前兩天回國，在香港剛下飛機，我就發現一個好久不聯絡的哥們發了條微信，說等離子護盾，被我們搞出來了。
當時我的第一個反應是這哥們秀逗了，這要是真的，豈不就是星際爭霸裡的神族護盾，EVE裡的拉格朗日護罩？結果一查，居然是真的。。。
現實有時候就是那麼魔幻。
原來是國防科大去年年底發了篇論文，裡邊詳細講了如何用等離子體防禦高功率微波攻擊。
今天我們就來聊聊這個等離子護盾。
關於這篇論文提到的概念，可能聽著有些抽象。但我舉這麼個例子，你就明白了。
大家都看過駭客帝國吧？
第一部裡面，章魚機器人打人類的飛船，人類飛船有個自保的大招，叫電磁脈衝——EMP。
這東西是電子裝置的剋星，靠超高能的電磁波脈衝讓電子電路過載，把自己燒壞。這玩意兒打穿拖鞋的朋友沒用，但兩大高科技強國發生軍事衝突的時候，你先過去一發EMP，直接把對面從資訊時代打回機械時代，然後再上去收割就方便多了。
而我們搞的等離子護盾，防的就是這個EMP。
說到這裡很多瞭解電磁科技的朋友可能會有疑問，防EMP的技術早就有了，那這東西有什麼特別之處呢？
簡單來說，它理論上可以做到全波段無死角的防禦，敵人發出的電磁脈衝越強，我們的護盾也會隨著變強，確實非常的科幻。
01
美國的技術路線
最早研究電磁防禦的國家當然還是我們的老朋友美國。
當年試爆原子彈的時候，美國的核物理學家們就觀察到，在一定範圍內的無線電裝置全部失靈。緊接著蘇聯也研製出原子彈，美國人覺得這還得了？於是EMP防禦技術研究被美軍提上了議程。
50年代，美國軍方開始研究電磁遮蔽技術，以減少EMP對軍事車輛、飛機和通訊裝置的干擾。早期，他們的防禦方法基本是在關鍵部位加裝金屬遮蔽網，或使用特殊金屬材料來降低EMP的穿透，但是效果並不太好。
這種金屬遮蔽網阻擋EMP的原理，跟我們有時候在鋼結構建築裡面收不到手機訊號是類似的。也就是金屬在外界變化磁場作用下會產生感應電流，進而產生感應磁場抵消外部磁場。
但問題是，軍事裝備往往很大並且有稜有角，金屬遮蔽網往往無法全部覆蓋，並且金屬遮蔽網能阻擋的電磁波頻率跟網格的密度有關，當電磁波的半波長小於等於孔洞或縫隙的尺寸時，由於我們中學時候學過的衍射效應，電磁波就會進入裝置內部，持續產生損害。
60年代之後DARPA也參與了相關研究，搞出了濾波和接地技術，隨後70年代搞出了EMP防護專用材料和結構，之後又把這種防禦措施逐漸固化成了美軍制式武器裝備標準的一部分。
但問題是，美軍的這些研究雖然積累了很久，但在技術指標上，並沒有質的飛躍，他們一直在用傳統的電磁防護方法，比如金屬遮蔽和電磁濾波器等。
就好比二戰德軍的坦克裝甲，不過是從1935年二號坦克的20mm堆到了1945年鼠式試驗車的220mm，但像是間隙裝甲、複合裝甲一類改變競爭環境的新科技並沒有點亮。
02
中國的技術積累
我們EMP防護研究起步比美國要晚，始於20世紀60年代。
進入20世紀末期，隨著海灣戰爭給我們的震撼，我軍也開始加大對EMP防禦技術的投入力度，軍方和相關科研機構摸著鷹醬過河，聯合開展了一系列EMP效應實驗和防禦技術研究，到了21世紀，基本趕上了美軍的水平。
但是在總結了美軍的技術路線，並進行了多年實踐後，我們發現了美軍技術路線的弊端，所以決定在摸著石頭過河的同時，也搞搞“彎道超車”，走“軟體路線”。
於是，在林福昌教授等專家的帶領下，我國智慧化EMP防禦系統透過引入感測器、控制系統和先進演算法等技術，實現了對EMP威脅的實時監測、自動分析和最佳化防禦，大大提高了EMP防禦的效率和準確性。
同時，我們的EMP防禦技術與其他安全防護技術也逐漸能夠整合化應用，形成了更加綜合、全面的安全防護體系。
隨著技術的積累與發展，也終於有了我們今天要說的這個等離子護盾。
03
等離子護盾
要理解等離子護盾的技術核心，就必須要了解一個發生在等離子體上的獨特電磁現象，叫做“電子雪崩”。
我們知道，等離子體是物質在固體、液體、氣體之後的第四種形態，在高溫之下，組成物質的原子裡面正離子（原子核）跟電子脫離，形成大量帶正電的正離子跟帶負電的電子攪合在一起的狀態，就如同一團漿糊。
所謂電子雪崩，指的是當高能電磁波射入這團漿糊之後，它裡面的電子會受到電磁場的加速作用，當能量達到一定程度，便會從呈中性的漿狀電子—離子狀態中脫離出來，成為自由電子。
隨著高能電磁波的持續，越來越多高能的自由電子也會瘋狂撞擊其它電子—離子單元，從而使更多的電子脫離出來，這些被撞出的電子在被電磁場加速後，也轉變成了“炮彈”的角色，從而形成了鏈式反應，等離子體內的自由電子越來越多，且增加的速度越來越快，這便是電子雪崩效應。
當等離子體內積聚足夠多的自由電子後，從宏觀性質上來看，就與金屬很像了。什麼性質呢？能遮蔽電磁場。
這裡我們再詳細說一下金屬遮蔽電磁場的原理。
大家應該都用過微波爐吧，記不記得它的使用說明書中有一條，那就是禁止放入金屬器具。主要原因在於，金屬會吸收少量但反射大量的微波。
這裡金屬對微波的吸收和反射作用，其實就是對電磁場的遮蔽效應。而它之所以有這種能力，主要在於其內部大量自由電子。
當電磁波照射到金屬表面上時，受到電磁場作用的自由電子發生移動，在金屬內部產生感應電流和感應磁場。
這個感應電磁場與入射電磁波相互抵消，確保了外部電磁場無法穿透金屬。
射入電磁場（左）和感應電磁場（右）相互抵消
從量子力學的角度看，電磁波的本質就是光子，當光子打到金屬內的電子上後，絕大多數都會被反射掉。
這一吸一反，就將射來的電磁波遮蔽掉了。
而那些原本要加熱食物內水分子的微波由於被金屬反射，無法完全進入食物內部，便會在外部積聚，直至在微波爐內部產生火花或電弧，這無論對於微波爐還是使用者來說，都是極大的安全風險。
金屬的這種性質就可以用來防禦EMP。
而當我們把金屬網換成等離子護盾之後，就會有一些顛覆式的進展。
首先，等離子體是瀰漫在裝置表面的，不存在稜角突出部位防禦不到的問題，也沒有網格漏洞的問題。
而更為關鍵的是，等離子體發生的電子雪崩的規模，跟入射電磁波的強度正相關，也就是對方的攻擊越強，我方的防禦就越強，對方的EMP有給我們的等離子護盾充能的效果。。。
“借力打力”這個中華民族的傳統智慧，完全被他玩明白了呀。
論文中說，研究人員將從高功率微波源中產生的微波分為了兩部分，一部分直接接入示波器作為參考訊號（對照組），一部分透過發射喇叭射出後，透過一層等離子體，射入接收喇叭作為接收訊號。
這層等離子體由數根高頻輝光管生成，當通電後，發出的輝光就意味著管內惰性氣體發生了電離，形成了等離子體。
實驗結果表明，等離子體對高功率微波（1.3GHz、144kW）的確產生了明顯的防護作用，訊號衰減大於20dB，相當於降到了原來的1/100以內，可以說是極其有效了。
黃色柱體是輸出訊號，綠色圖案為接受訊號；
上下兩圖是開啟等離子體發生裝置前後的訊號特徵
04
應用
關於這篇論文，其實還有一個很有意思的點，那就是它在2021年成稿的，卻拖到現在才公開。
這畢竟是軍隊單位的論文，並不像一般的學術研究那樣公開透明。
我軍的技術裝備一直遵循一個標準，那就是“裝備一代，研發一代，預研一代”，所以許多東西能公開出來，本身就意味著一件事——
過於落後，可以展示。
我查資料的時候還翻到了一篇美國國防承包商的公佈方案，翻譯過來，內容大概是這樣。
簡單來說，就是美軍感受到了最近的無人機技術革命對於他們的威脅，想搞短程微波防空導彈廢掉潛在對手的無人機海。
然後，沒過幾天，我們就把等離子護盾技術公佈了：
Bro，I have the highground，dont even try。
一旦小型化等離子護盾被普遍裝備，空軍、高超音速導彈，甚至無人機都能用它突防，而現有的那些電磁武器都會失去作用。
05
星辰大海並不是空話
當然，在地球上的內卷競爭中獲得統治地位，肯定不是這種科研的最終目的。
縱觀整個等離子護盾技術，它更適合的應用場景，就是太空。
太空環境極端惡劣，各種太陽黑子耀斑超新星爆炸，相當於每時每刻都有人擱那兒放EMP，在脫離了地球磁場保護之後，這種長期電磁輻射會對宇航員和航天器構成巨大威脅。在走向深空的過程中，等離子護盾必然會成為保護宇航員和航天器免受宇宙射線和其他輻射傷害的重要工具。
有朝一日如果我們在星際定居，這個東西還可以用來發電，靠吃太陽風給我們的星際殖民地源源不斷地供能，相當於給走向深空做的技術儲備。
大家別以為這個東西異想天開，我們之前聊過，可控核聚變技術其實離我們並不是那麼遠，化學火箭技術也在龍哥的推動下陷入了內卷，也許我們真的有機會一睹人類的太空時代。
前不久去參加了一個觀察者網舉辦的活動，我參加的圓桌討論是有關中美產業競爭的，主持人是李世默李總。
上臺前我們幾個人在臺下對待會要講什麼，李總跟我們說現在世面上有種論調說美國要跟咱們脫鉤，由於美國的技術研發能力世上獨一無二，一旦失去了美國的技術轉移，我們的經濟就完了。我們這個圓桌就是要回擊一下這個論調。
我當時就想，中國企業和科研單位對於自己成果的宣傳推廣，真的是太不到位。李總是做投資的，我是做科技內容的，所以我們每天都在看中國的美國的歐洲的各種高新科技，知道中國有多強，有時候簡直是強得離譜，強得科幻，如果中美脫鉤對我們的經濟產生影響，那也是在消費市場端而不是在供應端，但這個資訊顯然還沒有傳播到一些行業外的朋友那裡。
如果說中國現在的科技產業有一個目標的話，那絕對不是現在的美國，而是當年那個發明了飛機、電視、電話、網際網路、流水線生產，重塑了人類的生活方式，用60年代的科技把人類送上月球的美國。
在我們這一輪的科技積累之後，我敢肯定中國也會有那樣級別的發明創造，也會重塑人類的生活方式，雖然我們現在還看不到那是什麼，但那一定會很精彩。
參考資料：
1.《強電磁防護技術研究進展》，劉培國，劉晨曦等；國防科技大學；
2.《低溫等離子體用於高功率微波防護研究》，李志剛，邱志楠等；國防科技大學；
3.《美國關鍵基礎設施電磁脈衝防禦政策簡析》，馮寒亮等；西北核技術研究所；
4.《美國國會“電磁脈衝攻擊對美國的威脅評估委員會”及其評估報告簡析》，馮寒亮等；西北核技術研究所；
5.《探析美軍網路防禦裝備新技術發展的五大方向》，安全內參；
6.《彈道導彈防禦與美國國內政治》，顧國良；社會科學院美國研究所；
7.美軍有關核電磁脈衝研究的指令、指示、標準及試驗操作規程The U.S. Military Directives, Instructions, Standards, Test Operations Procedure about Nuclear Electromagnetic Pulse Research (hanspub.org)
8.蘇東林院士：重大基礎設施非核強電磁脈衝威脅與防護策略研究-知乎(zhihu.com)
9.射頻前端強電磁脈衝防護研究進展（摘錄）_電磁波(sohu.com)
10.軍工行業深度報告：兩重成長邏輯，四大投資方向_騰訊新聞(qq.com)
11.等離子體對高功率微波的防護_楊耿
12.電磁脈衝防護技術研究現狀_劉洋
13.高功率微波導彈對戰場環境的影響及對抗技術研究_劉振林
