２００７年１２月装备指挥技术学院学报Ｄｅｃｅｍｂｅｒ２００７第１８卷第６期ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｑｕｉｐｍｅｎｔＣｏｍｍａｎｄ＆ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＶ０１．１８Ｎｏ．６

美军天基高功率微波武器攻击卫星系统能力评估

卜格鸿１，焦彦平２，陈波２

（１．装备指挥技术学院信息装备系，北京１０１４１６；２．装备指挥技术学院科研部，北京１０１４１６）

摘要：卫星在一体化信息作战中的地位越来越高，美军天基高功率微波器的开发和利用对卫星系统造成了强大的威胁。在分析高功率微波系统组成与作

效能的基础上，针对卫星系统特点，对美军天基高功率微波武器反卫星能力进行评

与研究，同时对卫星的防御问题进行了初步分析。

关键词：天基高功率微波武器；反卫星；能力评估

中图分类号：ＴＪ８６４文献标识码：Ａ文章编号：１６７３—０１２７（２００７）０６—００３７—０４

ＥｖａｌｕａｔｉｏｎｏｆＣａｐａｂｉｌｉｔｙｆｏｒＳｐａｃｅ··ｂａｓｅｄＨｉｇｈ·－ｐｏｗｅｒＭｉｃｒｏｗａｖｅ

ＷｅａｐｏｎｏｆＡｍｅｒｉｃａｎＦｏｒｃｅｓＡｔｔａｃｋｉｎｇＳａｔｅｌｌｉｔｅｓＳｙｓｔｅｍｓ

ＢＵＧｅｈｏｎ９１，ＪＩＡＯＹａｎｐｉｎ９２，ＣＨＥＮＢ０２

（１．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ｔｈｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｑｕｉｐｍｅｎｔＣｏｍｍａｎｄ８ＬＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０１４１６，Ｃｈｉｎａ：２．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＳｃｉｅｎｔｉｆｉｃＲｅｓｅａｒｃｈ，ｔｈｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＥｑｕｉｐｍｅｎｔＣｏｍｍａｎｄ＆Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０１４１６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓａｔｅｌｌｉｔｅｓｍｏｒｅａｎｄｍｏｒｅｉｍｐｏｒｔａｎｔｉｎｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｔｉｖｅｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｐｅｒａｔｉｏｎ．Ｄｅｖｅｌ—

ｏｐｍｅｎｔａｎｄｕｓｅｏｆｓｐａｃｅｂａｓｅｄｈｉｇｈ—ｐｏｗｅｒｍｉｃｒｏｗａｖｅｗｅａｐｏｎｓ（ＨＰＭＷ）ｏｆＡｍｅｒｉｃａｎｆｏｒｃｅｓｓｔｒｏｎｇｌｙｔｈｒｅａｔｅｎｓａｔｅｌｌｉｔｅｓｙｓｔｅｍｓ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｈｉｇｈ—ｐｏｗｅｒｍｉｃｒｏｗａｖｅｓｙｓｔｅｍｃｏｍｐｏｎｅｎｔｓａｎｄｏｐ—ｅｒａｔｉｏｎａｌｅｆｆｅｃｔｉｖｅｎｅｓｓａｎｄｓａｔｅｌｌｉｔｅｓｙｓｔｅｍｆｅａｔｕｒｅｓ，ｓｐａｃｅ—ｂａｓｅｄｈｉｇｈ—ｐｏｗｅｒｍｉｃｒｏｗａｖｅｗｅａｐｏｎｏｆＡ—

ｍｅｒｉｃａｎｆｏｒｃｅｓａｎｔｉｓａｔｅｌｌｉｔｅｃａｐａｂｉｌｉｔｙｉｓｅｖａｌｕａｔｅｄａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｍｅａｎｗｈｉｌｅｔｈｅｄｅｆｅｎｓｅｏｆｓａｔｅｌｌｉｔｅｉｓ

ａｎａｌｙｚｅｄｐｒｅｌｉｍｉｎａｒｉｌｙ．

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｐａｃｅ—ｂａｓｅｄｈｉｇｈ—ｐｏｗｅｒｍｉｃｒｏｗａｖｅｗｅａｐｏｎｓ；ａｎｔｉｓａｔｅｌｌｉｔｅ；ｃａｐａｂｉｌｉｔｙｅｖａｌｕａｔｉｏｎ

问题的提出

天基高功率微波武器（ＨＰＭＷ）最早是由美

国在《美国空军２０２５年战略规划》中提出来的。

根据美国电子工业协会（ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓａｌ—

ｌｉａｎｃｅ，ＥｌＡ）的报道，美国在２００６年已完成了天

基ＨＰＭ建模与仿真试验，预计在２００８年完成外

场演示与验证。美国防部明确提出天基ＨＰＭ是

具有代表性的攻击型信息战武器。美国近年来在

ＨＰＭ脉冲源的研究投资就达到数亿美元／年Ｈ］。ＨＰＭＷ是与传统武器在工作原理、杀伤破

坏机理和作战方式上显著不同，可大幅度提高作

战效能或作战费效比的新概念定向能武器。

ＨＰＭＷ利用定向发射的ＨＰＭ频段的电磁波束

以光速对目标产生电效应、热效应或生物效应，从

而进行干扰、杀伤或摧毁；可用于攻击军事卫星、

洲际弹道导弹、巡航导弹、飞机、舰艇、坦克、

Ｃ４ＩＳＲ系统，以及空中、地（海）面上的雷达、通信

和计算机设备，尤其是指挥通信枢纽、作战联络网

等重要的信息战节点和部位，使目标遭受物理性

收稿日期：２００７—０１＿１９基金项目：国家高技术发展计划资助项目作者简介：ｈ格鸿，女，副教授．主要研究方向：军事通信学．ｂｕｇｅｈｏｎ９７＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｒｎ

武战估

万方数据３８装备指挥技术学院学报２００７年

破坏，并丧失作战效能。预计未来１０ａ，美军将实

现ＨＰＭ技术多方位武器化并完成作战部署。

ＨＰＭＷ的作战运用形式可分为陆基、海基、

空基和天基，也可分为地基固定式、机动式（机载／

舰载／车载／弹载）、航天器搭载式等。天基

ＨＰＭＷ是一种远程武器系统，它由部署在太空

的一个卫星星座组成，包含高功率的射频系统和功率系统以及宇航系统，能把超宽带微波能量射

向空间、空中和地面目标，完成杀伤力可调的攻击：２１。

卫星系统是Ｃ４ＩＳＲ系统的重要组成部分，在

战争中的作用越来越突出。攻击卫星可直接破坏

敌方Ｃ４ＩＳＲ系统完整性，抑制其功能的发挥，同

时也能有效削弱精确制导武器的效能。近年来，

反卫星武器的研制已从装载普通炸药的“杀手”卫

星、“微型寻的导弹”等同归于尽的思路向新概念

武器转变，天基ＨＰＭＷ成为反卫星武器的新

利器。

２ＨＰＭ系统组成与作战效能

ＨＰＭ是指峰值功率１００Ｍｗ～１００ＧＷ，频

率１～１００ＧＨｚ，跨越厘米波到毫米波范围的辐射。ＨＰＭＷ从带宽上可分为窄带（ｎａｒｒｏｗｂａｎｄ，ＮＢ）ＨＰＭＷ和超宽带（ｕｌｔｒａ—ｗｉｄｅｂａｎｄ，ＵＷＢ）

ＨＰＭＷ。ＮＢＨＰＭＷ一般处于１～３０ＧＨｚ的微

波频段，脉冲源需要通过真空二极管产生高质量

的电子束，电子束激励微波源器件完成束一波相互

作用，从而产生带宽较窄的ＨＰＭ，并通过天线定

向发射出去［３：。脉冲源的研制是提升ＨＰＭＷ效

能的关键和难点。俄罗斯和美国在此领域领先。

２．１窄带ＨＰＭ

ＮＢＨＰＭＷ系统主要由脉冲源、电子束发生

器、ＨＰＭ源和定向能射频天线以及辅助控制系

统组成，如图ｌ所示。ＨＰＭ源分为冲击源和线

性波束源。冲击源通常通过对能量的低速存储和快速释放来实现将所提供的能量转换为短脉冲电

磁辐射。它主要包含以下几种：亚纳秒脉冲辐射器（ｓｕｂｎａｎｏｓｅｃｏｎｄｐｕｌｓｅｒａｄｉａｔｏｒ，ＳＮＰＥＲ）；镜像

Ｂｌｕｍｌｅｉｎ（ｅｎａｎｔｉｏｍｏｒｐｈｉｃｂｌｕｍｌｅｉｎ，ＥＭＢＩ。）；传

输线振荡器（ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｌｉｎｅｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ，ＴＬＯ）等。线性波束源通过将电子束的动能转换为电磁

能来产生微波波束。它通常包括：磁控管（ｍａｇ—ｎｅｔｒｏｎ）；线性波束管（返波振荡器（ｂａｃｋｗａｒｄ—

ｗａｖｅｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ，ＢＷＯ）、调速管（ｋｌｙｓｔｒｏｎ）、行波

管（ｔｒａｖｅｌｌｉｎｇ—ｗａｖｅｔｕｂｅ，ＴＷＴ））；分裂腔振荡器

（ｓｐｌｉｔｃａｖｉｔｙｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ，ＳＣＯ）；虚阴极振荡器（ｖｉｒ—

ｔｕａｌｃａｔｈｏｄｅｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ，ＶＣＯ）；回旋管（ｇｙｒｏ—

ｔｒｏｎｓ）和自由电子激光器（ｆｒｅｅｅｌｅｃｔｒｏｎｌａｓｅｒ，ＦＥＩ。）Ⅲ．

定向ＨＰＭ＃Ｉ，Ｊ束

：『捕获瞄准跟踪：【．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．【．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．。．【，．．．．．．．．．．．．．．．．．．．Ｊ’辅助控制系统

图１ＮＢＨＰＭＷ系统组成框图

２．２宽带ＨＰＭ

ＵＷＢＨＰＭＷ能从微波波段向下扩展到数兆

赫兹的射频波段，不需要微波源器件，而是采用直

接向天线馈电的形式，产生并发射宽带电磁脉冲。

天线技术是ＵＷＢＨＰＭＷ的一大难点。

ＨＰＭＷ的主要技术参数见表１。为了对比，

表中还列举了核电磁脉冲（ｎｕｃｌｅａｒｅｌｅｃｔｒｏｍａｇ—ｎｅｔｉｃｐｕｌｓｅ，ＮＥＭＰ）的相关指标［５］。相比之下，宽

带ＨＰＭＷ的攻击能力强于窄带ＨＰＭＷ，而弱于

核电磁脉冲数个数量级。

表１ＨＰＭＷ技术参数

２．３ＨＰＭ作战效能

高功率微波武器作战破坏对象广，目标多。

根据所需功率等级、作战目标、攻击途径和攻击效应的不同，作战效能和杀伤等级亦不同，如表２所

示。表中杀伤等级源于美军提出的“Ｄ４”概念，即

拒止（ｄｅｎｙ，ｄ１），削弱（ｄｅｇｒａｄｅ，ｄ２），破坏（ｄａｍ—

万方数据第６期ｂ格鸿，等：美军天基高功率微波武器攻击卫星系统能力评估３９

ａｇｅ，ｄ。），摧毁（ｄｅｓｔｒｏｙ，ｄ。）。“拒止”是指对敌方

系统硬件不造成破坏，仅使其暂时丧失能力并能

自动恢复；“削弱”是指使敌方系统能力丧失，需重

启才能恢复，对硬件产生部分破坏；“破坏”是指对敌方系统硬件造成持久性的中度损伤，需维修或

更换部件才能恢复正常；“摧毁”是指对敌方系统

造成彻底的、持久性破坏，无法靠局部维护恢复

功能。

表２ＨＰＭ作战效能

３天基ＨＰＭ反卫星能力评估

ＨＰＭＷ可从３方面攻击卫星系统，即攻击

卫星主体、信息链路和地面站。后２种多采用陆

基、空基ＨＰＭＷ攻击。根据作战需要，利用目前

的航天、航空等技术将ＨＰＭＷ在一定的高度、方

向上发射或爆炸，以产生达到攻击卫星必须的

ＨＰＭ功率密度，就能对处在不同高度轨道上的、

执行不同功能的卫星主体实施攻击。下面对攻击

能力进行评估。

３．１天基ＨＰＭ源计算

由于目前ＨＰＭ源技术比较成熟，所以窄带

ＨＰＭ应用较多。ＨＰＭ源的辐射功率是天基窄

带ＨＰＭＷ能否成功应用的关键。适合于重复频

率、高阻抗的ＨＰＭ源主要是返波振荡器

（ＢＷＯ），它属于Ｏ型器件，其技术指标可达到：

功率１．２７ＧＷ，Ｘ波段重复频率１００Ｈｚ，单次工

作最高频率为１．７ＧＷ。根据高功率微波武器的

技术参数，在气象修正完善的情况下，可根据式

（１）计算得出到达卫星的功率密度

Ｐ—Ｐ．Ｇｉ／（４ｒｒＲ２）（１）式中：声为到达敌方卫星的功率密度，单位为

Ｗ／ｃｍ２；Ｐ，为微波武器的辐射功率；Ｇｊ为天线增益；Ｒ为高功率微波武器与卫星之间的距离。

３．２天基ＨＰＭ天线增益分析

由式（１）可知，在微波武器的辐射功率Ｐ．一

定的情况下，天线增益Ｇ．与到达敌方卫星的

ＨＰＭ功率密度成正比。天线增益Ｇ．可按下式

进行初步计算：

Ｇｉ一４７ｃＡ。／ａ２＝４ｎＡｒｌ／Ａ２一（ｎＤ／ａ）２７７（２）式中：Ａ为微波波长；Ａ。和Ａ分别为天线口面的

有效面积和实际面积；Ｄ为天线口面直径；ｒｌ为天线的辐射效率，取＇７—７０％。对于Ｃ波段（设厂一

５．５ＧＨｚ）ＨＰＭ，若天线增益Ｇｉ一４５ｄＢ，则天线实际面积为

Ａ—ＧｉＡ２／（４ｎｒ／）一１０．８８ｍ２（３）即此时天线的直径为３．７２２ｍ，这样的天线尺寸

在实际应用中是可接受的。

３．３天基ＨＰＭ影响值分析

ＨＰＭＷ对敌方卫星识别和辨识能力的影响

与ＨＰＭＷ的功率密度直接相关，而卫星的机动

变轨能力和卫星自身防护，如元器件的电磁加固

以及多层屏蔽都会在一定程度上影响ＨＰＭＷ对

敌方卫星识别和辨识能力。若忽略卫星的突防能

力，当微波辐射波长处于敌方卫星的窗口波段，且

ＨＰＭＷ与敌方卫星采用一对一的形式进行作战

时，ＨＰＭＷ对敌方卫星识别和辨识能力的影响

值计算公式嘲为

Ｅ—

ｒ０Ｐ＜０．０１

０．０５ｘ（ｐ一０．０１）／ｏ．９９０．０１≤Ｐ＜１

０．１５×（Ｐ一１）／９＋０．０５１≤Ｐ＜１０Ｊ０．５×（ｐ一１０）／９０＋０．２１０≤Ｐ＜１００

０．２×（ｐ一１００）／８００＋０．７１００≤户＜９００

０．１×（ｐ一９００）／ｌＯＯ＋０．９９００≤Ｐ＜１０００

【１１０００≤ｐ

（４）式中：Ｅ为ＨＰＭＷ对敌方卫星识别和辨识能力

的影响值；Ｐ为ＨＰＭＷ功率密度，单位为

Ｗ／ｃｍ２。

３．４天基ＩｔＰＭ威力估算

ＨＰＭＷ反卫星的轨道方式可分为共轨式和

非共轨式２类。共轨式ＨＰＭＷ的轨道与目标卫

星的轨道基本相同，它可以伴随要攻击的目标卫

星飞行几周或数月，最后通过遥控或者预定程序

以近似光速进行作战。它可能通过调整作用距离

而释放不同功率密度和不同覆盖直径的微波，导

致敌方卫星或受损或失效或烧毁。在理论上，它

万方数据