中国搞出了神族科技：等离子护盾

　　近日，国防科技大学发布了类似《星际争霸》中神族的护盾科技——“等离子护盾”技术。利用等离子体的特性，将外来的能量攻击转化为自身的防御力量。

　　01

　　电磁脉冲（EMP）武器

　　要聊等离子护盾就要先聊聊它所针对的武器——电磁脉冲（EMP）武器。

　　当年美国试爆原子弹的时候就发现附近的无线电设备全部失灵，这是由于核爆产生了大量高能电磁波。无线电、可见光、紫外线、X光和伽马射线都是不同频率或波长的电磁波，一般来说电磁波的波长越短、频率越高，能量就越大。高能电磁波有很强的穿透力和破坏力，可以对物质和生物造成严重的损伤。

　　比如，X射线可以穿透人体的皮肤和肌肉，但会被骨头吸收，所以可以用来拍摄X光片。伽马射线可以穿透人体的骨头和器官，但也会破坏人体的细胞和DNA，所以虽然可以用来杀死癌细胞，但也会引起放射性病变。高能电磁波不仅对生物有害，更是会对电子设备造成巨大破坏。因为高能电磁波可以激发电子的运动，使得电子电路过载，自己就烧坏了。所以，高能电磁波是可以被用作一种电子武器，一旦使用将会对敌方的通信、雷达和导弹等设备进行干扰或者破坏。

　　经过多年研发，美国目前已投入使用的这类装备有主动拒止系统、警惕鹰系统、携带高功率微波弹头的AGM-86巡航导弹以及用于空域封锁的高功率微波炮等。这些武器用突发的、宽带高能电磁波让电路过载烧毁，把所有高科技武器的变成“瞎子”“聋子”甚至变为一堆废铁。目前美军为了应对无人机海的威胁，最近正在开发新的高功率微波（HPM）短程防空系统。

　　02

　　EMP防御武器

　　我们知道不能把金属器具放进微波炉中，这是因为金属会吸收少量微波的同时反射大部分微波。这是因为金属中有大量自由电子，当电磁波照射到金属表面上后，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。这个感应电磁场能与入射电磁波相互抵消，就能保证外部电磁波无法穿透金属。

　　射入电磁场（左）和感应电磁场（右）相互抵消

　　目前的军事车辆、飞机和通讯设备都在关键部位加装了金属电磁屏蔽网或电磁滤波器来防御EMP的穿透。但问题是，金属屏蔽网往往无法做到对装备的全覆盖，并且当电磁波的半波长小于等于孔洞尺寸时就能用衍射效应进入设备内部，产生损害。

　　我国在经过多年实践后发现了这条防御路线的弊端，以林福昌教授为首的专家们走了软硬结合的路线。通过引入传感器和先进算法，实现了对EMP威胁的实时监测、自动分析和优化防御的体系。随着技术的积累与发展，也终于有了现在陈宗胜团队研究的这个等离子护盾。

　　03

　　为什么用等离子体防御电磁脉冲？

　　等离子体是物质在固体、液体、气体之外的第四种形态，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和在一起的状态，就如同一团糨糊。

　　等离子护盾起效的原因在于其拥有“电子雪崩”的独特电磁现象。当电磁波射入这团浆糊之后，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，形成链式反应，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。这样等离子体就相当于一张可以屏蔽电磁场的金属网了。

　　等离子体替换金属屏蔽网之后，就完美的能量护盾了。首先，等离子体是弥漫在设备表面的，不存在防御漏洞问题。而更为关键的是，等离子体发生的电子雪崩的能量来自入射电磁波。也就是对方的攻击越强，我方的防御就越强，对方的EMP就是护盾充能的来源。

　　04

　　低温等离子体防护研究

　　那么国防科技大学的研究人员究竟做了哪些工作呢？

　　为了验证等离子护盾的实际效果，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输入信号强度，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。

　　实验设备示意图

　　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。

　　高频辉光管中惰性气体电离产生等离子体

　　黄色输出信号，绿色为通过护盾后的信号，强度衰减到了原来的1/100。

　　05

　　等离子护盾最适合星辰大海

　　其实等离子护盾技术非常适合太空。太空电磁环境极端恶劣，太阳耀斑和超新星爆发释放的高能射线强度远远高于人类释放的EMP炸弹。由于缺乏地球磁场和大气的保护，航天器和宇航员时刻都有受到高能EMP攻击的风险。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，在保护基地的同时靠吃太阳风给我们的星际殖民地源源不断地供能，这是走向深空的必要技术储备。

　　最后值得注意的是，这篇论文在2021年就提交了，却拖到现在才公开。这毕竟是军队单位的论文，能公开就表示过于落后，可以展示。

　　编辑｜张毅

　　审核｜吴新

　　爆料联系：cpcfan1874（微信）

　　壹零社：用图文、视频记录科技互联网新鲜事、电商生活、云计算、ICT领域、消费电子，商业故事。《中国知网》每周全文收录；中国科技报刊100强；2021年微博百万粉丝俱乐部成员；2022年抖音优质科技内容创作者