電網干擾彈

電網干擾彈,又稱“斷電”炸彈、電子炸彈、軟炸彈或碳纖維彈。它以電廠、變電站、配電站、輸電線路等電能源設施為目標,在預定的時間、地點、空域大範圍地布撒導電纖維(碳纖維束或鍍鋁玻璃絲),這些在空中飄浮的導電纖維落到電能源的任一具有壓差的線路或器材之間,都會造成電網繼電保護電路的動作,產生短路跳閘或過載跳閘,使電網供電中斷,造成大範圍的停電,導致以電為能源的各種設備無法正常工作。

1 概述

電網干擾彈,又稱“斷電”炸彈、電子炸彈、軟炸彈或碳纖維彈。它以電廠、變電站、配電站、輸電線路等電能源設施為目標,在預定的時間、地點、空域大範圍地布撒導電纖維(碳纖維束或鍍鋁玻璃絲),這些在空中飄浮的導電纖維落到電能源的任一具有壓差的線路或器材之間,都會造成電網繼電保護電路的動作,產生短路跳閘或過載跳閘,使電網供電中斷,造成大範圍的停電,導致以電為能源的各種設備無法正常工作。由於導電纖維清理困難,無法迅速消除這種中斷。長時間、大範圍的停電會導致嚴重的後果:一方面,在恢復正常供電前,以電力為能源的各種軍事設施(包括指揮、通信、偵察、攻擊等裝備)均不能正常工作,這就為己方創造了一個極為有利的作戰環境。另一方面,由於斷電會引發一系列的連鎖反應,如:停水、交通癱瘓、通信中斷等,將給人們衣、食、住、行帶來極大的不便,甚至無法正常生活,這不僅在人們的心理上造成巨大恐慌,還會給國民經濟帶來重大損失。

2 電網干擾彈在現代戰爭中的套用及特點

美國在電網干擾彈技術的預先研究和裝備研製方面一直處於領先地位,而且還率先將電網干擾彈套用到了戰爭中。

2.1 電網干擾彈在現代戰爭中的套用

2.1.1 在伊拉克戰爭中的套用
1991年海灣戰爭中,為了縮短戰爭進程,更早地奪取制空權,1月17日作戰伊始,美國便使用“戰斧”巡航飛彈攜帶裝填碳纖維的KIT-2戰鬥部攻擊了伊拉克巴格達地區的電力系統,造成其85%的電力供應中斷,不少電器被燒毀,電力系統處於癱瘓狀態。被損壞的供電系統中包括為一個大型中央處理計算機系統供電的設備和線路,該大型中央處理計算機系統是伊拉克防空體系一體化的控制中樞。由於這個計算機系統的受損而使伊拉克的防空體系失效。
這次襲擊造成了伊拉克軍事指揮機關、通信部門和以電為能源的諸多偵察、瞄準乃至射擊武器的停電,使指揮、控制中斷,防空體系瓦解,直接影響了伊拉克的整體防空作戰能力。
2.1.2 在科索沃戰爭中的套用
1999年5月上旬在科索沃戰場上,美國空軍在戰爭進行一段時間後用F-117A飛機投擲了代號為CBU-102(V)2/B的電網干擾彈。在空襲中,美軍以破壞供電系統的功能為首要目標,通過大量拋撒鍍鋁玻璃絲,造成了電網傳輸線的線、相、地之間的多重短路。破壞了供電系統和與之相關的傳輸點的絕緣特性,使系統癱瘓,致使南斯拉夫在戰爭期間的5月份,幾乎不能保證正常的電力供應。這次攻擊造成了南聯盟70%地區的供電中斷,軍事通信、指揮、防空指揮系統等部分失靈。5個大型電站遭到了破壞,其中包括地處塞爾維亞西部德里納河畔巴伊什塔的發電廠、地處奧布雷諾瓦茨、德爾姆諾、諾維薩德和尼什的發電設施。而地處尼什的發電廠是負責給在科索沃的南聯盟第3軍供電的,對它的攻擊極大地削弱了第3軍的戰鬥力。
CBU-102(V)2/B電網干擾彈是由非制導的無動力型SUU-66/B戰術彈藥布撒器和BLU-114/B子彈藥構成的子母彈,全彈重304kg。BLU-114/B子彈藥中裝有大量經過處理的鍍鋁玻璃絲。

2.2 電網干擾彈的特點

(1)電網干擾彈對電力系統的破壞範圍廣,效果好。它是利用電力系統安全運行所必須的繼電保護特性,破壞電力系統和與之相關重大節點的控制關係。攻擊的結果將使較大的局部甚至整個電力系統癱瘓。有效地破壞指揮、控制中心和武器系統的供電系統和設施。
(2)電網干擾彈能使電網體系的運行遭受重大損失,導致通信中斷、飲水供應遭到破壞、交通癱瘓等,直接影響到人們的經濟活動和社會生活,會給人們帶來災難和恐慌,使人們心理蒙上巨大的陰影。
(3)電網干擾彈不僅可以攻擊電力系統的發電設備、配電設備,還可以攻擊星羅棋布的輸電線路。因此,投擲地域廣泛,更難以防禦。
(4)電網干擾彈研製難度不大且價格較低。它可以在現有制式武器基礎上進行延續性開發,投入較少經費,在較短時間(3~5年)內就可開發研製成功。每枚電網干擾彈的價格僅在10萬美元以下。

3 美國電網干擾彈技術的發展

3.1 發展歷程

電網干擾彈最初源於雷達干擾器材。在美國海軍的一次飛行訓練中,用於掩護飛機的雷達干擾彈產生的干擾雲造成美國南加州部分地區供電中斷,由此受到啟發並開始研究破壞電力系統的電網干擾彈。終於在20世紀80年代中期冷戰高潮期間研製成功,準備在東西集團衝突之際對付華沙條約國的電力網。
海灣戰爭結束後,嘗到電網干擾彈甜頭的美軍,加大了對這種非致命性武器開發研究的力度。美國空軍利用戰術彈藥布撒器發展了由飛機投放的非殺傷性的電網干擾彈,並在1995年對F-117A隱形戰鬥機進行了改進,使其能投放無制導炸彈布撒器。由於電網干擾彈研製成本低,對目標破壞力大,屬於發展中的武器,科索沃戰爭後,美國又從投放精度及干擾方式等方面加大了研究力度。

3.2 發展趨勢

3.2.1 提高投放精度
美國正在採用兩種方案來提高電網干擾彈的投放精度。其中,一種方案是用帶有全球定位系統(GPS)制導的聯合防區外武器(JSOW)投放BLU-114/B子炸彈。JSOW的優點是載機不必飛臨目標上空,可在敵方防禦較為薄弱的有利位置發射武器,避免受到目標區防空武器的攻擊,不但可以保證投放電網干擾彈的F-15E、F-16、F/A-18、B-1B和B-52等高價值飛機的安全,而且能精確制導以達到最佳的毀傷效果。
美國正在研製專門配合BLU-114/B子炸彈使用的聯合防區外武器的第四個型號AGM-154D,用於替代CBU-102電網干擾彈。AGM-154D目前尚未正式裝備使用,但已投入試生產。
另一種方案是在布撒器上加裝慣導裝置和風力修正機構(風估計與補償軟體和可動尾翼裝置),使其成為一種精確制導的空地武器。這樣它就能在12200m的高空由B-52、B-1、F-16和F-15E來投放,並改稱為“風修正彈藥布撒器”(WCMD),由洛克希德·馬丁公司研製。
布撒器投放前由載機提供航向、速度、高度等校正數據,在慣性制導作用下飛向目標區域,並啟動風力修正機構對風力的干擾不斷進行修正,保證飛向目標區的精度。
洛馬一體化系統公司於2000底在埃格林空軍基地成功地完成了風力修正彈藥布撒器第3次即最後一次飛行試驗,早先進行的兩次試驗已獲得了成功。美國空軍計畫到2005財年採購4萬套尾翼組件,現在已經完成、正在進行或計畫進行對接的飛機包括B-52、B-1、B-2、F-15及F-117。
3.2.2 擴展干擾方式和手段
美國除繼續改進電網干擾彈外,還在研究破壞水力發電廠的武器。相關試驗中的一種方法是撒出大量纏繞物,順著水流纏到發電機渦輪葉片上破壞其工作;另一種方法是將某種具有增稠作用的化學劑噴灑到水中,使發電機使用的水變稠,使發電設備無法正常工作。
3.2.3 開發新型的干擾材料
今後可能會出現粉末狀等多種導電體來替代目前使用的絲條狀導電體。如果這些粉末狀導電體通過爆炸拋撒在敵指揮部上空,一方面,它可通過換氣口或敞露部分進入敵電子儀器與設備中。通過接觸電子儀器(如計算機)中眾多密集的線路焊點,造成敵電子儀器、設備短路燒毀,從而最終導致敵C3I系統癱瘓。另一方面,也可布撒在變電站、高壓輸電線或電廠附近,使其飄落在輸電線路的瓷瓶等連線處,造成電網短路而停電。而且粘在瓷瓶上的大量粉末狀導電體附著力較強,難以清理,可在較長的時間內起作用。有時這些粉末狀導電物質可使局部的空氣擊穿來實現電網短路。

4 電網干擾彈的干擾機理分析

電力是當今世界使用最廣泛、地位最為
重要的能源,電網是輸送電能源到用電設備的橋樑。電網干擾彈的干擾機理和戰術套用與電網繼電保護及系統的結構形式密切相關。電網的繼電保護是電網干擾彈實施干擾的基礎,電網的結構形式決定了電網干擾彈的戰術使用方法和干擾效果。因此,在進行電網干擾彈干擾機理分析時,必須對輸電電網的繼電保護進行研究;同時,也有必要對國內外各種典型的電網結構進行分析、研究,以增強電網干擾彈的作戰效果和加強對電網干擾彈的防禦。

4.1 電網的結構

電網是電力系統的俗稱,它泛指由發電、供電設施和為保證這些設施正常運行所需的保護和安全自動裝置、計量裝置、電力通訊設施、電網調度自動化設施等構成的整體。電網的主要功能是把電能安全、優質、經濟地送達用戶。電網的結構主要指主網的接線方式、區域電網電源和負荷大小以及聯絡線功率交換量的大小等。所謂主網,是指最高電壓等級輸電網(如500kV),在形成初期也包括次一級電壓網(如220kV)共同構成電網的骨架。
4.1.1 國外電網的幾種典型的結構方式
國外比較完善的電網結構主要有電源送電線集中並聯的遠距離輸電方式(比較典型的有瑞典的400kV電網與加拿大魁北克的735kV電網)、外輪形結構方式(比較典型的有日本的東京電網和關西電網)和普遍密集型結構方式(比較典型的有英格蘭、法國、瑞士等國家的電網)。另外,由於能源分布情況以及投資的技術經濟等原因,還有其他一些特定結構的電網。
4.1.2 國內電網結構
我國電網目前還處在主網架形成和高一級電壓網開始出現的發展時期,結構尚不盡合理,歸納起來主要有以下幾種典型結構:大受端兩機系統、小受端兩機系統、強聯繫兩機系統、弱聯繫兩機系統、鏈形多機系統、環形多機系統和其他複雜結構的電網。

4.2 電網的繼電保護

電網的繼電保護是當電網中發電機、變壓器、輸電線路、母線等電力設備發生故障時,為了減輕故障設備的損壞程度和對相鄰地區供電的影響,應在儘可能短的時限和在儘可能小的區間內自動把故障設備從電網中斷開,以保持和維護電網的正常運行的一種重要保護措施。其主要功能有:
(1)自動、迅速、有選擇地將故障元件從電力系統中快速、自動地切除,使其損壞程度減至最輕,並保證最大限度地恢復無故障部分的正常運行。
(2)反應電氣元件的異常運行工況,根據運行維護的具體條件和設備的承受能力,發出警報信號、減負荷或延時跳閘。繼電保護系統能對電力系統的運行狀態不間斷地實時監視,一旦發生不正常運行狀態,能及時告警(通知運行人員採取措施)或啟動自動控制裝置(恢復正常運行)。
(3)依據實際情況,儘快自動恢復對停電部分的供電。
電網的繼電保護是電力系統必不可少的組成部分,對保障系統安全運行,保證電能質量,防止故障擴大和事故發生,都有極其重要的作用。

4.3 電網干擾彈的干擾機理

世界各國的電網電壓分別為11萬伏、22萬伏、35萬伏。且輸電高壓電網大部分為22萬伏,高壓輸電線的線距為4米。高壓線均用裸線傳輸,也必須用裸線傳輸,因為加裝一般的絕緣層,不足以防止偶然出現的短路或空氣擊穿,除非使用耐高壓且非常厚的絕緣層,這樣會使傳輸線的重量和成本增加到人們難以承受的程度。
電網干擾彈對電網攻擊的方式是在目標區大範圍地布撒干擾材料,這些隨風飄撒的導電材料,一旦搭接在電廠、變電站、配電站、輸電線路等任一具有壓差的線路或器材之間,就將造成電網的局部短路, 短路後,會使短路點的電流高達原來的幾倍甚至幾十倍。當這一電流超過了系統中繼電保護裝置的整定值時,系統的繼電保護動作,引起系統跳閘。高壓輸電系統的保護裝置不但具有短路跳閘功能,也有自動合閘功能。在正常供電情況下,發生在高壓輸電系統的短路故障大都是暫時的,線路跳閘後採用自動重合閘便可恢復供電。系統跳閘的時間不超過0.5s,最短的為0.02s。當自動合閘不成功,即自動合閘後短路故障依然存在時,系統的繼電保護電路將再一次控制系統跳閘。這種跳閘-合閘的控制方式通常重複三次,若故障不排除,系統就不再合閘供電。當故障排除後,可採用手動方式強送電。不徹底地清除這些散落在電器設備或線路中的導電纖維,就無法消除短路的故障因素。如果清除不徹底,或清除後檢查不仔細,採用手動強行送電不但無法供電,還會引起許多負作用。

5 電網干擾彈的關鍵技術

5.1 電網干擾彈的投放技術

電網干擾彈的投放技術主要是指布撒器戰鬥部等載體把干擾材料送到輸電線或變電站的上空並按規定散落範圍投放的一種控制技術。包括飛機投放和巡航飛彈投放。

5.2 電網干擾彈的散開技術

電網干擾彈的散開技術主要是指拋撒在空中的纖維束能否大範圍均勻散開的技術。主要研究導電纖維束在不同天氣條件下的拋散特性(如氣流的影響、投放的高度、展開密度、展開面積等)、纖維包結構形式、纖維束繞制及展開技術等內容。

5.3 電網干擾彈的干擾材料

電網干擾材料的首選條件是:必須能承受三次或三次以上的高壓衝擊,從而有效地對電網進行干擾;其次是在有限負載空間內能裝填較多的有效干擾材料;最後是價格便宜、貨源充足。
目前使用的導電纖維主要有兩種,一種是碳纖維材料,包括長碳纖維絲束(一般10米以上)和短碳纖維絲(幾毫米長);另一種是鍍鋁玻璃絲材料,其特點是強度高,強度衰減少(在340度高溫下仍能保持75%的強度)、不吸水、體積穩定、耐多種酸性物質和溶解液。

6 對電網干擾彈的防護淺析


電網干擾彈作為一種專門攻擊電力供應設施的軟殺傷武器,其危害性不可低估。海灣戰爭和科索沃戰爭後,人們已經開始重視對電網干擾彈的防禦和研究。避免或降低電網干擾彈的危害,首先應從保證電網穩定性做起。大型電網的穩定性是電網運行的必要條件,而電網干擾彈就是通過對電網的攻擊破壞其穩定性,使之產生連鎖反應,造成電網的崩潰。其次,應防止局部的短路損害。這種損害如果處理不好,也可能引起電網穩定性受損。最後,研究更好的清除方法。一旦受到攻擊,應採取最佳的清除方法,在短期內恢復電網供電,以儘量減少損失。

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