无形杀手——次声波武器 次声波武器的原理
1880年,在美国罗德艾兰州纽波特市的伊斯顿斯·比奇镇附近的海面上,人们发现一艘船,船只完好,货物依然如故,该船长室内的早餐还在,只是舱内空无一人,全体船员不知去向。这就是历史上曾记载的“鬼船”事件。1890年,帆船“马尔波罗号”满载货物从新西兰驶往英国,途中忽然神秘地失踪。20年后,人们在火岛岸边发现了它。奇怪的是,死去的船员都保持着当年在岗时的姿势,死者没有外伤,也没有中毒迹象,船长航海日志的字迹也可依稀可辨,这又给人们留下了一个神秘而难解的谜。
经过多年勘察、研究和试验,科学家终于找出了上述事件的“凶手”,那是一种人们既看不见又摸不着,而且又听不到的声波,即风暴与海面的惊涛导致空气振荡的大功率次声波。在飓风天气里,这种平均为6赫兹的次声波功率可达几十千瓦甚至几百千瓦,而且能传播数千千米。高能量的次声波会对生物体造成辐射,轻者可引起人的疲劳、痛苦,重者可导致失明、死亡等。当这种强大功率的次声波“亲吻”船只时,无疑可以在数秒钟内“杀死”船上所有的人。发生在马六甲海峡的“马尔波罗号”惨案,就是因为这艘货船在驶进该地区时,遭遇了海上风暴。风暴与海浪摩擦产生了次声波。次声波使人的心脏及其他内脏器官剧烈颤动、狂跳,以致血管破裂,最后促使船员迅速死亡。甚至有人把百慕大三角区发生的船只失踪事件也归咎于此地的次声波。
到底什么是次声波呢?它强大的威力从何而来?所谓次声波,即频率低于20赫兹的声波,人耳收听不到。而通常人耳所能接受到的声波频率范围是在20~20000赫兹内。在不损失强度的前提下,频率越低的声波传播越远。次声波频率较低,能量消耗极小。所以,在空气中,次声波与声波、光波、无线电波相比,传播距离远且不衰减。例如,一门大炮发射时所产生的次声波,在百里以外仍能探测到;氢弹爆炸产生的次声波,能绕地球跑上几圈。科学家们首次探测到次声波现象是在1883年,当印度尼西亚的克拉托火山爆发时,巨大的火山喷发所激起的次声波威力无比,在远离火山几万千米的观测站都能探测得到。
生物学研究表明,人体各器官都有固定的振动频率,称为人体器官的固有频率(3~17赫兹),如内脏为4~6频率,头部为8~12频率等。人体的这些固有频率都在次声波的频率范围内,当次声波达到一定程度时,人会产生恐惧、恶心、眩晕等不适症状。其中5赫兹左右的次声波对人危害最大,能使人头晕目眩、四肢麻木、大脑损伤、神经错乱、血压升高,甚至五脏破裂。如果功率较大的次声波作用于人体,就会引起人体强烈的共振,从而造成更大的伤害。有人用动物作过次声波试验。他们把猴子和狒狒关在密室里,对之发射次声波,没有多久,猴子和狒狒全部死亡。解剖发现,它们的心脏已经破裂,原因就是次声波和动物心脏发生了共振。
次声波虽然无形,但我们能从许多途径感受到它的存在:在自然界,许多壮观的现象如太阳磁暴、海峡咆哮、龙卷风、水中漩涡、陨石落地;在人为空间,工厂里机械的撞击、摩擦,鼓风机、发电机的运转,飞机的飞行,火车、汽车的奔驰,军事上的原子弹、氢弹爆炸试验等等,都可能伴有次声波的发生。
早在1945年,从美军发现纳粹德国未能研制成功的次声波武器方案开始,就推动了美国在这个领域内的研究。其后,美国进行了多次秘密试验,并在理论上证明:以相控阵的形式可以制造出车载机动型或单兵手持型次声波武器,从而在战场上能够灵活机动地使用。据称,20世纪70年代,美国警方研制出了使人僵化或失去战斗力的次声波枪。20世纪80年代初,德莱维斯研制出一种有次声波发生系统、频率选择与相位控制系统、聚焦声波的声透镜系统组成的次声波武器样品。1986年,美军在索马里战争期间,曾经使用过次声波武器试验样品。20世纪90年代,美军专门研制高功率微型次声波发生器,并进行了战场模拟试验。1995年底,美国曾对波黑塞军阵地秘密进行次声波攻击,几秒钟就使对方士兵头痛、四肢无力、阵脚大乱。1998年,美国已经开始研制一种作用距离可达200米的手持式次声波枪。法国对次声波的研究也比较早,国立声学和自动化研究所是次声波研究的中心。20世纪60年代,该所就已制成谐振管式次声波发生器和其他大功率次声波装置。英国《观察家报》和美国《子夜》杂志讲得更为骇人听闻,他们说:“法国已研制了三种次声波武器,即‘哨子’、‘声学莱塞’、‘风琴管声枪’。”
1988年,在美国蒙特拿州的一个郊区,全副武装的宗教狂热分子潜伏在一幢大楼里威胁联邦调查局的特工人员,声称要与大楼同归于尽,特工人员假意妥协并推来一个形似大喇叭一样的装置与暴徒“对话”。几分钟后,暴徒就如中了魔一样,一个个东倒西歪、烦躁不安,好像精神错乱,趁此时机,特工人员冲进楼内迅速制伏了他们。这些暴徒自始至终都不知自己中了“无形杀手”———次声波的“暗算”。这是利用次声波作为武器的成功范例。
次声波武器是利用次声波频率与人体器官固有频率相近的原理,而对人体产生影响和杀伤作用的一类新概念武器。因为次声波的特点是“无孔不入”,所以只要防护设施上存在孔洞或缝隙,它就能渗透进去。次声波武器与传统的常规武器相比,也有其独特的优点。首先,它的使用具有真正的隐蔽性,很容易达成对有生力量的突然袭击,使对方措手不及,且不污染环境,也不会破坏自然物质;其次,由于次声波的频率低,衰减极少,传播距离很远,因此它的杀伤范围更广;再次,次声波具有极强的穿透力,能够穿透15厘米厚的混凝土或坦克钢板,人即使躲到防空洞或钻进坦克炮塔里,也还是一样难逃被攻击的厄运。次声波炸弹虽和中子弹一样,只杀伤生物而无损于建筑物,但两者相比,次声波炸弹的杀伤力远比中子弹强得多。科学家们预言:只要次声波炸弹一声爆炸,瞬息之间,方圆十几公里地面上的所有生命都将无一幸免。
目前,武器专家设想与研制中的次声波武器有以下三类:一是次声波战斗部,可制成次声波炸弹或次声波炮弹,即利用战斗部爆炸产生的次声波,对目标起到软杀伤的目的;二是大功率次声波发生器,可直接向攻击目标发射次声波,并传送至敌人后方,摧毁敌武器和技术装备;三是次声波探测设备,它具有高灵敏度,能接收敌方火箭、导弹发射及核爆炸产生的次声波,起到预警、监视作用。
研制次声波武器存在许多技术难题,武器专家所面临的最重要的问题是定向聚焦(把次声波发射到预定方向)、提高强度(达到一定距离内的杀伤效果)、仪器小型化(利于使用和操作安全)。如果不能解决好这些问题,则很难应用于实战。虽然次声波武器的研制尚未成熟,但人们对此不能不有所警惕。
来源:《国防》杂志05年4期****************************************次声波和次声武器当世界上第一个实用枪口消声器在1908年问世时,当时的报纸曾预言会出现无声的战争。然而直到现在,消声器始终没有达到完全消声,倒是有了另一种真正无声的武器——次声武器。次声武器与传统的枪炮不同,它不使用弹药,而是靠发射人耳听不到眼睛看不见的次声波来杀伤有生目标。
次声波是频率为0.0001~20Hz的声波,这个频段通常是人耳听不到的。由于人体各部位都存在细微而有节奏的脉动,这种脉动频率一般为2~16Hz,如内脏为4~6Hz,头部为8~12Hz等。人体的这些固有频率正好在次声波的频率范围内,一旦大功率的次声波作用于人体,就会引起人体强烈的共振,从而造成极大的伤害。谈到共振的破坏力,可能不少读者都知道在19世纪的欧洲,曾多次发生过士兵齐步过桥引发桥体共振,使大桥倒塌的悲剧。坚固的大桥都可以毁于共振,何况血肉之躯呢!次声武器就是利用频率低于20Hz的次声波与人体发生共振,使共振的器官或部位发生位移和变形而造成人体损伤以至死亡的一种武器。
次声波的危害
自然界中的陨石落地、海上风暴,人类活动中的火炮发射、导弹飞行等等,广泛存在着次声波,人们正是通过次声波引发的破坏现象逐步认识它的神奇威力的。
1883年,印尼的克拉托火山大爆发,巨大的喷发激起强大的次声波,它绕了地球3周,在远离火山几万千米的观测站测到了这次次声波,这是世界上首次记录的次声波。
1948年,一艘名为“乌兰格梅奇号”的荷兰货船,在通过马六甲海峡时,突然遇到海上风暴,当救助人员赶到时,船上所有人员都莫明其妙地死了。后经科学家们调查,才发现造成这场海难的罪魁是风暴与海面惊涛引起的次声波。最近有人把神秘莫测的百慕大三角区发生的悲剧也归咎于该地区的次声波。
自然界中,海上风暴、火山爆发、大陨石落地、海啸、电闪雷鸣、波浪击岸、水中漩涡、空中湍流、龙卷风、磁暴、极光等等都可能伴有次声波的发生。
人类活动中,诸如核爆炸、导弹飞行、火炮发射、轮船航行、汽车急驰、高楼和大桥摇晃,甚至像鼓风机、搅拌机、扩音喇叭等也都能产生次声波。
为了深入了解人体究竟能承受多强的次声波,人们曾用与人体忍受力相近的狗、猴子和狒狒做试验,结果表明:狗在172dB的高强次声作用下,出现明显的呼吸困难,有的甚至停止了呼吸,猴子和狒狒的呼吸次数也明显降低;当声压级达到185~195dB时,在不长的时间内,被试动物全部死亡。经反复研究,科学家们普遍认为,次声波强度在140dB左右,即使作用时间较短也会引起人体内脏器官机能方面的改变,当上升到150dB时,则会引起人体内某些器官的病变,如次声强度再升高,不仅会有生理病理方面的明显变化,甚至会导致人身伤亡。因此把150dB的声压级定为人体承受次声的安全极限。
国外兴起次声武器热
次声波这种看不见听不到的神奇威力,早已引起国外军事科学家们的兴趣,从20世纪60年代起他们就竞相研究次声武器,而且成果显著。1968年2月,英国《观察家报》首先对法国在马赛附近的某研究所秘密研究“声枪”作了报道。1972年法国国家实验中心的加里亚斯教授制成一台强次声发生器,首次试验就使周围5km以内的人员受到伤害,他们的胃、心脏等内脏器官发生异常剧烈的振动,头脑发胀甚至神志不清。80年代法国的科学家加弗罗制出了一种“大哨笛”次声发生器,声压级为160dB,能对人体器官产生一定程度损伤。当时法国报纸称它为“次声枪”。
70年代苏联在西部地区的里加和戈麦尔附近,用两台大功率的次声波装置进行了秘密试验,曾导致附近驻军受害。1979年苏联又秘密进行过次声炸弹的原理性试验,由于当时对其威力估计不足,又缺乏良好的防护,造成数名现场人员死亡。
在这个有巨大潜在威力的领域内,美国更是不甘落后。20世纪80年代初德莱维斯对次声武器进行了较系统的研究,他提出的“声波武器系统”(申报了美国专利)是一套完整的次声武器系统,主要由高能次声发生系统、频率选择与相位控制系统和使声波聚焦的声透镜系统3大部分组成。另外,为了使发射的声波频率更接近目标的固有频率,该系统又加上激光反馈系统。美国陆军武器研究室研制的是一种可延伸至17m长的喇叭型声炮方案,试验的声频率为10~600Hz,发射功率达20kW。上述两种次声武器都是车载的大型武器系统。另外美国科学应用研究协会还研制了频率可调型次声武器,同时利用这种可调型装置制成保护某些重要目标的“声音护栏”,其产生的声波可使侵犯者越接近目标就越觉难受。据称,该装置曾被送到某海军陆战队基地试用过。
美国还将次声波用于小型非致命武器的开发上。早在上世纪70年代,美警方就开发了用于控制骚乱人群的次声武器,也称使人“僵化”或失去战斗力的次声枪。90年代,一些科研机构在美军方资助下专门研制小型化的高功率次声发生器,并进行了战场模拟试验。1995年底美国出兵干涉波黑内战时,就曾秘密对波黑塞军阵地进行过非致命的次声攻击,据称,几秒钟就使塞军阵地陷入一片混乱,有人昏倒,有人呕吐不止。1998年又报道了美国正在研制的非致命次声武器的试验情况。这种武器为手持式次声枪,它可使人难以辨清方向、痛苦、恶心……并在技术上使能量转换率达到70%(一般仅为1.5%~3%)。气爆式次声武器工作原理次声武器的种类及应用
从目前研制的情况看,次声武器的关键技术主要有两项,一项是高功率次声发生器,另一项是次声波的聚焦发射。关于聚焦技术国外报道很少,高功率发生器则有较多报道。
按照感官刺激分类,次声武器可分为两种,即神经型和器官型。神经型次声武器的发射频率与人脑的阿尔法节律相近(约5Hz),能强烈刺激人的神经,使人晕眩头痛、精神沮丧或神经错乱。器官型次声武器的发射频率与人体内脏固有频率相当(4~8Hz),可使人出现恶心呕吐、胃痛、呼吸困难等症状。
以次声波产生的方式分类,次声武器大致可分为以下几种:
(1)气爆式次声武器
是将压缩空气、高压蒸汽或高压燃气有控制地以脉冲式突然放出,利用高速排出的气体激发周围媒质的低频振动,形成所需的次声波。这种次声装置因体积小、频率低、易控制,近年发展较快。但其次声波强度较低,近距离使用才有效。
(2)爆弹式次声武器
是利用爆炸产生强次声波,也可称为次声弹。爆炸所释放的能量约有50%形成冲击波,冲击波衰减后又产生次声波。目前的新型次声弹是将已有的燃料空气弹加以改进,使原来只能形成一个云雾团变成可以形成若干云雾团,并能连续多次引爆。只要控制好云雾团的数量和起爆时间间隔,就能获得所需频率的次声波。
(3)管式次声武器
其构造和工作原理很像乐器中的笛子,当管子中空气柱的振动与管子本身固有频率相同时,就可产生较强的次声波。在管子一端装上一个活塞,用电动机驱动或用气流激励,当振动频率的1/4波长与管子长度相等时,可获得最强的次声波。但要产生次声波,管子必须足够长。
(4)扬声器式次声武器
其工作原理与扬声器相似。采用特殊的振动膜片,膜片振动可产生一定频率的次声波。但要产生一定强度的次声波,除要求较高的振幅外,还必须使振动膜面积足够大,其周长大致要与次声波波长相当。
(5)频率差拍式次声武器
是采用两个不同频率的声波发生器同时工作,利用它们频率的相差来获得需要的低频次声波。其中有一种方法是利用压电晶体产生两束频率稍有差异的超声波,两者作用产生高频和低频声波,高频声波是两者频率之和,低频声波是两者频率之差,高频声波在空气中很快衰减,低频声波(次声波)则直达目标。这种方式能量转换率高,并可制成小型武器。
要成为有效的实用型武器,现有的这类武器还须进一步提高次声波的强度,更好地解决定向聚焦和小型化问题。
次声武器具有隐蔽性强,传播速度快、传播距离远,穿透力强,不污染环境和破坏设施等特点,军事科学家已把它列为未来战争中新概念武器的重要成员。它将成为新世纪战场上的新宠利器。
来源:轻兵器****************************************
次声波武器及其物理基础
次声波武器是本世纪70年代开始研制并发展起来的新型武器.1972年法国人发明了第一台次声波发生器,它产生的次声波能伤害到5000m以外的人员,同时他们验证了频率为7Hz的次声波对人体能造成致命的伤害,这使得他们意识到次声波武器具有巨大的潜能,于是加紧了研制的步伐.1986年4月,法国马赛附近的一个20口人的家庭和另一个正在田间劳动的10口之家,共30人几乎同时莫名其妙地失去了知觉,短短的几秒钟后,他们的躯体又变成了血肉模糊的尸块,验尸发现这些人的死因全部是脑血管严重破裂.后来才知道,原来是当时16km以外的法国国防部次声波试验所正在进行次声波实验,由于技术上的疏忽,使次声波冲出实验室,造成泄漏,人脑固有频率与该次声波频率接近的这些人便死于非命.
法国人发明次声波武器的消息不胫而走,其它国家都竞相开始研制.紧随法国人之后的便是美国.据透漏,有一个叫伍德的美国次声波研制人员,曾做过这样一次实验,把一台小型的次声波发生器带到一个大剧院,当时剧院内观众都在看节目,台上舞女蹁跹,台下观众喝彩,一派快乐激动的场景.但打开次声波发生器后不久,剧院内一改前面的情形,而被一种恐慌不安的气氛笼罩着,10min后,甚至出现了演员殴打乐队人员等无法控制的场面,关掉次声波发生器后数分钟剧院内的情况又恢复了正常,但人们茫然不知刚才所发生的事情.几年后,美国人便把次声波武器小规模的应用于战场.据报道,在波黑战争中,美军就曾使用次声波武器向敌方阵地发射次声波,几秒钟后,敌方阵地就陷入一片混乱和恐慌状态,有人昏倒在地,有人呕吐不止,在短时间内致使敌人丧失了战斗力,收到了显著的效果.
次声波武器的基本原理其实很简单,那就是共振.我们知道,声波是由物体振动在媒质中传播而形成的,人耳能感觉到的声波频率范围是20~20000Hz,频率高于20000Hz的是超声波,频率低于20Hz的便为次声波.超声波和次声波都不能引起人耳的听觉.在本世纪30年代,生理学研究表明,人体各器官都有一个固定的振动频率,称为人体器官的固有频率,这些频率通常在3~17Hz之间,例如,腹部内脏的固有频率为4~8Hz,其中心脏的固有频率是5Hz,头部的固有频率为7~12Hz,均处于次声波范围之内.因而,次声波对人体的生理过程有着严重的影响,当次声波作用于人体时,固有频率和次声波频率相近的器官就在次声波的作用下发生共振,造成不可抗拒的损伤,次声波武器就是利用频率与人体各主要器官的固有频率相当的高强次声波作用于人体,使人体产生共振,从而起到杀伤破坏作用.其实,次声波武器就是满足一定频率和功率要求的次声波发生器.由于人耳听不到次声波,因而也有人把次声波武器称为“哑巴武器”.
次声波武器按照其发射的频率不同,作用于人体的部位不同,可分为两大类,即“神经型”次声波武器和“器官型”次声波武器.“神经型”次声波武器发射的次声波频率和人脑的固有频率极其相近,这样频率的次声波作用于人体时,会刺激人的大脑,使之产生共振,在人的意识和心理上产生一定的影响,从而达到伤害作用.比如使人的注意力无法集中,难以进行一些复杂细致的工作,在一定程度上丧失作战能力,严重时还会引起头疼、恶心、神经错乱、癫狂,甚至休克昏厥,完全丧失战斗力;“器官型”次声波武器发射的次声波频率和人体内脏器官的固有频率接近,当这样的次声波作用于人体时,人体的内脏器官便会产生强烈的共振,致使人员呼吸困难,肌肉痉挛,甚至使血管破裂,内脏遭受损伤,严重时就会如同前面举的例子那样,人员死亡,尸体破裂.
次声波武器与常规武器相比有两个突出的优点,这使得次声波武器在作战时起到独特的作用.其一是次声波武器隐蔽性好,传播速度快,容易使敌人在不知不觉中遭到袭击,适合任何隐蔽性的突然袭击行动.这一优点是由该武器的杀伤破坏机理决定的,它是利用人耳听不到、人眼看不着、也摸不到的次声波产生杀伤破坏作用,因而不易被敌人发觉.另外,我们知道声波在空气中传播速度高达340m/s,若在水中则由于介质的特性使得声波的传播速度高达1500m/s以上,比常规武器的飞行速度高出数倍,因而作用于敌方时,敌方反应的时间极其有限,使得突然袭击的效果更加明显;其二是次声波武器的穿透能力强,作用距离远,即使敌人躲在掩蔽所里,或乘坐在坦克、装甲车中,甚至是躲在深海的潜艇中这些常规武器无能为力的地方,也难以逃脱次声波武器的攻击.这一优点来源于声波的传播特性.声波在介质中传播,强度按I=I0e-2αx衰减,式中x表示声波的传播距离,α是介质的吸收系数,空气的吸收系数α=2×10-11ν2(ν表示声波的频率),与声波频率的平方成正比,次声波频率低,空气对它的衰减慢,因而它的作用距离远,比常规武器高出数倍.固体对声波也有很强的衰减作用,但固体对声波的吸收系数与波的频率成正比关系,例如频率为7000Hz的声波可以用一张纸将它挡住,但7Hz的次声波可以穿透10m多厚的钢筋混凝土.液体中也有类似的规律,因而固体和液体对频率很低的次声波吸收很小,次声波的穿透能力就强,即使是隔音墙也很难挡住它的去路,次声波武器可以说是一种比较彻底的武器.次声波穿过孔洞的能力也比较强,只要防护设施中有缝隙和孔洞,它就会乘隙而入,具有见缝插针的本领,这是由于次声波频率低,因而穿过孔洞的能量大.任何防护设施都不能说是天衣无缝,所以有人说次声波所到之处,将荡涤那里的一切有生力量,任何防护设施在次声波武器面前都将无能为力.另外,由于次声波武器的杀伤机理是用声波作用于人体,人体器官由于共振而受到伤害,而敌方的武器、弹药以及其它设施在次声波作用下不会发生共振,因而都将被保存下来,可以挪为己用.次声波武器的机动性也较好,既可用于单兵作战,也可车载、机载.
正是由于上述的优点,次声波武器近年来越来越受到各国军方人士的青睐,许多国家竞相研制和试用这种武器,如美、法、日等都已研制出了次声枪和次声炸弹等.虽然次声波武器不具备炮弹、炸弹那般巨大的能量,但是,它可以造成比炮弹、炸弹还要严重、复杂的人体机体损伤.为此,有人设想使用次声波武器去攻击水下潜艇、水下蛙人和战斗海豚,以保护港口和水下设施,还有人设想小功率的次声波武器可以用于防暴、防劫机等行动之中,专家们也预测次声波武器将成为未来战场上的超级“无声杀手”,甚至预言,次声波武器还具有洲际作战的潜能.可见,次声波武器的发展前景是很广阔的,随着各国的大力研制和开发,次声波武器将越来越多地显示出它的潜能.
当然,次声波武器与其它武器一样自身也有不足之处,次声波的方向不易控制,不能识别敌我,因而实战时容易误伤己方人员,这是次声波武器的研制人员需要攻克的一个难点.
王秀敏
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