当科幻照进显示——漫话现代等离子防护技术_风闻

作者：兰顺正

首发自：《现代兵器》

在2024年初，国内军迷间突然开始于热衷探讨“等离子防护技术”，而其起因则是国防科大在2023年年底发了篇论文，文中详细讲了如何用等离子体防御高功率微波攻击。按照中国军事理论界“公开=成熟/落后”的传统逻辑，该论文不禁让人产生了很多的联想，而相关技术也成为了各方关注的焦点。

阻隔电波的等离子体

等离子体是包含足够数量的非束缚态电荷的多粒子体系，作为物质第四态，它是一种广泛存在于自然界中整体上呈电中性的电离气体。在宇宙形成的早期，所有的物质均处于等离子体态，现在的宇宙空间中也普遍存在着等离子体，如常见的火焰、闪电、极光、所熟知的地球电离层、太阳等所有的恒星，等等。在地球上，人工等离子体越来越多地出现在人们的视野里，日常生活中常见的日光灯、霓虹灯，电弧，以及等离子体显示屏等都是与人类生活密切相关的等离子体。民用领域对等离子体的研究，主要集中在几个方面:电磁辐射在电离层中的传播、磁流体动力学理论的建立、控制热核聚变的研究、空间等离子体物理的研究、激光等离子体物理的研究，以及气体放电和电弧等离子体技术及应用，例如等离子体切割、焊接、喷镀，等离子体化工、材料处理、冶金，以及火箭的离子推进等。

而关于等离子体在军事应用上的研究则可以追溯到1957 年，前苏联发射第一颗人造卫星时发现，在等离子体层的影响下人造卫星的电磁散射特性与普通金属球的不一样。后来，美国和前苏联专家都观察到了低空核爆炸试验中形成的数百公里等离子体区域对雷达波的“黑障”作用。

研究表明，等离子体和金属一样具有屏蔽电磁场的特性。金属的内部存在大量自由电子，当电磁波照射到金属表面上时，受到电磁场作用的自由电子发生移动，在金属内部产生感应电流和感应磁场，这个感应电磁场与入射电磁波相互抵消，确保了外部电磁场无法穿透金属。从量子力学的角度看，电磁波的本质就是光子，当光子打到金属内的电子上后，绝大多数都会被反射掉。

等离子体作为固体、液体、气体之后的第四种形态，在高温之下，组成物质的原子里面正离子（原子核）跟电子脱离，形成大量带正电的正离子跟带负电的电子混合的状态，当高能电磁波射入等离子体之后，它里面的电子会受到电磁场的加速作用，当能量达到一定程度，便会从呈中性的电子—离子混合状态中脱离出来，成为自由电子。随着高能电磁波的持续，越来越多高能的自由电子也会高速撞击其它电子—离子单元，从而使更多的电子脱离出来，这些被撞出的电子在被电磁场加速后，自己也转变成了撞击体，从而形成了链式反应（又称“电子雪崩”）。当等离子体内积聚足够多的自由电子后，从宏观性质上来看，就与金属很像了，因此也能阻挡电磁波的穿透。

未来战场的新盾牌

而等离子防护技术就是利用了等离子体屏蔽电磁波的特性，其重要应用方向之一就是用于防御高功率微波武器。一般来讲，高功率微波(HPM)是指峰值功率大于100MW、频率在1-300GHz内的微波。高功率微波武器是将高功率微波源产生的微波经高增益定向天线辐射，以极高的强度照射目标、杀伤人员和破坏电子设备的新概念武器，由能源、高功率微波发生器、大型聚焦天线、跟踪瞄准设备和其他系统控制等配套设备构成。

高功率微波武器既有软杀伤能力，即对生物体进行拒止，又有硬杀伤能力，即对被打击目标的电子设备和元器件造成干扰或损坏。它的毁伤机理包括电效应、热效应、生物效应。打击目标的金属设备及元器件在受到高功率微波照射后，会产生感应电压或感应电流，使电路器件工作性能下降、状态反转、击穿半导体结等，这就是高功率微波武器的电效应。如果通过高功率微波照射打击目标，使其温度升高，达到烧毁电路器件、半导体结热二次击穿等效果，则被称为高功率微波武器的热效应。另外，高功率微波能对生物体产生影响，可以通过热辐射使生物体表产生灼烧痛感，也可以造成生物的情绪烦躁、活动能力下降、神经系统紊乱，甚至失去知觉，这就是高功率微波武器的生物效应。

近年来无人机蜂群大行其道，鉴于高功率微波武器对此类装备的“降维打击”能力，各国纷纷在该领域投入大量精力。如美国CHAMP高功率微波武器系统已进行了多次试验，成功验证了对雷达系统、计算机系统等的打击效果。俄罗斯 Krasukha-4陆基高功率微波系统不仅能对抗战场监视机、无人攻击机、无人侦察机，还能对低地球轨道卫星进行有效破坏。

而与之相对的，就是对于高功率微波的防御问题。在之前各国采取的普遍做法是在装备的关键部位加装金属屏蔽网或使用特殊金属材料，以及使用电磁滤波器和涂覆吸波材料等等。而等离子防护技术则更为先进，首先等离子体是弥漫在设备表面的，不存死角与漏洞的问题；同时等离子体发生的电子雪崩的规模，跟入射电磁波的强度正相关，也就是敌方的矛越利，我方的盾越坚；另外考虑到等离子体对于电磁波的阻隔作用，该技术同样是一种有效的主动反雷达隐身技术。可以想象，未来一旦等离子防护设备被普遍装备，对于战机、导弹、无人机的突防能力以及重要军事目标的生存能力都会起到巨大的提升作用。