http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2012-12-05
虽然对高功率微波的研究已经进行了50年，美国军方仍未能制造出实用的微波武器
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1962年进行的“海星一号”核试验
虽然对高功率微波的研究已经进行了50年，美国军方仍未能制造出实用的微波武器，这种耗时耗能巨大的武器能否出现在未来的战场上？
撰文 莎伦•温伯格(Sharon Weinberger) 翻译 王栋
对一些五角大楼的官员来说，2007年10月的那次公开演示，看起来就像多年的梦想成为现实——终于可以用一束能够造成灼伤痛苦的能量来对付记者了。
在美国弗吉尼亚州匡蒂科进行的这次演示，是美国空军的主动拒止系统(Active Denial System)为数不多的公开展示之一。这是一种试验性非致命防暴武器，它能够发射一束95G赫兹(1G=109)的微波，侵入皮肤的深度不超过半毫米，所以该微波束能够给人造成剧烈的灼烧感，以此迫使他们避开，但理论上不会对人造成永久性的损伤。
然而，测试当天是个阴雨天，空气中的雨滴起到了水汽通常会造成的效果——吸收微波。结果，当一些记者自愿置身于这束被衰减了的微波里时，他们发现，在这样一个阴冷的天气里，那种由微波造成的暖暖的感觉还真是蛮舒服的。
虽然，在今年3月份那个晴天里的演示要成功得多，但它仍未能改变一项基本事实，那就是似乎没有人对五角大楼唯一承认且已经发展成熟的“高功率微波”(high-power microwave，HPM)武器感兴趣。虽然，主动拒止系统(在大多数情况下)都能如其宣称的那样有效，但其巨大的体积、能量消耗以及技术上的复杂性让它无法在战场上产生实际作用。
高功率微波武器的研发，源于大约50年前的东西方技术竞赛，这种武器的研发在各个方面都遭遇了困境。在美国，虽然用于电磁武器研发的经费与冷战时期的水平相比有所减少，不过每年仍约有4 700万美元，但研究进展却依然迷雾重重，“甚至还有很多虚假消息，”英国伦敦国王学院已退休的核物理学家彼得•齐默曼(Peter Zimmerman)说，他同时也是位于华盛顿的美国军备控制与裁军署(US Arms Control and Disarmament Agency )的前任首席科学家。虽然将来的研究或许能带来科学上的进步，但“我不认为他们能制造出有效且实用的武器。”他补充道。此外，对美国高功率微波项目持反对态度的人认为，此项目已经变成了一项遥不可及的妄想，加之其保密的特性，使得这项研究要想取得真正的进展愈加困难。
电磁武器 (军队里俗称“E弹”)的概念，最早是在1962年7月8日提出的。也是在那一天，美国进行了当时最高当量，代号为“海星一号”的高空核试验。当天夜里11点零9秒(夏威夷时间)，一枚140万吨当量的热核弹头在太平洋中部400千米的高空被引爆。爆炸产生的大量高密度带电粒子沿着地球磁场向外迸发。它们的回旋运动产生了一束微波脉冲，导致测量仪器失准。爆炸所产生的极光带在洋面上空闪烁，照亮了整个夜空。在距离爆点1 300多千米外的檀香山(Honolulu)，脉冲不仅导致防盗警报器此起彼伏，路灯也纷纷熄灭，最后连供电线路也跳闸瘫痪了。
1963年8月签订的《部分禁止核试验条约》(Partial Test Ban Treaty)，禁止进行除地下以外任何地点的核试验。从那时起，再也没有类似“海星一号”那样的核试验了，但是，当时冷战双方的军事决策层，发现了这次实验中电磁脉冲的破坏潜能，并展开了一场利用这种潜力制造非核武器的竞赛。
进展不顺
从一开始，美国空军一直就是高功率微波项目的主要投资方。最初，它的目标是研制出能够瘫痪敌方计算机、通讯系统及其他电子设备的武器。从理论上来说，该想法依然十分诱人：E弹的爆炸会发射出以光速运动的微波“子弹”，在恰当的频率下，这些子弹就能够使目标丧失功能而不会造成附加伤害。一次小规模的爆炸就可以让车辆熄火困在原地，雷达变成“瞎子”，计算机也会被毁坏……
然而，要实现以上目标，高功率微波武器还要面临一个主要的技术挑战：即如何产生一束既高度定向(能够选择特定目标)，又具有足够大功率(对目标造成显著影响)的脉冲？而且发射装置最好要足够轻便，能够用飞机或导弹投放。
其实，电池驱动设备就能够产生高功率微波脉冲，不过，要想产生这种能摧毁电子设备的高度聚集的能量，通常还需要在设备内部引发一次普通的爆炸(参见插图“E爆炸”)，但在有人驾驶的飞机里这样做是很危险的，齐默曼也指出，“在(飞机的)关键部位，几磅炸药就能让它坠毁”。所以最近几年，美国空军一直在寻求能用导弹投放的高功率微波武器。
“反电子设备高功率微波先进导弹项目”(CHAMP， Counter-electronics High-power Microwave Advanced Missile Project)旨在研制一种实验性的巡航导弹，用来攻击电子目标，比如生产大规模杀伤性武器的工厂。作为该项目的主要承包商，无论美国空军还是波音公司都不会透露该项目的技术细节，不过这种巡航导弹还只是一个原型。去年CHAMP在进行试飞时，并没有携带高功率微波武器设备。
把微波发生器做得足够紧凑，以便适合导弹投放是可能的。美国得克萨斯理工大学的工程师，研制了一种实验性的、基于爆炸触发的微波源，直径16厘米，长不到2米，但该工程的首席研发人员安德列亚斯•诺伊贝尔(Adreas Neuber)指出，他们的研究还存在一些物理限制：为了在保持系统小型化的前提下，使微波功率最大化，工程师必须增强微波源内部的电场强度。这样做可能会使系统的绝缘材料严重失效，导致系统在聚集起高能量之前就引发短路。
即便军方真的能将高功率微波武器设备投送出去，并能击中目标，那么电磁脉冲的杀伤力到底如何，对此人们也有不小的争议。上世纪80年代末，美国空军对微波武器进行的首次公开测试中，一部名为“吉普赛人”(Gypsy)的设备成功瘫痪了一家银行的个人计算机，不过基于那次成功的后续研究却变得极其困难，曾在美国洛斯阿拉莫斯国家实验室担任“降低威胁”(threat reduction)部门副主任的物理学家道格•毕森(Doug Beason)说，“我们知道微波是如何影响电子元件的，例如晶体管、电容器、感应器等，但把这些元件整合到复杂的电路系统中时，用微波再进行破坏就变成了一个更像是由随机性控制的过程，我们无法每次得到相同的结果”。另外，毕森还出版了一本探讨直射能武器的著作——《E弹》(2005年)。
当电磁能量流穿过外围结构(例如建筑物)时也存在类似的不确定性。“这一过程是混乱无序的，”美国新墨西哥大学的电气工程师埃德尔•沙姆格鲁(Edl Schamiloglu)解释说，他参与了一项由美国国防部资助、多个大学合作的研究计划，试图改进这一过程，“当电磁辐射或波束进入外围结构后，它会来回反射并且不会有重复的轨迹。”沙姆格鲁说。
总之，在“吉普赛人”实验的20多年后，科学家仍不清楚这种武器的杀伤力究竟如何。况且敌方可能会采取反制措施，这些措施可以很简单，例如在敏感电子设备四周装上“法拉第笼”(Faraday cage)——这和微波炉里使用的铝制电磁防护网是一回事。
针对破环电子设备的研究大部分都是保密的，但在2001年，美国空军宣布，以人为目标的微波武器的研发取得了实质性进展，也就在那时，主动拒止系统开始为世人所知。
该系统的研发始于上世纪90年代，当时美国空军正致力于微波生物效应的研究。一项代号为“你好”(Hello)的计划研究了如何调制微波加热效应，以便在人的内耳中产生“咔哒”声和“嗡嗡”声，以制造能够摧毁人心理的“大脑噪音”(voices in the head)。另一代号为“再见”(Goodbye)的项目，则希望用微波来制止人群暴动。还有一个名为“晚安”(Good Night)的项目，它是想要弄清楚微波能否杀死一个人。
前景渺茫
最终，只有“再见”项目进入了武器研发阶段，进一步的生物效应研究在美国得克萨斯州圣安东尼奥附近的布鲁克斯空军基地秘密进行。然而，就在测试武器已经准备好从动物实验转为人体实验时，该项目险些下马。2000年，美国五角大楼防御研究和工程主管，同时也是得克萨斯大学奥斯汀分校的核工程师汉斯•马克(Hans Mark)访问了布鲁克斯，了解项目的进展。“马克博士不相信这一效应，”毕森回忆道，“而且他还同一位主要研究人员发生了争吵。”但是，项目如果要继续，还需要得到马克的批准，所以马克同意根据实验结果来做决定。
最终，美国空军进行了人体实验。布鲁克斯的科学家打趣道，“从没见过一位政府官员的态度转变得如此之快，”毕森回忆说。
马克表示，他之所以对“再见”项目的效应持怀疑态度，是因为他觉得其拥护者对此的宣传“过于夸大”。不说别的，单说该系统中驱动脉冲发生器的超导磁体所需要的冷却系统，就因为太大太笨重而不可能在实战中应用。马克还说，他允许该系统进行到人体实验这一步，并不是因为他被说服而认为该系统可行，而是在他自己暴露在微波束里，经过亲身体验之后，觉得人体实验至少不会伤到人。不过他也说，“这个项目基本上就是在浪费钱”。
事实已经证明，马克的担心确有先见之明：部署这种武器的努力最终是竹篮打水一场空。在2001年的首次展示中，美国国防部宣称，主动拒止系统能用于如科索沃和索马里等地的维和行动，但当美国联合非致命性武器管理局(Joint Non-Lethal Weapons Directorate)提出，要将主动拒止系统部署到2003年的伊拉克战场时，却被拒绝了。
“我们知道，它并不可靠，”在去年的一次采访中，美国海军陆战队科技顾问弗朗兹•盖尔(Franz Gayl)评论说。还有更糟糕的，由于脉冲发生器太大，以至于必须由专用设备车辆来运输。“这简直将是一场灾难，”盖尔说，“它的操作员就是一个活靶子。”最让人担忧的是，在人们使用该系统之前，还要将它冷却到-269.15℃——这一过程要花16个小时！
2010年，美国国防部曾试图将该武器部署到阿富汗，但它又被原封未动地运回了美国。同年，美国加利福尼亚州也否决了一项用于监狱管理的小型设备。该设备的制造方雷声公司拒绝对此发表评论。
其他类似项目的进展也好不到哪儿去。美国空军研究实验室(The Air Force Research Laboratory)研制了一台名为“最大功率”(MAXPOWER)的高功率微波系统，来远距离引爆路边的炸弹，但是它的体积有一辆拖车大小，部署在阿富汗显得太笨重了。美国国防部的反炸弹机构“联合反简易爆炸装置组织”(Joint Improvised Explosive Device Defeat Organization)以保密为由，拒绝对该系统发表任何相关评论，但他们的确表示，在2011年，他们没有资助“最大功率”项目。
今年7月，上个月刚刚退休的美国空军总司令诺顿•施瓦兹将军(General Norton Schwartz)警告说，由于预算削减，某些科学研究将不得不被中止，但是高功率微波技术的研究还会继续。他对专业杂志《一周航空和空间技术》(Aviation Week & Space Technology)说，“高功率微波技术显然具有潜在价值，”而且还警告说，其他国家如俄罗斯可能在该领域超过美国。
牵强的理由
推动美国军方继续投资微波武器(即便没有什么明显的进展)的原因之一，似乎是他们担心其他国家，甚至恐怖分子可能正在研发类似的技术。根据2009年美国海军研究办公室( Office of Naval Research )准备的一份关于非致命技术的简报，俄罗斯甚至伊朗都在致力于高功率电磁项目的研发。除此之外，位于英国霍尔斯特德堡的英国国防科学技术实验室也正在资助进行一项机密的、能够使车辆瘫痪的研究项目。
但是，以上情况并不能证明高功率电磁武器的军备竞赛仍在进行。至少，一些国家(例如美国)研发这些武器，更多的是因为担心自己受到该类武器的攻击。现代技术，例如移动电话，特别容易受到高功率电磁武器的影响，德国弗劳恩霍夫技术趋势分析研究所(Fraunhofer Institute for Technological Trend Analysis)的电磁效应及威胁业务小组组长迈克尔•苏赫克(Michael Suhrke)解释说。
对于高功率微波武器落入恐怖分子手里的担心，许多科学家认为这充其量也就算一个牵强的理由。美国哈佛—史密森天体物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)高能天体物理学部的物理学家尤萨夫•巴特(Yousaf Butt)说，即便恐怖组织具备进行必要测试所需的复杂设备和技术，他们干吗要用它？无论任何规格的微波武器，几乎都需要爆炸物来驱动，可如果手头上有那些爆炸物的话，他们为何不干脆直接投放炸弹呢？
“恐怖分子有可能做出微波武器吗？”华盛顿的智库——军备控制和防扩散中心的高级研究员菲利普•科伊尔(Philip Coyle)问道。他曾在2010至2011年间担任美国白宫科学技术政策办公室(White House Office of Science and Technology Policy)的国家安全和国际事务部副主任，“可能性很小。虽然我不会想当然地认为恐怖分子绝对做不出这种武器，但我倒宁愿恐怖分子在忙着制造高功率微波武器而不是汽车炸弹”。
对于高功率微波武器能否最终成为实用武器，专家仍持不同意见。但有一件事是清楚的：“E弹”瘫痪汽车或飞机的神奇效能还从未在战场上实现过。当被问到美国空军是否已经制造出任何实用武器时，其下属的研究实验室只是说：“由于操作上的原因，我们无法回答该问题。”
萦绕在高功率微波武器研究周围的神秘氛围，似乎大大加剧了该项目遇到的技术阻碍。例如，2007年，美国国防科学委员会在一份关于直射能武器的报告中提到，五角大楼未能有效利用大学研究人员获得的数据，来了解微波所能造成的效应。虽然美国空军声称，目前的数据分享工作已经好多了，但是，在保密外衣下进行的研究依旧影响着信息的发布与传播。例如，在撰写本文的过程中，诺伊贝尔虽然同意回答有关问题，但前提是，他的回答必须是书面形式，而且所有的回复必须先通过资助其研究的美军办公室的审查。
“在美国军方需求主导的领域里工作，在某种程度上我们需要遵守许多不同的规则，” 诺伊贝尔写道，“某些信息的传播并不像在其他领域里那样自由。”
本文作者 莎伦•温伯格是美国首都华盛顿的一位自由撰稿人。
（本文转自“科学美国人”中文版《环球科学》）
[环球科学杂志]