近日，國防科技大學釋出了類似《星際爭霸》中神族的護盾科技——“等離子護盾”技術。利用等離子體的特性，將外來的能量攻擊轉化為自身的防禦力量。
01
電磁脈衝（EMP）武器
要聊等離子護盾就要先聊聊它所針對的武器——電磁脈衝（EMP）武器。
當年美國試爆原子彈的時候就發現附近的無線電裝置全部失靈，這是由於核爆產生了大量高能電磁波。無線電、可見光、紫外線、X光和伽馬射線都是不同頻率或波長的電磁波，一般來說電磁波的波長越短、頻率越高，能量就越大。高能電磁波有很強的穿透力和破壞力，可以對物質和生物造成嚴重的損傷。
比如，X射線可以穿透人體的皮膚和肌肉，但會被骨頭吸收，所以可以用來拍攝X光片。伽馬射線可以穿透人體的骨頭和器官，但也會破壞人體的細胞和DNA，所以雖然可以用來殺死癌細胞，但也會引起放射性病變。高能電磁波不僅對生物有害，更是會對電子裝置造成巨大破壞。因為高能電磁波可以激發電子的運動，使得電子電路過載，自己就燒壞了。所以，高能電磁波是可以被用作一種電子武器，一旦使用將會對敵方的通訊、雷達和導彈等裝置進行干擾或者破壞。
經過多年研發，美國目前已投入使用的這類裝備有主動拒止系統、警惕鷹系統、攜帶高功率微波彈頭的AGM-86巡航導彈以及用於空域封鎖的高功率微波炮等。這些武器用突發的、寬頻高能電磁波讓電路過載燒燬，把所有高科技武器的變成“瞎子”“聾子”甚至變為一堆廢鐵。目前美軍為了應對無人機海的威脅，最近正在開發新的高功率微波（HPM）短程防空系統。
02
EMP防禦武器
我們知道不能把金屬器具放進微波爐中，這是因為金屬會吸收少量微波的同時反射大部分微波。這是因為金屬中有大量自由電子，當電磁波照射到金屬表面上後，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。這個感應電磁場能與入射電磁波相互抵消，就能保證外部電磁波無法穿透金屬。
射入電磁場（左）和感應電磁場（右）相互抵消
目前的軍事車輛、飛機和通訊裝置都在關鍵部位加裝了金屬電磁遮蔽網或電磁濾波器來防禦EMP的穿透。但問題是，金屬遮蔽網往往無法做到對裝備的全覆蓋，並且當電磁波的半波長小於等於孔洞尺寸時就能用衍射效應進入裝置內部，產生損害。
我國在經過多年實踐後發現了這條防禦路線的弊端，以林福昌教授為首的專家們走了軟硬結合的路線。透過引入感測器和先進演算法，實現了對EMP威脅的實時監測、自動分析和最佳化防禦的體系。隨著技術的積累與發展，也終於有了現在陳宗勝團隊研究的這個等離子護盾。
03
為什麼用等離子體防禦電磁脈衝？
等離子體是物質在固體、液體、氣體之外的第四種形態，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和在一起的狀態，就如同一團糨糊。
等離子護盾起效的原因在於其擁有“電子雪崩”的獨特電磁現象。當電磁波射入這團漿糊之後，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，形成鏈式反應，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。這樣等離子體就相當於一張可以遮蔽電磁場的金屬網了。
等離子體替換金屬遮蔽網之後，就完美的能量護盾了。首先，等離子體是瀰漫在裝置表面的，不存在防禦漏洞問題。而更為關鍵的是，等離子體發生的電子雪崩的能量來自入射電磁波。也就是對方的攻擊越強，我方的防禦就越強，對方的EMP就是護盾充能的來源。
04
低溫等離子體防護研究
那麼國防科技大學的研究人員究竟做了哪些工作呢？
為了驗證等離子護盾的實際效果，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輸入訊號強度，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。
實驗裝置示意圖
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。
高頻輝光管中惰性氣體電離產生等離子體
黃色輸出訊號，綠色為透過護盾後的訊號，強度衰減到了原來的1/100。
05
等離子護盾最適合星辰大海
其實等離子護盾技術非常適合太空。太空電磁環境極端惡劣，太陽耀斑和超新星爆發釋放的高能射線強度遠遠高於人類釋放的EMP炸彈。由於缺乏地球磁場和大氣的保護，航天器和宇航員時刻都有受到高能EMP攻擊的風險。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，在保護基地的同時靠吃太陽風給我們的星際殖民地源源不斷地供能，這是走向深空的必要技術儲備。
最後值得注意的是，這篇論文在2021年就提交了，卻拖到現在才公開。這畢竟是軍隊單位的論文，能公開就表示過於落後，可以展示。
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編輯｜張毅
稽核｜吳新
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壹零社：用圖文、影片記錄科技網際網路新鮮事、電商生活、雲計算、ICT領域、消費電子，商業故事。《中國知網》每週全文收錄；中國科技報刊100強；2021年微博百萬粉絲俱樂部成員；2022年抖音優質科技內容創作者
