电磁脉冲攻防战：“护体坚盾”消弭“无形杀手”

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讲述人：李跃波，国防工程研究院高级工程师

作者：赵杰、陈显、杨杰

著名科幻小说作家刘慈欣在《球状闪电》中描述了这样一幅场景：在数枚球状闪电产生的电磁脉冲攻击下，人类文明一下子倒退到了“冷兵器时代”。

电磁脉冲，是一种瞬变的强电磁波，可由核爆炸、雷电、静电放电及人为技术等产生。随着电子信息系统在各个领域广泛应用及其作用不断加大，专门用于毁伤电子信息设备的强电磁脉冲武器已成为世界各军事强国研究的热点。

俗话说：“有矛必有盾。”随着电磁脉冲武器正在成为信息化战争条件下威胁军事装备、重要军事设施和国家关键基础设施安全的“无形杀手”，各种设施设备若想在信息化战争中求得生存，必须采取有效的防护措施。

大型屏蔽体结构剖面图

“金钟罩”—电磁屏蔽

在武侠小说中，有这样一种武功——“金钟罩”：习武之人只要练成这种功夫，就可全身刀枪不入，立于不败之地。

电磁屏蔽就好比这种功夫，只要将防护对象置于电磁屏蔽体内，就可免受“无形杀手”电磁波的攻击。

电磁波作为一种物理现象，已被人们广泛认知并加以应用。电磁脉冲的破坏力首次被人们认知则是在核武器出现之后。美国曾在一座海岛上空400千米处，试爆了一枚140万吨当量的核弹，引起1300千米范围内的电力电子系统失效：街灯断电、报警器误响、断路器跳闸、通信中断……刚开始人们还不知是什么原因，后经科研人员分析研究，才知道是核武器爆炸产生的电磁脉冲所致。

电磁脉冲的这一特性被发现后,世界各国开始研发不依赖核爆炸就能产生电磁脉冲的武器。有的进行了“反电子装置高功率微波先进导弹”飞行试验，导弹发射后向沿途目标放射了高功率微波脉冲，结果导致所有建筑设施内的电子系统都不同程度地受到影响或失效。计算机在导弹飞临的几秒钟内全部黑屏、关机，甚至用于监视现场情况的摄像机也因受到影响而关机。

为了抵御电磁脉冲对电子设备的巨大威胁，电磁屏蔽技术应运而生。

所谓的电磁屏蔽，就是利用金属等电磁屏蔽材料做成屏蔽体，将需要防护的区域封闭起来，把电磁脉冲隔离在屏蔽体外，需要通风和进出人员设备的孔口则采用电磁屏蔽门或波导窗保护起来。当电磁脉冲来临时，其电磁能量被屏蔽体反射、吸收或阻断。即便侥幸穿透了屏蔽体，电磁能量和电磁场强度也会衰减到可以接受的程度，对屏蔽体保护下的电子信息系统难以产生实质性影响。

电磁屏蔽技术形式多样，目前已广泛应用到各种电磁防护领域。如建立各类电磁屏蔽体，包括焊接式钢板屏蔽体、组装式钢板屏蔽体、屏蔽方舱、屏蔽帐篷、屏蔽机柜等。

“罩门防护”—传导抑制

武功“金钟罩”虽然厉害，但并非没有弱点：练这种功夫的人都有“罩门”，在与人交手时，都千方百计地对此进行严密防护。一旦对方攻击到“罩门”，“金钟罩”会立即被破。

对电磁屏蔽体而言，自身也有“罩门”——各种进出屏蔽体的管线。若不对这些进出部位进行特殊防护处理，电磁脉冲会沿着管线，直接传导耦合进入屏蔽体内部，屏蔽体就失去了防护作用。因此，必须对这种传导耦合进行抑制，即“罩门防护”。

为了既能让正常的信号进入屏蔽体，又能把电磁脉冲挡在屏蔽体外，就需要用到抑制传导耦合技术。

抑制传导耦合技术的基本原理是，在屏蔽体上安装特殊的传导抑制设备，管线必须通过传导抑制设备才能进出屏蔽体。这些设备就像门口的卫兵一样，可切断电磁脉冲进入屏蔽体内的途径。

目前，抑制传导耦合器件有很多种类和形态，归纳起来主要靠4项技术：滤波、波导截止、限幅、光隔离。

滤波是一种常用的信号处理技术，利用电源滤波器、信号滤波器等器件，采用筛选的方法，把管线上特定频带以外的频率成分有效滤除，一般用于电源、信号等线路的防护。

波导截止是利用波导效应，让电磁波通过一个又细又长的孔，把电磁波衰减在截止频率以下的一种技术。其典型产品就是波导窗，多用在通风系统进出屏蔽体的部位。

限幅是采用钳位的方法，利用专门的限幅器，把输入信号电压幅度钳制在限定电压范围内的一种技术手段。当输入电压超过其额定值后，无论输入电压多强，都将被限制在额定值内，从而起到保护设备的作用。我们所熟知的避雷器就是一种常用的限幅器。

光隔离是利用光信号不受电磁干扰的特性，通过各种光电转换设备，将电信号先转换为光信号后，再导入屏蔽体，尔后在屏蔽体内将光信号还原为电信号的一种技术手段。日常上网所用的光纤系统就是其中一种。

“万流归宗”—接地泄流

在武侠世界里，还有一种神奇功夫叫“万流归宗”：无论对手的打击来自哪里、力量有多大，都能通过自己身体迅速泄到地上而免受伤害。

在电磁防护技术中，也有一种类似的“功夫”——接地，即将电力系统和电气装置的中性点、电气设备的壳体或装置外导电部分与大地相连的技术。它能把电磁脉冲在电气系统内产生的干扰电流通过接地系统迅速泄入大地，以防设备在电磁脉冲武器打击下损毁。

目前，世界各国都非常重视大型重要电力基础设施的接地问题，均采取了专用的综合接地系统进行保护。对重要设施来说，为提升接地系统的可靠性，接地系统一般不单独设置，而是组成一个公共接地系统，甚至直接建立大型防电磁脉冲接地网进行防护。

大型接地网是一种立体网状结构接地体，由埋在地下一定深度的多个金属接地极和连接它们的导体组成，可起到综合防护作用。当电子信息系统遇到强脉冲电流时，能迅速将强电流通过接地系统就近引入大地，达到安全稳定运行的目的。

“天蚕再变”—新兴技术

看过电视剧《天蚕变》的剧迷，应该会记得这样一种功夫：主角受重伤后，常规手段无法医治，只能通过死中求生的方法孤注一掷，练就天蚕神功，化茧为蝶，成为全新高手。

对电磁防护技术体系来说，新的电磁武器不断涌现，对现有防护技术也提出了严峻挑战，倒逼着对电磁防护新材料和新技术进行研究，从而实现“天蚕再变”。

目前，已出现新兴电磁防护材料和技术——

频率选择表面材料。这一材料拥有单屏或多屏周期性阵列结构，由周期性排列的金属贴片单元或在金属屏上周期性排列的孔径单元构成。这种表面可以呈现全反射或全传输特性，俗称“空间滤波器”，在电磁防护领域应用前景广阔。

能量选择表面材料。这是一种“聪明”的电磁防护材料，以空间电磁能量作为激励源，实时改变材料的电磁特性或结构的阻抗特性，从而改变能量选择表面对电磁波的传输特性。在强场作用下，能量选择表面瞬间由高阻态变为低阻态，从而起到屏蔽作用；在弱场作用下，由于场强不足以导致电磁能量选择表面从高阻态转换到低阻态，从而使正常信号顺利通过。

石墨烯。这是一种炙手可热的超级材料，拥有以特殊轨道组成六角型的碳原子结构。该材料与传统材料相比，具有超薄、超硬、超强导电性，满足吸波材料对“薄、轻、宽、强”的要求，有望突破传统电磁防护材料的极限，制成高性能电磁吸波材料。因此，在电磁屏蔽领域应用前景极为可观。

微波光子技术。这是微波技术、光子技术和电子工程技术集大成者，重点研究微波和光子在机理上的相互作用，目标是用光子技术手段解决微波瓶颈问题。采用微波光子技术的设备，将大量使用非金属光学器件替代传统电器件，可直接切断电磁脉冲的耦合和传输途径，保护后端电子设备不受电磁干扰或毁伤。

总之，无论是采取电磁屏蔽、传导抑制、接地泄流手段也好，还是应用新兴技术也罢，对于消弭“无形杀手”均起到了“护体坚盾”的作用。在实际战场环境中，只有因地制宜、合理设计、综合运用，打好“组合拳”，才能构成电磁脉冲防护体系，达到最佳防护效果。

来源：中国军网

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