核彈頭，由PGM-17“雷神”導(dǎo)彈發(fā)射，升空至約400公里高度（已接近地球軌道），在太平洋上空引爆。由于爆炸地點(diǎn)已處于近地太空區(qū)域，幾乎沒有空氣介質(zhì)，因此沒有形成傳統(tǒng)意義上的沖擊波或蘑菇云。
當(dāng)核彈在高空爆炸時(shí)，其所釋放的巨大能量無法通過機(jī)械沖擊波向外傳播（因?yàn)槿狈ψ銐虻拇髿鈧鬟f動(dòng)能），于是能量便以光、X射線、伽馬射線和帶電粒子等形式迅速釋放出來。這種現(xiàn)象可以類比于：一臺(tái)電機(jī)在軸被突然卡死的情況下，無法將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，于是電流大量堆積在電路中，轉(zhuǎn)化為熱量將其燒毀——核爆也是類似的過程，只不過能量密度要高得多，釋放也更猛烈。
敲黑板，劃重點(diǎn)，伽馬射線成為這次高空核爆中最主要的能量釋放形式，而這也直接觸發(fā)了一個(gè)關(guān)鍵物理過程：康普頓效應(yīng)（Compton Effect）。
伽馬射線在穿透地球高層大氣（盡管極為稀薄）時(shí)，會(huì)與大氣分子或自由電子發(fā)生康普頓散射，將大量高速電子從原子中打出。這些被釋放出來的電子被稱為“康普頓電子”，它們?cè)诘厍虼艌?chǎng)中高速螺旋運(yùn)動(dòng)，形成一個(gè)短時(shí)間、超高密度的電流脈沖擾動(dòng)，最終在地面感應(yīng)出陡峭上升沿、極高電壓的電磁脈沖（EMP）。
這種由康普頓電子主導(dǎo)的電磁波段被稱為E1型EMP，它的上升時(shí)間可以達(dá)到納秒級(jí)別，而電壓可以高達(dá)幾萬(wàn)伏/米，足以摧毀地面大量電子設(shè)備。
這場(chǎng)試驗(yàn)所造成的后果遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了美軍原本的預(yù)期——由于對(duì)高空核爆電磁干擾效應(yīng)估算不足，導(dǎo)致了1300公里外的夏威夷出現(xiàn)大面積街燈熄滅、通信中斷、電力系統(tǒng)故障和電子設(shè)備燒毀的情況，甚至遠(yuǎn)在軌道上的多顆衛(wèi)星也在隨后幾個(gè)月中陸續(xù)失效。
在今天的學(xué)術(shù)文獻(xiàn)中，有些保守的表述會(huì)稱這是一場(chǎng)“意料之外的核試驗(yàn)副作用”；而在更誠(chéng)實(shí)的描述中，它其實(shí)是一場(chǎng)由于計(jì)算失誤所引發(fā)的災(zāi)難。
1963 年，有報(bào)道稱海星一號(hào)產(chǎn)生了一條 MeV 電子帶。1968年，有報(bào)告稱一些海星電子在大氣中停留了5年。
最終這件事情的結(jié)果是直接推動(dòng)了《外層空間條約》，條約禁止人類在太空中部署和使用核武器。原因很簡(jiǎn)單——再這么玩，即便是搞實(shí)驗(yàn)，不僅地球受不了、人類文明也受不了。
1000個(gè)字了，給大家講了一下今天說的事情的背景。
那么屏住呼吸，咱們繼續(xù)深入討論海星一號(hào)給大家?guī)淼能娛仑?cái)富，去他娘的《外層空間條約》，條約的約束力哪有武器效能的吸引力誘人呢？海星一號(hào)的爆炸機(jī)制使EMP炸彈在“計(jì)算失誤”下成為了現(xiàn)實(shí)。這東西太誘人了！你只要在合適的高度上釋放一枚足夠大當(dāng)量的核彈，你就可以燒毀方圓幾千公里范圍內(nèi)的電子設(shè)備，在人類在戰(zhàn)場(chǎng)上越來越依賴電子設(shè)備的情境下，沒有任何武器可以比EMP炸彈更有軍事價(jià)值。讀到這里，你應(yīng)該理解為什么W君在前面用這么大的篇幅給大家介紹背景信息了吧？你也應(yīng)該知道EMP炸彈的威力所在了。
這是一個(gè)戰(zhàn)略級(jí)的癱瘓手段，即便是一個(gè)幅員遼闊的大國(guó)，也只需要2-3枚EMP炸彈，就可以讓這個(gè)國(guó)家滾回原始社會(huì)。別幻想什么文明的跌落，怎么著也只會(huì)跌落到蒸汽時(shí)代。在現(xiàn)代的電子化的前提下，我們只有能用電的現(xiàn)代化和不能用電的原始社會(huì)的兩個(gè)狀態(tài)，指著EMP攻擊之后再造蒸汽機(jī)是來不及的。
但人嘛……總是不知足，這才是人類的天性。EMP這么大的威力已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了一般的國(guó)家領(lǐng)土范圍，例如在法國(guó)上空引爆一枚EMP炸彈，遭殃的就不僅僅是法國(guó)這么一個(gè)國(guó)家，周邊的德國(guó)、英國(guó)一樣不能幸免。而且每次引爆都要用一枚核彈在高空爆炸這件事真要下決心這么搞決心也是難下啊。于是就有了今天的標(biāo)題NNEMP的概念。
世界各國(guó)都在探索著用“非核彈”的方式實(shí)現(xiàn)小規(guī)模EMP炸彈的方式，這就是NNEMP（Non-Nuclear Electromagnetic Pulse Weapon）的研究方向。嗨了吧？你想想這是什么一種存在？我們不用癱瘓幾千公里范圍內(nèi)的電子設(shè)備，我們只需要癱瘓幾十公里范圍甚至幾公里范圍內(nèi)的電子設(shè)備，配合著偵查和精確打擊，可以點(diǎn)穴式的讓對(duì)方失控。這才是EMP武器真正厲害的地方，不用“重啟地區(qū)文明”，而是立刻致盲敵軍——炸癱一個(gè)機(jī)場(chǎng)、一座雷達(dá)站、一列通信節(jié)點(diǎn)，也就更符合現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)的要義。
怎么搞？有誰(shuí)在搞，以及誰(shuí)搞出來了。才是我們軍迷應(yīng)該關(guān)心的問題。
通常意義上的NNEMP的技術(shù)路線是利用高能炸藥爆炸激勵(lì)線圈產(chǎn)生電磁波燒毀特定范圍內(nèi)的電子設(shè)備。
在2012年美國(guó)空軍試驗(yàn)了CHAMP（Counter-electronics High Power Microwave Advanced Missile Project，反電子高功率微波先進(jìn)導(dǎo)彈項(xiàng)目）。其核心部件是一臺(tái)（Explosively Pumped Flux Compression Generator，爆炸磁通壓縮發(fā)電機(jī)）。原理圖是這樣的：
- 系統(tǒng)通電后，儲(chǔ)能電容器通過開關(guān)向定子導(dǎo)線注入高強(qiáng)電流，在線圈周圍產(chǎn)生初始磁場(chǎng)，這是整個(gè)裝置的能量基礎(chǔ)。
- 爆炸裝藥被觸發(fā)，引爆波沿著空心金屬電樞從一端向另一端高速推進(jìn)。
- 隨著爆炸波前推進(jìn)，金屬電樞內(nèi)壁迅速膨脹，與定子線圈接觸形成運(yùn)動(dòng)短路，這會(huì)將定子從初始電源中斷開，進(jìn)入“電磁封閉”狀態(tài)。
- 短路波前推動(dòng)下，原有磁通量被迅速壓縮到一個(gè)極小體積中，磁場(chǎng)強(qiáng)度急劇上升，最終在短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生一個(gè)極高強(qiáng)度、短持續(xù)時(shí)間的電磁脈沖（EMP），可瞬間干擾或摧毀周邊電子設(shè)備。
這種裝置的核心物理機(jī)制基于法拉第電磁感應(yīng)定律與磁通守恒原理。通過將一個(gè)初始磁場(chǎng)在閉合空間中進(jìn)行“爆炸驅(qū)動(dòng)式壓縮”，瞬間提高磁場(chǎng)密度并強(qiáng)行釋放能量。輸出功率可以達(dá)到上億瓦級(jí)的峰值，盡管持續(xù)時(shí)間極短（通常為納秒至微秒量級(jí)），但足以造成周邊電子系統(tǒng)癱瘓。
這個(gè)核心的實(shí)物是這樣的：
實(shí)物我們都能看到了，原理也很簡(jiǎn)單，但是這些都是理論層面的東西，在工程層面上來看就得保證這套裝置結(jié)構(gòu)在劇烈的爆炸中必須得堅(jiān)持那么幾十毫秒的時(shí)間。以便于磁場(chǎng)壓縮激勵(lì)線圈放出強(qiáng)大的電磁波。
原因很簡(jiǎn)單，裝置面臨的是劇烈的爆炸，因此在很多人想象中的幾個(gè)線圈幾塊磁體的結(jié)構(gòu)在組裝和實(shí)現(xiàn)上并不比組裝一枚核彈的價(jià)格簡(jiǎn)單。這也是為什么Champ的造價(jià)堪比核彈，并沒有真正在戰(zhàn)爭(zhēng)中使用的緣故。在2022年7月美國(guó)在中國(guó)湖測(cè)試場(chǎng)測(cè)試了丐版的小型NNEMP武器HiJENKS（High Power Joint Electromagnetic Non-Kinetic Strike，高功率聯(lián)合電磁非動(dòng)能打擊器）大幅度的降低了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)復(fù)雜度。
讓這個(gè)系統(tǒng)更加小型化也更加便宜，但作用距離也就相對(duì)縮小了，據(jù)地面測(cè)試的結(jié)果推算，其作用距離不足10公里，主要以1~6 GHz波段的電磁波對(duì)雷達(dá)、電子設(shè)備進(jìn)行覆蓋攻擊。其能量峰值達(dá)到了300兆瓦，攻擊窗口小于100納秒。核心的總體重量約為100公斤，可以由中型無人機(jī)、小型戰(zhàn)機(jī)攜帶。
對(duì)于美國(guó)的這種設(shè)計(jì)，其實(shí)俄羅斯也有。在俄羅斯的叫法叫做射頻武器。
基本上原理和美國(guó)的裝置類似。研究在上世紀(jì)80年代就取得了一定的成果，不過還是因?yàn)橘F以及蘇聯(lián)的解體沒有得以大范圍應(yīng)用。在2018年，俄羅斯的反衛(wèi)星武器計(jì)劃中又提出了利用NNEMP對(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行打擊的方案，這一塵封已久的武器系統(tǒng)就又浮出水面了。間接的證明俄羅斯的NNEMP也在實(shí)戰(zhàn)中可以應(yīng)用。
為什么現(xiàn)在美國(guó)和俄羅斯在NNEMP領(lǐng)域領(lǐng)先呢？其實(shí)這件事和冷戰(zhàn)有關(guān)。當(dāng)初兩國(guó)一方面不斷的加大自己的核武器庫(kù)庫(kù)存另一方面在互相拉扯削減核武器的數(shù)量。本身兩國(guó)國(guó)家都有共識(shí)是未來核武器無法大規(guī)模使用，因此都在核武器的周邊尋求更多的技術(shù)積累。利用替代性的武器來達(dá)成核武器的目標(biāo)。這有點(diǎn)類似于當(dāng)年的協(xié)約戰(zhàn)艦了，一旦給了一個(gè)國(guó)家最終的戰(zhàn)艦配額，這些國(guó)家就會(huì)挖空心思去在現(xiàn)有的“配額”中，盡最大的努力發(fā)揮武器效果。換句話說也就是也正因?yàn)椤度A盛頓條約》的簽訂，大大的加快了世界各國(guó)對(duì)戰(zhàn)艦技術(shù)的提升。
核武器也是這樣。NNEMP雖然不是核武器，但和核武器的關(guān)系過于緊密。這是冷戰(zhàn)的紅利，因此美國(guó)和俄羅斯實(shí)際上是吃到紅利的一方。長(zhǎng)期以來NNEMP，技術(shù)也就一直被美俄壟斷以至于在美國(guó)的航空周刊介紹這個(gè)技術(shù)的時(shí)候他們甚至用了“Leave Them Sitting In Silence, In The Dark（讓他們靜靜的坐在黑暗中）”這樣的詞語(yǔ)，你可以細(xì)品這句話到底有多么黑暗。
那么最后的一個(gè)問題——我們呢？中國(guó)軍迷的特點(diǎn)就是不怕別人有，就怕知道了別人有自己沒有很尷尬。
其實(shí)我國(guó)從70年代開始也研制過EMP武器，注意是“EMP”。但是由于咱們自己的核試驗(yàn)數(shù)量太少，很難積累出太多的核爆炸數(shù)據(jù)，因此我們的EMP研究一直是處于“原理知道，但實(shí)踐很少”的階段。同時(shí)，咱們其實(shí)沒有在任何核裁軍的協(xié)議和條約中簽過字，所以，NNEMP也不是特別迫切，于是一耽誤就耽誤了30多年。2023年實(shí)際上的成果就出來了。其實(shí)我們不用美俄一直采用的線圈了方案了，咱們用的是“壓電陶瓷”技術(shù)。
這個(gè)東西的開創(chuàng)性有點(diǎn)類似于當(dāng)年氫彈的泰勒-烏拉姆構(gòu)型和于敏構(gòu)型的區(qū)別。
傳統(tǒng)的NNEMP，一路走的是泰勒-烏拉姆式“豪華三明治套餐”：靠炸藥擠壓金屬殼，驅(qū)動(dòng)線圈磁通壓縮，把磁場(chǎng)像灌香腸一樣封閉起來，然后瞬間釋放。理論很性感，實(shí)驗(yàn)也很帶感，但問題是，它需要定子、線圈、電樞、炸藥、封裝和大功率電容器的高精度協(xié)同。這玩意和核彈一個(gè)毛?。耗悴皇窃觳怀鰜?，而是造出來之后根本不舍得扔。哪怕是CHAMP這樣的高空投送版，也是幾千萬(wàn)美元一套，不是打得起的問題，是打得“冤”。
而壓電陶瓷NNEMP這條路線更像是于敏構(gòu)型：不靠結(jié)構(gòu)疊加搞復(fù)雜聯(lián)動(dòng)，而是從材料物理層面上直接找“電場(chǎng)-力學(xué)-聲波”的共振點(diǎn)。
壓電陶瓷，尤其是鋯鈦酸鉛（PZT）類材料，具備極高的壓電常數(shù)，在受力變形的瞬間可以釋放數(shù)千伏甚至上萬(wàn)伏的電壓。你給它一個(gè)機(jī)械沖擊，它給你一束短促但極高能量密度的電壓脈沖。這種沖擊源，可以是定向炸藥，也可以是磁驅(qū)激波，關(guān)鍵是：我們的NNEMP不再需要復(fù)雜的磁通壓縮環(huán)節(jié)了。壓電陶瓷NNEMP的核心結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單：一組壓電陶瓷疊層模塊 + 放大驅(qū)動(dòng)電路 + 短波天線。爆炸驅(qū)動(dòng)沖擊波打在陶瓷模塊上，瞬間釋放出的高壓電流直接激發(fā)耦合天線，向外輻射微波EMP。
好處是——結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，極易微型化：沒有電樞金屬膨脹、沒有定子線圈燒毀問題，基本上就是“炸一下，電出來，啪地放出去”。反應(yīng)速度極快：電壓躍變時(shí)間可小于10納秒，甚至達(dá)到皮秒級(jí)別，非常適合打“短時(shí)、尖峰”式電子癱瘓波；壓電裝置重量低、功率密度高，可集成于巡飛彈、無人機(jī)、乃至手拋式擾斷器里頭。
當(dāng)然，它也不是完美無缺：壓電NNEMP的電磁波通量不如爆炸磁通壓縮法強(qiáng)大，作用距離一般在幾百米到兩三公里之間，屬于戰(zhàn)術(shù)級(jí)、點(diǎn)穴式電磁武器。
說下基本原理，這是一種叫做沖擊極化效應(yīng)（shock induced polarization, SIP）的技術(shù)，沖擊波在固體介質(zhì)中傳播時(shí)，材料內(nèi)部的載流子（電子、離子等）被強(qiáng)迫遷移，在材料兩端形成電壓或電流的現(xiàn)象。這個(gè)過程不同于壓電效應(yīng)，也不是熱電效應(yīng)，它往往伴隨高應(yīng)變率、大變形甚至材料破壞。
當(dāng)炸藥爆炸的爆轟波作用于特殊材料的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致這些材料中的電子逸散，從而在微秒級(jí)別釋放出電場(chǎng)。
根據(jù)我們最新的研究成果，論文中提到的BNT-BA陶瓷在短路模式下釋放的電荷密度高達(dá) 38 μC/cm2，換算過來理論上每千克BNT-BA可以提供的電功率達(dá)到了3.6X10?瓦。
同時(shí)，采用這種材料的NNEMP摒棄了大量的線圈，因此可以依據(jù)爆炸模型將外形制作得更適用于爆轟。其實(shí)這也正是新材料NNEMP最大優(yōu)點(diǎn)之一，就是它的“集成友好性”。你想想，把一坨高能炸藥裹著幾十克陶瓷，外面包一個(gè)螺旋天線，然后裝進(jìn)彈頭里，不比你上天找個(gè)定子繞圈圈來得實(shí)在？而且，它對(duì)載體的需求極低，不需要大電源，不需要磁通壓縮空間，不怕結(jié)構(gòu)受震，也不怕金屬部件變形。實(shí)戰(zhàn)里你只需要解決一個(gè)問題：怎么把它“送到”目標(biāo)邊上。
那這就意味著什么？意味著無人機(jī)、彈道終端、巡飛彈、反輻射導(dǎo)彈、甚至特種兵手雷，全都可以“嫁接”這種壓電EMP彈頭。小到你可以拿來打固定站點(diǎn)、野戰(zhàn)雷達(dá)、野外指揮車，大到你能用它做成對(duì)抗無人集群的“瞬間致盲彈”，只要一炸，目標(biāo)附近幾十米甚至幾百米范圍的攝像頭、遙控系統(tǒng)、控制終端，全都像斷電一樣進(jìn)入“短時(shí)植物狀態(tài)”。
而且，這套方案最大殺手锏在于——它太低調(diào)了。爆炸規(guī)模小、無持續(xù)放電聲、基本不引發(fā)火焰效應(yīng)，戰(zhàn)場(chǎng)痕跡極輕；你甚至很難判斷目標(biāo)設(shè)備是EMP癱瘓還是系統(tǒng)故障。換句話說：它讓“黑掉戰(zhàn)場(chǎng)”這件事，從后臺(tái)變成了前臺(tái)。
而從戰(zhàn)術(shù)到戰(zhàn)略，壓電陶瓷NNEMP也具備“規(guī)?；斗拧钡臐摿ΑＤ憧梢砸淮吾尫艓资段⑿虴MP子彈頭，配合精確導(dǎo)航，在敵人防空雷達(dá)、通信陣地、預(yù)警鏈條上“撒胡椒面”。相比線圈爆壓式NNEMP的“大殺器”思路，壓電陶瓷路線更像是“EMP蜂群突襲”，更靈活，更難防。
不過，別太高興，咱們的新材料研究是體現(xiàn)了這種特性，但距離實(shí)戰(zhàn)化還有一定的時(shí)間。W君這邊不吹牛不打雞血?，F(xiàn)在在沒看到正式的官方消息，從研究路徑上來看，我們是摸到了NNEMP的門檻，暫時(shí)這件事咱們先這樣定義好了。
#頭條精選#
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