等离子护盾？中国搞出了星际争霸的神族科技？

科技

2024-01-30 14:01

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前两天回国，在香港刚下飞机，我就发现一个好久不联系的哥们发了条微信，说等离子护盾，被我们搞出来了。

当时我的第一个反应是这哥们秀逗了，这要是真的，岂不就是星际争霸里的神族护盾，EVE里的拉格朗日护罩？结果一查，居然是真的。。。

现实有时候就是那么魔幻。

原来是国防科大去年年底发了篇论文，里边详细讲了如何用等离子体防御高功率微波攻击。

今天我们就来聊聊这个等离子护盾。

关于这篇论文提到的概念，可能听着有些抽象。但我举这么个例子，你就明白了。

大家都看过黑客帝国吧？

第一部里面，章鱼机器人打人类的飞船，人类飞船有个自保的大招，叫电磁脉冲——EMP。

这东西是电子设备的克星，靠超高能的电磁波脉冲让电子电路过载，把自己烧坏。这玩意儿打穿拖鞋的朋友没用，但两大高科技强国发生军事冲突的时候，你先过去一发EMP，直接把对面从信息时代打回机械时代，然后再上去收割就方便多了。

而我们搞的等离子护盾，防的就是这个EMP。

说到这里很多了解电磁科技的朋友可能会有疑问，防EMP的技术早就有了，那这东西有什么特别之处呢？

简单来说，它理论上可以做到全波段无死角的防御，敌人发出的电磁脉冲越强，我们的护盾也会随着变强，确实非常的科幻。

美国的技术路线

最早研究电磁防御的国家当然还是我们的老朋友美国。

当年试爆原子弹的时候，美国的核物理学家们就观察到，在一定范围内的无线电设备全部失灵。紧接着苏联也研制出原子弹，美国人觉得这还得了？于是EMP防御技术研究被美军提上了议程。

50年代，美国军方开始研究电磁屏蔽技术，以减少EMP对军事车辆、飞机和通讯设备的干扰。早期，他们的防御方法基本是在关键部位加装金属屏蔽网，或使用特殊金属材料来降低EMP的穿透，但是效果并不太好。

这种金属屏蔽网阻挡EMP的原理，跟我们有时候在钢结构建筑里面收不到手机信号是类似的。也就是金属在外界变化磁场作用下会产生感应电流，进而产生感应磁场抵消外部磁场。

但问题是，军事装备往往很大并且有棱有角，金属屏蔽网往往无法全部覆盖，并且金属屏蔽网能阻挡的电磁波频率跟网格的密度有关，当电磁波的半波长小于等于孔洞或缝隙的尺寸时，由于我们中学时候学过的衍射效应，电磁波就会进入设备内部，持续产生损害。

60年代之后DARPA也参与了相关研究，搞出了滤波和接地技术，随后70年代搞出了EMP防护专用材料和结构，之后又把这种防御措施逐渐固化成了美军制式武器装备标准的一部分。

但问题是，美军的这些研究虽然积累了很久，但在技术指标上，并没有质的飞跃，他们一直在用传统的电磁防护方法，比如金属屏蔽和电磁滤波器等。

就好比二战德军的坦克装甲，不过是从1935年二号坦克的20mm堆到了1945年鼠式试验车的220mm，但像是间隙装甲、复合装甲一类改变竞争环境的新科技并没有点亮。

中国的技术积累

我们EMP防护研究起步比美国要晚，始于20世纪60年代。

进入20世纪末期，随着海湾战争给我们的震撼，我军也开始加大对EMP防御技术的投入力度，军方和相关科研机构摸着鹰酱过河，联合开展了一系列EMP效应实验和防御技术研究，到了21世纪，基本赶上了美军的水平。

但是在总结了美军的技术路线，并进行了多年实践后，我们发现了美军技术路线的弊端，所以决定在摸着石头过河的同时，也搞搞“弯道超车”，走“软件路线”。

于是，在林福昌教授等专家的带领下，我国智能化EMP防御系统通过引入传感器、控制系统和先进算法等技术，实现了对EMP威胁的实时监测、自动分析和优化防御，大大提高了EMP防御的效率和准确性。

同时，我们的EMP防御技术与其他安全防护技术也逐渐能够集成化应用，形成了更加综合、全面的安全防护体系。

随着技术的积累与发展，也终于有了我们今天要说的这个等离子护盾。

等离子护盾

要理解等离子护盾的技术核心，就必须要了解一个发生在等离子体上的独特电磁现象，叫做“电子雪崩”。

我们知道，等离子体是物质在固体、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搅合在一起的状态，就如同一团浆糊。

所谓电子雪崩，指的是当高能电磁波射入这团浆糊之后，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，便会从呈中性的浆状电子—离子状态中脱离出来，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疯狂撞击其它电子—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，也转变成了“炮弹”的角色，从而形成了链式反应，等离子体内的自由电子越来越多，且增加的速度越来越快，这便是电子雪崩效应。

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。什么性质呢？能屏蔽电磁场。

这里我们再详细说一下金属屏蔽电磁场的原理。

大家应该都用过微波炉吧，记不记得它的使用说明书中有一条，那就是禁止放入金属器具。主要原因在于，金属会吸收少量但反射大量的微波。

这里金属对微波的吸收和反射作用，其实就是对电磁场的屏蔽效应。而它之所以有这种能力，主要在于其内部大量自由电子。

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。

射入电磁场（左）和感应电磁场（右）相互抵消

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。

这一吸一反，就将射来的电磁波屏蔽掉了。

而那些原本要加热食物内水分子的微波由于被金属反射，无法完全进入食物内部，便会在外部积聚，直至在微波炉内部产生火花或电弧，这无论对于微波炉还是使用者来说，都是极大的安全风险。

金属的这种性质就可以用来防御EMP。

而当我们把金属网换成等离子护盾之后，就会有一些颠覆式的进展。

首先，等离子体是弥漫在设备表面的，不存在棱角突出部位防御不到的问题，也没有网格漏洞的问题。

而更为关键的是，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，也就是对方的攻击越强，我方的防御就越强，对方的EMP有给我们的等离子护盾充能的效果。。。

“借力打力”这个中华民族的传统智慧，完全被他玩明白了呀。

论文中说，研究人员将从高功率微波源中产生的微波分为了两部分，一部分直接接入示波器作为参考信号（对照组），一部分通过发射喇叭射出后，通过一层等离子体，射入接收喇叭作为接收信号。

这层等离子体由数根高频辉光管生成，当通电后，发出的辉光就意味着管内惰性气体发生了电离，形成了等离子体。

实验结果表明，等离子体对高功率微波（1.3GHz、144kW）的确产生了明显的防护作用，信号衰减大于20dB，相当于降到了原来的1/100以内，可以说是极其有效了。

黄色柱体是输出信号，绿色图案为接受信号；

上下两图是开启等离子体发生装置前后的信号特征

应用

关于这篇论文，其实还有一个很有意思的点，那就是它在2021年成稿的，却拖到现在才公开。

这毕竟是军队单位的论文，并不像一般的学术研究那样公开透明。

我军的技术装备一直遵循一个标准，那就是“装备一代，研发一代，预研一代”，所以许多东西能公开出来，本身就意味着一件事——

过于落后，可以展示。

我查资料的时候还翻到了一篇美国国防承包商的公布方案，翻译过来，内容大概是这样。

简单来说，就是美军感受到了最近的无人机技术革命对于他们的威胁，想搞短程微波防空导弹废掉潜在对手的无人机海。

然后，没过几天，我们就把等离子护盾技术公布了：

Bro，I have the highground，don't even try。

一旦小型化等离子护盾被普遍装备，空军、高超音速导弹，甚至无人机都能用它突防，而现有的那些电磁武器都会失去作用。

星辰大海并不是空话

当然，在地球上的内卷竞争中获得统治地位，肯定不是这种科研的最终目的。

纵观整个等离子护盾技术，它更适合的应用场景，就是太空。

太空环境极端恶劣，各种太阳黑子耀斑超新星爆炸，相当于每时每刻都有人搁那儿放EMP，在脱离了地球磁场保护之后，这种长期电磁辐射会对宇航员和航天器构成巨大威胁。在走向深空的过程中，等离子护盾必然会成为保护宇航员和航天器免受宇宙射线和其他辐射伤害的重要工具。

有朝一日如果我们在星际定居，这个东西还可以用来发电，靠吃太阳风给我们的星际殖民地源源不断地供能，相当于给走向深空做的技术储备。

大家别以为这个东西异想天开，我们之前聊过，可控核聚变技术其实离我们并不是那么远，化学火箭技术也在龙哥的推动下陷入了内卷，也许我们真的有机会一睹人类的太空时代。

前不久去参加了一个观察者网举办的活动，我参加的圆桌讨论是有关中美产业竞争的，主持人是李世默李总。

上台前我们几个人在台下对待会要讲什么，李总跟我们说现在世面上有种论调说美国要跟咱们脱钩，由于美国的技术研发能力世上独一无二，一旦失去了美国的技术转移，我们的经济就完了。我们这个圆桌就是要回击一下这个论调。

我当时就想，中国企业和科研单位对于自己成果的宣传推广，真的是太不到位。李总是做投资的，我是做科技内容的，所以我们每天都在看中国的美国的欧洲的各种高新科技，知道中国有多强，有时候简直是强得离谱，强得科幻，如果中美脱钩对我们的经济产生影响，那也是在消费市场端而不是在供应端，但这个信息显然还没有传播到一些行业外的朋友那里。

如果说中国现在的科技产业有一个目标的话，那绝对不是现在的美国，而是当年那个发明了飞机、电视、电话、互联网、流水线生产，重塑了人类的生活方式，用60年代的科技把人类送上月球的美国。

在我们这一轮的科技积累之后，我敢肯定中国也会有那样级别的发明创造，也会重塑人类的生活方式，虽然我们现在还看不到那是什么，但那一定会很精彩。

参考资料：

1.《强电磁防护技术研究进展》，刘培国，刘晨曦等；国防科技大学；

2.《低温等离子体用于高功率微波防护研究》，李志刚，邱志楠等；国防科技大学；

3.《美国关键基础设施电磁脉冲防御政策简析》，冯寒亮等；西北核技术研究所；

4.《美国国会“电磁脉冲攻击对美国的威胁评估委员会”及其评估报告简析》，冯寒亮等；西北核技术研究所；

5.《探析美军网络防御装备新技术发展的五大方向》，安全内参；

6.《弹道导弹防御与美国国内政治》，顾国良；社会科学院美国研究所；

7.美军有关核电磁脉冲研究的指令、指示、标准及试验操作规程The U.S. Military Directives, Instructions, Standards, Test Operations Procedure about Nuclear Electromagnetic Pulse Research (hanspub.org)

8.苏东林院士：重大基础设施非核强电磁脉冲威胁与防护策略研究-知乎(zhihu.com)

9.射频前端强电磁脉冲防护研究进展（摘录）_电磁波(sohu.com)

10.军工行业深度报告：两重成长逻辑，四大投资方向_腾讯新闻(qq.com)

11.等离子体对高功率微波的防护_杨耿

12.电磁脉冲防护技术研究现状_刘洋

13.高功率微波导弹对战场环境的影响及对抗技术研究_刘振林

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