2.粒子束武器
粒子束武器,就是利用微观粒子构成的定向能量束去摧毁目标的武器。具体地说,就是通过特定的方法将质子、电子或离子(物理学中称为微观粒子),加速到接近光束,聚集成密集的束流,用以破坏目标的一种定向能武器,亦称为“束流武器”或“射束武器”。
粒子束武器是一种类似于激光武器但又比激光武器更厉害的武器。自从科学家们提出利用高能粒子束作武器的设想,就立即受到军界的高度重视。美国和前苏联等对此作了巨大努力,并且取得了一些令人鼓舞的成效。他们认为:“粒子束技术是第二次世界大战以来,在技术上的一项根本变革。”粒子束武器对目标的破坏主要是通过“三板斧”来实现的。
“一板斧”是破坏结构。粒子束武器射击的粒子束流具有很大的动能和能量,当它射到目标上时,粒子和目标壳体的材料分子发生非弹性碰撞,把能量以热的形式传递并沉积在壳体材料上,使材料的温度迅速上升,直到局部被熔融成洞或由于热应力引起壳体材料破裂为止。如同一块烧红的钢铁猛然放到冰上一样,能使冰与烧红钢铁接触处迅速熔融、汽化,猛然向外飞溅,同时还可能使熔洞周围爆裂,从而达到破坏目标结构的效能。
“二板斧”是使引爆药早爆。常用的引爆炸药在密闭情况下要到500℃时才起爆,但粒子束武器发射的粒子束却能使引爆炸药在500℃以下就能起爆。这是因为,其一,粒子束能使引爆炸药内部产生电离,引起离子迁移、交换,使其内部电荷分布不均匀,形成附加电场;其二,粒子束的强烈冲击和能量沉积,产生冲击效应,即在引爆药中产生冲击波,从而导致引爆药提前起爆。
“三板斧”是破坏电子设备或器件。一是低强度的照射,可造成目标电子线路的元件工作状态改变、漏电,使元件工作产生错误动作或失效;二是高强度的照射,除可直接烧熔电子元器件外,当带电粒子束穿透电子设备时,能在元器件中产生电子—空穴,进而突然形成强烈的电流脉冲,放出大量热能,破坏电子元器件;三是带电粒子束在大气层运动时,可产生高能的γ射线和X射线,能破坏目标的瞄准、制导和控制等电路;四是带电粒子束的大电流短脉冲,还可激励出很强的电磁脉冲,达到干扰或破坏目标电子线路的目的。
粒子束武器在使用中,具有快速、高能、灵活、干净、全天候等特点。快速,是指粒子“炮弹”的飞行速度快。粒子束武器射出的高能粒子以接近光的速度飞向目标。因此,用它来拦截各种空间飞行器,可在极短时间内命中目标,非常适用对付远距离高速飞行的洲际弹道导弹等,而且一般不需要考虑射击提前量。
高能,是指粒子束武器可以将巨大的能量高度集中到一小块面积上。它与其他武器靠弹片或爆炸后使能量由爆心向四方传播的面状杀伤武器不同,是一种杀伤点状目标的武器。它不仅能引起靶材熔化、损坏并导致断裂,还可以穿透到目标内部,引起内部机体和电子元器件的损坏,或引起目标战斗部的提前起爆等。
灵活,是指变换射击方向灵活方便。粒子束武器虽然体积庞大,但改变射击方向却十分简单灵便,只要改变一下粒子加速器出口处导向电磁透镜中电流的方向或强度,就能在百分之一秒内迅速改变粒子束的射击方向。因此,它转移火力的时间很短,便于同时拦截或攻击多个目标。
干净,是指粒子束武器没有放射性污染。
全天候,是指粒子束武器能在各种气象条件下使用。激光武器虽与粒子束武器有很多相似的地方,但它受天气条件影响较大,不能在恶劣气象条件下作战,这是它最大的缺陷,而粒子束武器则弥补了这一缺点。它发射的粒子能穿云透雾,不论在什么天气下,都能对付或攻击各种目标。所以,有人称赞粒子束武器是“全天候作战武器”。
粒子束武器是靠高速粒子束流来破坏目标的。那么,粒子束流是怎么产生的呢?小小的粒子又是怎样摧毁目标的呢?
我们知道,一切运动的物体都具有动能,物体具有动能的大小主要取决于物体本身的质量和运动的速度。质量越大、速度越快,它具有的动能也就越大,其作用的能量也越大。一只小小的飞鸟与飞行中的飞机相撞,轻者洞穿机体,重者使飞机粉身碎骨,道理就在于此。物质世界的分子、原子已经小到肉眼看不见了,但还有比它们更小的质子、电子、离子及一些中性粒子,物理学界称它们为“微观粒子”。尽管这些微观粒子微不足道,但它们还是有一定质量的。如果能把它们加速到极高的速度(假如接近光速),这时它们也都会具有一定的动能。如果再把许许多多这样的粒子聚集成密集的束流,使它们的能量集中起来,那能量可就相当可观了。把这些具有大能量的粒子束流射向目际,它们就像子弹或炮弹一样能摧毁目标。能量越大,摧毁目标的能力就越强。那么怎样给这些微观的粒子加速呢?我们从普通物理学中得知,电和磁都具有同性相斥、异性相吸的特性。当粒子产生器产生出带电粒子并通过电场时,带电粒子就会受到电场作用力的作用。当电场作用力的方向与粒子运动的方向一致时,粒子的速度就会加快。
根据上述原理,人们制造出一种专门加速粒子的特殊装置——粒子加速器。带电粒子进入加速器后就被加速到所需要的速度。当然这种加速不是由电场对粒子进行一二次巨大的冲击而完成的,而是通过多次重复而又方向一致的加速来使粒子的速度越来越大的。就如同使人造卫星加速到一定的速度,是通过多级运载火箭经过多次加速而完成的道理一样。粒子经过一次又一次的加速,最后就可以获得所需要的速度。尔后经磁场聚集,把大量的粒子集中起来,形成束流,并由加速器射出。这样的粒子束就具有了极大的能量,足以摧毁所攻击的目标。粒子束武器也就因此而诞生了。
粒子束武器系统主要由五大部分组成:粒子束生成装置、能源系统、预警分系统、目标跟踪与瞄准分系统、指挥与控制分系统等系统。(https://www.daowen.com)
粒子束生成装置。这是粒子束武器系统的核心。它是用来产生高能粒子束、并聚集成狭窄的束流,使其具有足够的能量和强度。它足产生粒子“炮弹”的加工厂。它主要包括粒子源、粒子注入器、加速器等设备。目前这些设备还存在不少技术难点有待今后去解决,其中主要的是研制出适合武器系统使用的高能粒子加速器。实验室中庞大的粒子加速器,显然不能作为武器系统来运用。
能源系统。这是粒子束武器各组成部分的动力源。它为武器系统提供动力,为生产粒子“炮弹”的加工厂,为粒子束生成装置提供动力。但是,要把大量的带电粒子加速到接近光速,并聚集成密集的束流,需要强大的脉冲电源,一般的发电机,一般的供电方法是满足不了它的要求的,必须采取新的能源、采取新的供电方法。这是目前技术上尚未解决的问题,留待未来逐步解决。
根据粒子束武器作用的不同,可有如下的分类:
按粒子束武器系统所在的位置,可分为陆基、舰载和天基粒子束武器。陆基粒子束武器,是设置在地面上的粒子束武器,它主要用于拦截进入大气层的洲际弹道导弹等目标,担负保护战略导弹基地等重要战略设施的任务。
舰载粒子束武器,是安装在大型舰船上的粒子束武器。主要用于保护海上重要目标,使之免遭导弹等武器的攻击。
天基粒子束武器,是安装在卫星、航天器等上的粒子束武器。它主要用于外层空间,对付来袭的导弹、其他天基武器,或对正在空间轨道上运行的敌方卫星进行拦载;也可作为从天空直接攻击地面目标的武器。
按粒子束流的带电性,可分为带电粒子束武器、中性粒子束武器。如果粒子束武器发射出的束流,是带电的质子、电子、离子等粒子,就是带电粒子束武器。由于带电粒子组成的束流,在飞行中易受地磁场的影响而改变运动方向,使瞄准失效,因而不适于外层空间使用。当在大气层内使用时,由于粒子束流沿地磁场的经向飞行,受其影响较小,因而它适用于大气层内使用。如果粒子束武器发射的粒子束流是各种不带电的中性粒子,则称为中性粒子束武器。由于地磁场对中性粒子束流无电磁作用,故它适合用于大气层外空间。
按粒子束武器的射程远近,可分为近程、中程、远程和超远程粒子束武器。
近程粒子束武器,其射程约为1公里,在稠密大气层内使用,对瞄准跟踪系统要求低,对武器系统的要求足体积小、重量轻、反应速度快,主要任务是自卫防空。
中程粒子束武器,其射程约为5公里,要求粒子束聚焦好,并有较精密的瞄准和跟踪系统,主要是用于区域性防卫。
远程粒子束武器,其射程约为10公里,对这种武器的要求是束流强,具有更精确的瞄准和跟踪系统。其任务也是用于区域性防卫。
超远程粒子束武器,其射程为几百公里以上,要求具有极其强大的功率和非常精密的瞄准与跟踪系统。其主要任务是在大气层外的空间作战,用于拦截来袭的弹道导弹、太空飞行器和敌方在太空轨道上运行的卫星等,是一种太空武器。
粒子束武器,正以其巨大的军事潜力,引起世界各国军事家的关注。有人预测,50年以后的武器,可能全部部署在远离目标的地人,而且能快速精确地投掷到地球上的任何一点。基于这种分析,有人认为,未来的武器将是一种由地面发射的弹道式非核武器与从天空发射的粒子束武器(还有激光武器)组成的混合武器系统。这种天空上的粒子束武器(还有激光武器),依靠巨大的太阳能和核能,源源不断地供给其充足的“弹药”,使其实施无数次的发射。战时,这些武器可直接用来摧毁卫星、导弹、航天飞行器和其他地面目标等。