雖然對高功率微波的研究已經(jīng)進(jìn)行了50年，美國軍方仍未能制造出實(shí)用的微波武器

1962年進(jìn)行的“海星一號”核試驗(yàn)

1962年進(jìn)行的“海星一號”核試驗(yàn)雖然對高功率微波的研究已經(jīng)進(jìn)行了50年，美國軍方仍未能制造出實(shí)用的微波武器，這種耗時(shí)耗能巨大的武器能否出現(xiàn)在未來的戰(zhàn)場上？

撰文 莎倫•溫伯格(Sharon Weinberger) 翻譯 王棟

對一些五角大樓的官員來說，2007年10月的那次公開演示，看起來就像多年的夢想成為現(xiàn)實(shí)——終于可以用一束能夠造成灼傷痛苦的能量來對付記者了。

在美國弗吉尼亞州匡蒂科進(jìn)行的這次演示，是美國空軍的主動(dòng)拒止系統(tǒng)(Active Denial System)為數(shù)不多的公開展示之一。這是一種試驗(yàn)性非致命防暴武器，它能夠發(fā)射一束95G赫茲(1G=109)的微波，侵入皮膚的深度不超過半毫米，所以該微波束能夠給人造成劇烈的灼燒感，以此迫使他們避開，但理論上不會(huì)對人造成永久性的損傷。

然而，測試當(dāng)天是個(gè)陰雨天，空氣中的雨滴起到了水汽通常會(huì)造成的效果——吸收微波。結(jié)果，當(dāng)一些記者自愿置身于這束被衰減了的微波里時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)，在這樣一個(gè)陰冷的天氣里，那種由微波造成的暖暖的感覺還真是蠻舒服的。

雖然，在今年3月份那個(gè)晴天里的演示要成功得多，但它仍未能改變一項(xiàng)基本事實(shí)，那就是似乎沒有人對五角大樓唯一承認(rèn)且已經(jīng)發(fā)展成熟的“高功率微波”(high-power microwave，HPM)武器感興趣。雖然，主動(dòng)拒止系統(tǒng)(在大多數(shù)情況下)都能如其宣稱的那樣有效，但其巨大的體積、能量消耗以及技術(shù)上的復(fù)雜性讓它無法在戰(zhàn)場上產(chǎn)生實(shí)際作用。

高功率微波武器的研發(fā)，源于大約50年前的東西方技術(shù)競賽，這種武器的研發(fā)在各個(gè)方面都遭遇了困境。在美國，雖然用于電磁武器研發(fā)的經(jīng)費(fèi)與冷戰(zhàn)時(shí)期的水平相比有所減少，不過每年仍約有4 700萬美元，但研究進(jìn)展卻依然迷霧重重，“甚至還有很多虛假消息，”英國倫敦國王學(xué)院已退休的核物理學(xué)家彼得•齊默曼(Peter Zimmerman)說，他同時(shí)也是位于華盛頓的美國軍備控制與裁軍署(US Arms Control and Disarmament Agency )的前任首席科學(xué)家。雖然將來的研究或許能帶來科學(xué)上的進(jìn)步，但“我不認(rèn)為他們能制造出有效且實(shí)用的武器。”他補(bǔ)充道。此外，對美國高功率微波項(xiàng)目持反對態(tài)度的人認(rèn)為，此項(xiàng)目已經(jīng)變成了一項(xiàng)遙不可及的妄想，加之其保密的特性，使得這項(xiàng)研究要想取得真正的進(jìn)展愈加困難。

電磁武器 (軍隊(duì)里俗稱“E彈”)的概念，最早是在1962年7月8日提出的。也是在那一天，美國進(jìn)行了當(dāng)時(shí)最高當(dāng)量，代號為“海星一號”的高空核試驗(yàn)。當(dāng)天夜里11點(diǎn)零9秒(夏威夷時(shí)間)，一枚140萬噸當(dāng)量的熱核彈頭在太平洋中部400千米的高空被引爆。爆炸產(chǎn)生的大量高密度帶電粒子沿著地球磁場向外迸發(fā)。它們的回旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生了一束微波脈沖，導(dǎo)致測量儀器失準(zhǔn)。爆炸所產(chǎn)生的極光帶在洋面上空閃爍，照亮了整個(gè)夜空。在距離爆點(diǎn)1 300多千米外的檀香山(Honolulu)，脈沖不僅導(dǎo)致防盜警報(bào)器此起彼伏，路燈也紛紛熄滅，最后連供電線路也跳閘癱瘓了。

1963年8月簽訂的《部分禁止核試驗(yàn)條約》(Partial Test Ban Treaty)，禁止進(jìn)行除地下以外任何地點(diǎn)的核試驗(yàn)。從那時(shí)起，再也沒有類似“海星一號”那樣的核試驗(yàn)了，但是，當(dāng)時(shí)冷戰(zhàn)雙方的軍事決策層，發(fā)現(xiàn)了這次實(shí)驗(yàn)中電磁脈沖的破壞潛能，并展開了一場利用這種潛力制造非核武器的競賽。

進(jìn)展不順

從一開始，美國空軍一直就是高功率微波項(xiàng)目的主要投資方。最初，它的目標(biāo)是研制出能夠癱瘓敵方計(jì)算機(jī)、通訊系統(tǒng)及其他電子設(shè)備的武器。從理論上來說，該想法依然十分誘人：E彈的爆炸會(huì)發(fā)射出以光速運(yùn)動(dòng)的微波“子彈”，在恰當(dāng)?shù)念l率下，這些子彈就能夠使目標(biāo)喪失功能而不會(huì)造成附加傷害。一次小規(guī)模的爆炸就可以讓車輛熄火困在原地，雷達(dá)變成“瞎子”，計(jì)算機(jī)也會(huì)被毀壞……

然而，要實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)，高功率微波武器還要面臨一個(gè)主要的技術(shù)挑戰(zhàn)：即如何產(chǎn)生一束既高度定向(能夠選擇特定目標(biāo))，又具有足夠大功率(對目標(biāo)造成顯著影響)的脈沖？而且發(fā)射裝置最好要足夠輕便，能夠用飛機(jī)或?qū)椡斗拧?/p>

其實(shí)，電池驅(qū)動(dòng)設(shè)備就能夠產(chǎn)生高功率微波脈沖，不過，要想產(chǎn)生這種能摧毀電子設(shè)備的高度聚集的能量，通常還需要在設(shè)備內(nèi)部引發(fā)一次普通的爆炸(參見插圖“E爆炸”)，但在有人駕駛的飛機(jī)里這樣做是很危險(xiǎn)的，齊默曼也指出，“在(飛機(jī)的)關(guān)鍵部位，幾磅炸藥就能讓它墜毀”。所以最近幾年，美國空軍一直在尋求能用導(dǎo)彈投放的高功率微波武器。

“反電子設(shè)備高功率微波先進(jìn)導(dǎo)彈項(xiàng)目”(CHAMP， Counter-electronics High-power Microwave Advanced Missile Project)旨在研制一種實(shí)驗(yàn)性的巡航導(dǎo)彈，用來攻擊電子目標(biāo)，比如生產(chǎn)大規(guī)模殺傷性武器的工廠。作為該項(xiàng)目的主要承包商，無論美國空軍還是波音公司都不會(huì)透露該項(xiàng)目的技術(shù)細(xì)節(jié)，不過這種巡航導(dǎo)彈還只是一個(gè)原型。去年CHAMP在進(jìn)行試飛時(shí)，并沒有攜帶高功率微波武器設(shè)備。

把微波發(fā)生器做得足夠緊湊，以便適合導(dǎo)彈投放是可能的。美國得克薩斯理工大學(xué)的工程師，研制了一種實(shí)驗(yàn)性的、基于爆炸觸發(fā)的微波源，直徑16厘米，長不到2米，但該工程的首席研發(fā)人員安德列亞斯•諾伊貝爾(Adreas Neuber)指出，他們的研究還存在一些物理限制：為了在保持系統(tǒng)小型化的前提下，使微波功率最大化，工程師必須增強(qiáng)微波源內(nèi)部的電場強(qiáng)度。這樣做可能會(huì)使系統(tǒng)的絕緣材料嚴(yán)重失效，導(dǎo)致系統(tǒng)在聚集起高能量之前就引發(fā)短路。

即便軍方真的能將高功率微波武器設(shè)備投送出去，并能擊中目標(biāo)，那么電磁脈沖的殺傷力到底如何，對此人們也有不小的爭議。上世紀(jì)80年代末，美國空軍對微波武器進(jìn)行的首次公開測試中，一部名為“吉普賽人”(Gypsy)的設(shè)備成功癱瘓了一家銀行的個(gè)人計(jì)算機(jī)，不過基于那次成功的后續(xù)研究卻變得極其困難，曾在美國洛斯阿拉莫斯國家實(shí)驗(yàn)室擔(dān)任“降低威脅”(threat reduction)部門副主任的物理學(xué)家道格•畢森(Doug Beason)說，“我們知道微波是如何影響電子元件的，例如晶體管、電容器、感應(yīng)器等，但把這些元件整合到復(fù)雜的電路系統(tǒng)中時(shí)，用微波再進(jìn)行破壞就變成了一個(gè)更像是由隨機(jī)性控制的過程，我們無法每次得到相同的結(jié)果”。另外，畢森還出版了一本探討直射能武器的著作——《E彈》(2005年)。

當(dāng)電磁能量流穿過外圍結(jié)構(gòu)(例如建筑物)時(shí)也存在類似的不確定性。“這一過程是混亂無序的，”美國新墨西哥大學(xué)的電氣工程師埃德爾•沙姆格魯(Edl Schamiloglu)解釋說，他參與了一項(xiàng)由美國國防部資助、多個(gè)大學(xué)合作的研究計(jì)劃，試圖改進(jìn)這一過程，“當(dāng)電磁輻射或波束進(jìn)入外圍結(jié)構(gòu)后，它會(huì)來回反射并且不會(huì)有重復(fù)的軌跡。”沙姆格魯說。

總之，在“吉普賽人”實(shí)驗(yàn)的20多年后，科學(xué)家仍不清楚這種武器的殺傷力究竟如何。況且敵方可能會(huì)采取反制措施，這些措施可以很簡單，例如在敏感電子設(shè)備四周裝上“法拉第籠”(Faraday cage)——這和微波爐里使用的鋁制電磁防護(hù)網(wǎng)是一回事。

針對破環(huán)電子設(shè)備的研究大部分都是保密的，但在2001年，美國空軍宣布，以人為目標(biāo)的微波武器的研發(fā)取得了實(shí)質(zhì)性進(jìn)展，也就在那時(shí)，主動(dòng)拒止系統(tǒng)開始為世人所知。

該系統(tǒng)的研發(fā)始于上世紀(jì)90年代，當(dāng)時(shí)美國空軍正致力于微波生物效應(yīng)的研究。一項(xiàng)代號為“你好”(Hello)的計(jì)劃研究了如何調(diào)制微波加熱效應(yīng)，以便在人的內(nèi)耳中產(chǎn)生“咔噠”聲和“嗡嗡”聲，以制造能夠摧毀人心理的“大腦噪音”(voices in the head)。另一代號為“再見”(Goodbye)的項(xiàng)目，則希望用微波來制止人群暴動(dòng)。還有一個(gè)名為“晚安”(Good Night)的項(xiàng)目，它是想要弄清楚微波能否殺死一個(gè)人。

前景渺茫

最終，只有“再見”項(xiàng)目進(jìn)入了武器研發(fā)階段，進(jìn)一步的生物效應(yīng)研究在美國得克薩斯州圣安東尼奧附近的布魯克斯空軍基地秘密進(jìn)行。然而，就在測試武器已經(jīng)準(zhǔn)備好從動(dòng)物實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)為人體實(shí)驗(yàn)時(shí)，該項(xiàng)目險(xiǎn)些下馬。2000年，美國五角大樓防御研究和工程主管，同時(shí)也是得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的核工程師漢斯•馬克(Hans Mark)訪問了布魯克斯，了解項(xiàng)目的進(jìn)展。“馬克博士不相信這一效應(yīng)，”畢森回憶道，“而且他還同一位主要研究人員發(fā)生了爭吵。”但是，項(xiàng)目如果要繼續(xù)，還需要得到馬克的批準(zhǔn)，所以馬克同意根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果來做決定。

最終，美國空軍進(jìn)行了人體實(shí)驗(yàn)。布魯克斯的科學(xué)家打趣道，“從沒見過一位政府官員的態(tài)度轉(zhuǎn)變得如此之快，”畢森回憶說。

馬克表示，他之所以對“再見”項(xiàng)目的效應(yīng)持懷疑態(tài)度，是因?yàn)樗X得其擁護(hù)者對此的宣傳“過于夸大”。不說別的，單說該系統(tǒng)中驅(qū)動(dòng)脈沖發(fā)生器的超導(dǎo)磁體所需要的冷卻系統(tǒng)，就因?yàn)樘筇恐囟豢赡茉趯?shí)戰(zhàn)中應(yīng)用。馬克還說，他允許該系統(tǒng)進(jìn)行到人體實(shí)驗(yàn)這一步，并不是因?yàn)樗徽f服而認(rèn)為該系統(tǒng)可行，而是在他自己暴露在微波束里，經(jīng)過親身體驗(yàn)之后，覺得人體實(shí)驗(yàn)至少不會(huì)傷到人。不過他也說，“這個(gè)項(xiàng)目基本上就是在浪費(fèi)錢”。

事實(shí)已經(jīng)證明，馬克的擔(dān)心確有先見之明：部署這種武器的努力最終是竹籃打水一場空。在2001年的首次展示中，美國國防部宣稱，主動(dòng)拒止系統(tǒng)能用于如科索沃和索馬里等地的維和行動(dòng)，但當(dāng)美國聯(lián)合非致命性武器管理局(Joint Non-Lethal Weapons Directorate)提出，要將主動(dòng)拒止系統(tǒng)部署到2003年的伊拉克戰(zhàn)場時(shí)，卻被拒絕了。

“我們知道，它并不可靠，”在去年的一次采訪中，美國海軍陸戰(zhàn)隊(duì)科技顧問弗朗茲•蓋爾(Franz Gayl)評論說。還有更糟糕的，由于脈沖發(fā)生器太大，以至于必須由專用設(shè)備車輛來運(yùn)輸。“這簡直將是一場災(zāi)難，”蓋爾說，“它的操作員就是一個(gè)活靶子。”最讓人擔(dān)憂的是，在人們使用該系統(tǒng)之前，還要將它冷卻到-269.15℃——這一過程要花16個(gè)小時(shí)！

2010年，美國國防部曾試圖將該武器部署到阿富汗，但它又被原封未動(dòng)地運(yùn)回了美國。同年，美國加利福尼亞州也否決了一項(xiàng)用于監(jiān)獄管理的小型設(shè)備。該設(shè)備的制造方雷聲公司拒絕對此發(fā)表評論。

其他類似項(xiàng)目的進(jìn)展也好不到哪兒去。美國空軍研究實(shí)驗(yàn)室(The Air Force Research Laboratory)研制了一臺(tái)名為“最大功率”(MAXPOWER)的高功率微波系統(tǒng)，來遠(yuǎn)距離引爆路邊的炸彈，但是它的體積有一輛拖車大小，部署在阿富汗顯得太笨重了。美國國防部的反炸彈機(jī)構(gòu)“聯(lián)合反簡易爆炸裝置組織”(Joint Improvised Explosive Device Defeat Organization)以保密為由，拒絕對該系統(tǒng)發(fā)表任何相關(guān)評論，但他們的確表示，在2011年，他們沒有資助“最大功率”項(xiàng)目。

今年7月，上個(gè)月剛剛退休的美國空軍總司令諾頓•施瓦茲將軍(General Norton Schwartz)警告說，由于預(yù)算削減，某些科學(xué)研究將不得不被中止，但是高功率微波技術(shù)的研究還會(huì)繼續(xù)。他對專業(yè)雜志《一周航空和空間技術(shù)》(Aviation Week & Space Technology)說，“高功率微波技術(shù)顯然具有潛在價(jià)值，”而且還警告說，其他國家如俄羅斯可能在該領(lǐng)域超過美國。

牽強(qiáng)的理由

推動(dòng)美國軍方繼續(xù)投資微波武器(即便沒有什么明顯的進(jìn)展)的原因之一，似乎是他們擔(dān)心其他國家，甚至恐怖分子可能正在研發(fā)類似的技術(shù)。根據(jù)2009年美國海軍研究辦公室( Office of Naval Research )準(zhǔn)備的一份關(guān)于非致命技術(shù)的簡報(bào)，俄羅斯甚至伊朗都在致力于高功率電磁項(xiàng)目的研發(fā)。除此之外，位于英國霍爾斯特德堡的英國國防科學(xué)技術(shù)實(shí)驗(yàn)室也正在資助進(jìn)行一項(xiàng)機(jī)密的、能夠使車輛癱瘓的研究項(xiàng)目。

但是，以上情況并不能證明高功率電磁武器的軍備競賽仍在進(jìn)行。至少，一些國家(例如美國)研發(fā)這些武器，更多的是因?yàn)閾?dān)心自己受到該類武器的攻擊?，F(xiàn)代技術(shù)，例如移動(dòng)電話，特別容易受到高功率電磁武器的影響，德國弗勞恩霍夫技術(shù)趨勢分析研究所(Fraunhofer Institute for Technological Trend Analysis)的電磁效應(yīng)及威脅業(yè)務(wù)小組組長邁克爾•蘇赫克(Michael Suhrke)解釋說。

對于高功率微波武器落入恐怖分子手里的擔(dān)心，許多科學(xué)家認(rèn)為這充其量也就算一個(gè)牽強(qiáng)的理由。美國哈佛—史密森天體物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)高能天體物理學(xué)部的物理學(xué)家尤薩夫•巴特(Yousaf Butt)說，即便恐怖組織具備進(jìn)行必要測試所需的復(fù)雜設(shè)備和技術(shù)，他們干嗎要用它？無論任何規(guī)格的微波武器，幾乎都需要爆炸物來驅(qū)動(dòng)，可如果手頭上有那些爆炸物的話，他們?yōu)楹尾桓纱嘀苯油斗耪◤椖兀?/p>

“恐怖分子有可能做出微波武器嗎？”華盛頓的智庫——軍備控制和防擴(kuò)散中心的高級研究員菲利普•科伊爾(Philip Coyle)問道。他曾在2010至2011年間擔(dān)任美國白宮科學(xué)技術(shù)政策辦公室(White House Office of Science and Technology Policy)的國家安全和國際事務(wù)部副主任，“可能性很小。雖然我不會(huì)想當(dāng)然地認(rèn)為恐怖分子絕對做不出這種武器，但我倒寧愿恐怖分子在忙著制造高功率微波武器而不是汽車炸彈”。

對于高功率微波武器能否最終成為實(shí)用武器，專家仍持不同意見。但有一件事是清楚的：“E彈”癱瘓汽車或飛機(jī)的神奇效能還從未在戰(zhàn)場上實(shí)現(xiàn)過。當(dāng)被問到美國空軍是否已經(jīng)制造出任何實(shí)用武器時(shí)，其下屬的研究實(shí)驗(yàn)室只是說：“由于操作上的原因，我們無法回答該問題。”

縈繞在高功率微波武器研究周圍的神秘氛圍，似乎大大加劇了該項(xiàng)目遇到的技術(shù)阻礙。例如，2007年，美國國防科學(xué)委員會(huì)在一份關(guān)于直射能武器的報(bào)告中提到，五角大樓未能有效利用大學(xué)研究人員獲得的數(shù)據(jù)，來了解微波所能造成的效應(yīng)。雖然美國空軍聲稱，目前的數(shù)據(jù)分享工作已經(jīng)好多了，但是，在保密外衣下進(jìn)行的研究依舊影響著信息的發(fā)布與傳播。例如，在撰寫本文的過程中，諾伊貝爾雖然同意回答有關(guān)問題，但前提是，他的回答必須是書面形式，而且所有的回復(fù)必須先通過資助其研究的美軍辦公室的審查。

“在美國軍方需求主導(dǎo)的領(lǐng)域里工作，在某種程度上我們需要遵守許多不同的規(guī)則，” 諾伊貝爾寫道，“某些信息的傳播并不像在其他領(lǐng)域里那樣自由。”

本文作者 莎倫•溫伯格是美國首都華盛頓的一位自由撰稿人。

（本文轉(zhuǎn)自“科學(xué)美國人”中文版《環(huán)球科學(xué)》）