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71d3194cb72e326f9cbb3d914eac1cda 還記得電影《駭客任務》裡一瞬間癱瘓烏賊機器人的船艦,以及《瞞天過海》裡讓賭城瞬間停擺的儀器嗎?又或者《007:黃金眼》裡由前蘇聯政府開發的衛星武器?如果你看過這些電影,應該不會對EMP(Electromagnetic Pulse,電磁脈衝武器)武器感到陌生。這些出現在電影裡的高科技武器其來有自,而且已經開始對人類的生活產生影響。


EMP在紀錄上最早於1930年代被物理學家發現,是一種在爆炸(特別是核爆炸)、閃電等狀況下產生的電磁輻射,核爆所產生的射線會以光速由爆點向四週輻射,和空氣中的氧、氮原子相撞擊,進而產生帶負電之電子,產生極強的電磁場,也就是我們所知道的「電磁脈衝」。

電磁脈衝對生物體幾乎不會造成直接影響,但如果在電磁脈衝發生時接近受影響的電子設備,則可能因為瞬間產生的超高電壓而灼傷、休克,甚至死亡,同時也可能因為電子設備受到電磁脈衝影響而短路,造成爆炸或火災等傷害。

另外,相較於爆炸能量,等量的炸藥在越高的地方產生的電磁脈衝破壞區則越廣。舉例來說,在高度60英里處產生100千噸空爆時,造成電磁脈衝破壞區可以遍及半個美國。在高度300英里處同樣當量的爆炸,則EMP破壞區可以遍及整個美國另加上墨西哥與加拿大的大部分地區。

EMP原本是核彈爆炸後的副產物,1960年代,美國和蘇俄接二連三透過高空核彈試爆,逐漸掌握了EMP的特性,也讓美國軍方將EMP列為第三代核武發展目標之一。

一向擁核自重的北韓和中國,也在近十年內迎頭趕上,在資訊與科技成為現代戰爭核心的世代,配備EMP裝置的戰術性武器,幾乎可說是控制甚至扭轉戰局的關鍵。

電磁脈衝武器的歷史軌跡

事實上,根據《全球防衛誌》2005年的報導,早在波灣戰爭期間,就有美軍向伊拉克發射配備非核爆電磁脈衝彈頭的戰斧巡弋飛彈,攻擊伊軍指揮中心電子系統的傳聞;1999年北約組織對南斯拉夫聯邦的轟炸中,也傳出美國使用非核爆電磁脈衝彈藥,使得南聯盟部份地區的各種通信設施癱瘓了3個多小時,而後在2003年的美伊戰爭期間,也傳出美國曾經投射E-Bomb攻擊巴格達。

在歷史上有紀錄的電磁脈衝事件,當屬1958年美國在太平洋上空進行氫彈實驗,導致夏威夷群島路燈全部熄滅開始,接著1961年,前蘇聯在北極新地島進行的高空核爆試驗,使美國設在阿拉斯加及格陵蘭的預警雷達及4千公里內的遠程通信電子系統失靈並中斷24小時。

1961~1962年間,美蘇兩國相繼進行多次的高空核爆試驗,產生驚人的電磁脈衝現象,才讓世界開始對電磁脈產生重視。值得注意的是,同能量的電磁脈衝波影響的範圍,是依其炸點高度不同而異。

如在美國內布拉斯加州附近上空90公里處,引爆一枚核子武器,其電磁脈衝的威力將涵蓋半個美國;若炸點提升為200公里高空,則除了全美國外,部份的墨西哥及加拿大也會受影響;如以中國大陸為例,若於蘭州上空400公里高空處,引爆一枚100萬噸級核子武器,則全大陸將為電磁脈衝波所涵蓋。

轉向非核型電磁脈衝武器

在全球反核浪潮下,軍事強國也開始瞭解核彈帶來的影響極為可怕,利用核爆產生EMP的破壞效能代價太高,也可能遭到對手的核子報復,因此,美國軍方也希望找到一種以非核爆形式而能得到高能電磁脈衝的方法,最終美國在1980年代後期取得成果,即為所謂的「高功率微波彈」。

高功率微波彈的主要原理,是以炸藥和化學燃料的爆炸能為能源,並用高功率脈衝發生器替代核爆炸產生的局部強力EMP破壞電子設備,因此這類武器體積小、重量輕,便於攜帶與投擲,可由飛機、導彈或火箭等載具搭載投射。

嘗試反制EMP攻擊的研究

然而,在電影裡像是手提箱大小的EMP武器是否真的存在?儘管在好萊塢電影裡,這些EMP武器能造成的破壞力與影響被娛樂效果誇大,但我們卻不得不注意到,來自德國的Fraunhofer研究所,已經發展出能夠抵擋EMP武器的裝置。

然而,Fraunhofer研究所開發出的裝置並不能真正抵擋EMP武器對電子設備的癱瘓效果,它只能偵測EMP攻擊的強度、頻率和位置。EMP本質上是一種強而有力的巨大輻射爆發,就像無線電訊號等其他形態的電磁波,相對地EMP可以更有效而且簡單的被分析,讓我們瞭解到底發生了什麼事。

Fraunhofer研究所開發出來的儀器,是由一個裝著無線電元件(像是擴大器、整流器等)的保護盒,與架設在三腳架上的四個天線,以及一台分析和組合資料運算用的電腦所組成。很可惜的,Fraunhofer研究所沒有提供更多相關資訊,因此我們只能從現在的資料中推敲這個儀器的運作方式。

透過涵蓋360度的四個天線(每個90度),它們可以探測「各種形式的電磁輻射來源」,在保護盒裡則是一個用來推斷電磁脈衝何時開始與結束的「高頻率模組」。電腦則是將收集到的資料運算統合出EMP的來源、持續時間以及是哪一種EMP(武器化、核能的、非核能的等等)。

「那些受到攻擊影響的可以憑藉這些資訊,建立一個快速並且適當的防護方式」,研究所發言人Michael Jöster 解釋。

現階段我們必須注意的是,Fraunhofer研究所開發的儀器只能應用在小型的EMP攻擊上,這些小型的EMP攻擊,通常是非核能並且只能影響一小區域;但北韓最近從俄羅斯取得的核子EMP,則是以原子彈做為基礎,並且擁有足夠的能量瓦解數百哩內的電子系統與裝置,包括Fraunhofer研究所開發的儀器都將無一倖免。

這個新的儀器只能在防禦小型的、非核態的EMP,同時,我們要再一次強調,它只能幫助你在EMP攻擊無效化你的安全系統(或是任何恐怖份子想要無效化的電子系統)後,找到攻擊者。如果你是核能型EMP的攻擊目標,老實說你什麼也不能做,只能用鉛保護自己。

小型 EMP 裝置

這又讓我們想問一個有趣的問題:這些小型的EMP攻擊到底多常發生? Fraunhofer表示,在柏林至少有一個犯罪集團,用手提箱大小EMP裝置破壞許多豪華轎車的安全系統,雖然目前還沒有真實案例發生,但類似的裝置也可以被用在許多警報系統上。

一般來說,消費者般的裝置,例如智慧型手機或汽車等等,才是這些EMP裝置的高危險群,企業系統通常都有需要強力的EMP才裝置才能造成攻擊的防護措施,但這並不表示這些強力的EMP裝置不存在。可以想見的是,如果Fraunhofer研究所開始研究並開發減緩EMP攻擊的裝置,背後一定有和研究所有關的企業伙伴提出需求。

誰知道呢?說不定高科技犯罪集團早已開始使用EMP攻擊,只是礙於安全與公共關系的問題,這些攻擊沒有被公開罷了。 另外,美國空軍菲利普實驗室已製造出小型電漿螺旋管(toroids)。它有約10千焦耳的能量。電漿螺旋管對準固態靶,在靶表面上迅速感應加熱,產生極大的機械與熱衝擊以及X光脈衝。這個X光脈衝也能用來產生電磁脈衝。


儘管理論上預測螺旋管產生的高能電漿會因大氣而迅速耗散,但是,可能有一種好方法將高能電漿送到近區靶,不包括空氣中的長路徑,我們可以想像,結合衛星武器的發展與EMP的特性,未來是否就像電影《007:黃金眼》裡的情節一樣,衛星EMP武器甚至已經不需要核爆,只要瞄準定點區域發射高能聚焦微波就好仍是未知數。

從美中兩國近年來對反衛星武器的研發,但我們不得不擔心,是否在未公開的情形下,已經有配備EMP武器的衛星在地球外太空軌道運行,同時也表示現代戰爭發動的場域已經從陸海空,擴展到外太空。 我們幾乎可以確定,透過EMP這種相對「人道」的方式癱瘓敵對國家,將會成為未來戰爭的主要目標。

國防部報告:電磁脈衝武器的危機

在擁有笨重的屏蔽設施、良好的濾波裝置以及深埋在地下的電力管線等前提下,EMP武器攻擊造成的損害確實能被減輕不少,但如果被攻擊的目標是核電廠呢?

台灣國防部在2011年的一份報告中提出對電磁脈衝武器的防護概念但在重度依賴核能發電的現在,如果核電廠受到EMP影響,現有的核安機制是否能確保不再發生第二次福島事件?

面對即將成為未來戰爭趨勢的電磁型武器,我們有任何可以自保的手段嗎?德國Fraunhofer研究所開發的裝置或許可以告訴你EMP攻擊來自哪裡,但許多研究都已經表明,目前我們仍無法有效防禦來自於 EMP 的攻擊─事實上,我們拿它一點辦法也沒有。

圖片來源:

本文轉載自科技新報Technews

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