美國電磁脈衝威脅防禦措施述評

電磁脈衝是一種瞬間產生的強大電磁場,會對電力、電子器件及信息化武器裝備造成嚴重影響甚至損傷。其中,通過高空核爆炸產生強大的電磁脈衝稱之為高空核爆電磁脈衝(HEMP),其影響範圍廣、危害程度更大,因此受到美、俄等軍事大國的長期重視。

過去數年間,美國國會、軍方、政府部門等機構均在電磁脈衝防禦工作中取得了不少進展。特別是2001年和2006年兩度成立的電磁脈衝攻擊威脅評估委員會,於2004年和2008年分別向國會提交了評估報告,並向美國國防部、國土安全部等聯邦機構提出17項保密建議和75項非保密建議,主要關注高空電磁脈衝攻擊所產生的破壞性效果。近年來,國防部、能源部、國土安全部等聯邦機構採取了不少舉措,並且將一些研究成果應用於基礎設施的電磁脈衝防護之中。尤其是自2015年以來,在立法、戰略規劃以及制定具體行動方案等實質性措施的推動下,美國電磁脈衝防禦工作邁開了關鍵步伐。

本文重點對2015年底至2017年初,美國國會、軍方、政府部門、新任總統等就電磁脈衝問題所持有的態度和採取的措施進行了梳理和簡要分析。

白沙導彈靶場在2016年對AGM-86巡航導彈進行了核電磁脈衝環境下的生存能力試驗，以檢驗該導彈繼續服役的年限

美國國會

2015年底,美國國會通過了三項涉及電磁脈衝防禦的議案,包括《2016財年國防授權法》、《修復美國地面運輸法》和《關鍵基礎設施保護法》。其中,前兩項法案已分別於2015年11月25日和12月4日經總統簽署生效,後一項法案則於2015年11月16日在眾議院通過,之後提交到參議院待議。

相關法案為防禦基礎設施遭受電磁脈衝破壞做出了規定,包括要求國土安全部、能源部對電磁脈衝的潛在威脅展開研究並做出應對安排,也要求電力和其他公用事業運營商針對電磁脈衝的威脅採取具體的防禦措施。

美國國會被部分媒體、研究組織、(特別是電力)行業部門等認為長期忽視了電磁脈衝對國家安全可能構成的嚴重威脅。但是國會在2015年年底前兩個月里連續通過了數項與電磁脈衝防禦相關的議案,第三次組建了「國會電磁脈衝攻擊威脅評估委員會」,表明美國並未放鬆相關工作的開展,政府和國會正逐步採取措施,通過立法的形式來逐步加強落實電磁脈衝防禦工作。總之,這些法案的通過將對美國加強電磁脈衝防禦起到重要推動作用。

《2016 財年國防授權法》

《2016 財年國防授權法》授權重新組建「國會電磁脈衝攻擊威脅評估委員會」。該委員會曾先後於2001 年、2006年兩次組建,這是時隔10年之後的第三次組建。

與之前相比,本次關於委員會重組的法案條款中,電磁脈衝的定義有所擴展,加入了「非核電磁脈衝武器,地磁暴產生的天然電磁脈衝,潛在對手使用與其他攻擊媒介相結合的電磁脈衝武器」;調整了委員會的職責及評估內容,更專註於人為電磁脈衝攻擊威脅、目前相關領域內已取得的進展、防護的優先性問題及易損性程度。

《修復美國地面運輸法》

《修復美國地面運輸法》在「關鍵電力基礎設施安全」和「戰略性變壓器儲備」相關章節列出了與電磁脈衝防禦相關的規定。

該法案規定,在《聯邦電力法》中加入「關鍵電力基礎設施安全」章節。對「大容量電力系統」、「關鍵電力基礎設施」、「國防關鍵電力基礎設施」、「電磁脈衝」、「地磁暴」、「電網安全緊急情況」等進行了明確定義 ;並強調能源部與國土安全部、其他相關聯邦部門和機構,以及其他公用事業運營商進行協調;明確了能源部長在此項工作中的職責與權力;強調關鍵電力基礎設施信息保護與共享。

「戰略性變壓器儲備」章節中明確了儲備大型電力變壓器和應急移動變電站,對於美國應對物理攻擊、網路攻擊、電磁脈衝、地磁干擾、惡劣天氣和地震事件等引發的電網可靠性風險具有重要戰略意義,要求能源部、聯邦電力管理委員會、電力可靠性組織、關鍵電力基礎設施運營商等相關部門在該法案實施之日起 1 年內提交戰略性變壓器儲備計劃。

《關鍵基礎設施保護法》

該議案由亞利桑那州聯邦眾議員弗蘭克斯提出,擬對 《國土安全法》(2002年)進行修改。主要內容涉及四個方面:增加「電磁脈衝」定義 ;規定電磁脈衝的計劃、研發、保護與準備 ;電磁脈衝的研究與開發;關鍵基礎設施保護和如何應對電磁脈衝事件的建議策略。

近年來，國防部、能源部、國土安全部等聯邦機構採取了不少舉措，並且將一些研究成果應用於基礎設施的電磁脈衝防護之中。圖為美軍E-4空中指揮機進行EMP防護測試

軍 方

國防威脅降低局作為國防部指定的電磁脈衝生存能力評估中心,長期負責電磁脈衝領域的相關研究。2015～2016年以來,國防威脅降低局通過大規模殺傷性武器防禦技術項目下的核生存能力、核與輻射效應兩個子項目,持續開展相關研究。項目涉及的主要內容包括:

?編寫、制定、更新涉及電磁脈衝的軍標、手冊等,如 MIL-STD-4023(海軍資產的高空電 磁 脈衝防護)、MIL-STD-3054(綜合大氣層核環境軍 用 標 准 )、MIL-STD-188-125-1、MIL-HDBK-423 等。

?開發創新型技術,用於保護重要人員、關鍵軍事與國家防禦能力、核事件中的指揮與保障系統等,提高系統核生存能力。國防威脅降低局在2016年邀請小型企業參與商業研發項目,為關鍵基礎設施創建有電磁脈衝防護的微電網。

?開發建模工具以保障軍事作戰計劃、武器效應預測、戰略系統設計決策,如系統電磁脈衝(SGEMP)模擬代碼、電磁可靠性與效應預測 (EMREP)工具、源區電磁脈衝(SREMP)模型。

?針對武器裝備開展電磁脈衝評估研究,試驗對象包括軍艦、電網變壓器等。

除國防威脅降低局的工作 外,2015年11月24日,美國國防部高級研究計劃局(DARPA)啟動了快速攻擊檢測、隔離和表徵系統項目(RADICS)。其目標是針對有可能導致美國電力系統癱瘓的安全威脅,研製出能應對電力損失的自動化系統,以使電網在遭攻擊情況下可在7天內恢複電力供應。白沙導彈靶場在2016年對AGM-86巡航導彈進行了核電磁脈衝環境下的生存能力試驗,以檢驗該導彈繼續服役的年限。美軍2016年投資1175萬美元,計劃在馬里蘭州帕圖克森特河海軍空中武器站新建垂直極化電磁脈衝模擬器,預期2017年6月完成。美軍還開始對格陵蘭島圖勒空軍基地的彈道導彈預警系統雷達展開HEMP防護性能加固工作,為期5年。其他基地,如阿拉斯加州科林航空站、北達科他州騎士航空站、馬薩諸塞州科德角航空站以及英國皇家空軍基地等處也都進行過系統的HEMP防護升級工作。

另一方面,軍方聯合國防工業部門,繼續推進電磁脈衝彈等武器的研發。如美國陸軍計劃研究一種能夠適配155毫米炮彈發射系統的電磁脈衝彈。

總體而言,美國軍方的電磁脈衝研究與加固防護工作在持續進行,不少工作也早已成為軍方的「例行任務」,電磁脈衝攻擊能力研究也在持續推進。特別是國防威脅降低局,長期從事針對武器裝備電磁脈衝防護、生存能力研究,有長期的項目支持,保證了工作的持續性。近兩年,該部門也承擔了民用設施的電磁脈衝研究工作。

RADICS項目的目標是針對有可能導致美國電力系統癱瘓的安全威脅，研製出能應對電力損失的自動化系統，以使電網在遭攻擊情況下7天內恢複電力供應

政府部門

近年來,美國國土安全部、能源部和聯邦能源管理委員會等部門,已經採取了不同的行動來評估電網的電磁風險。在2016年,政府部門就關鍵基礎設施電磁脈衝防護問題進行了評估,能源部也發布了《聯合電磁脈衝彈性戰略》,並著手制定具體行動方案來落實電網的電磁脈衝防護工作。這表明,政府部門正在逐步明確責任許可權,與國家實驗室、電力工業等部門的合作正在步入具體實施階段。這些較之前有所改進。

2016年4月份,應美國國會請求,美國政府問責局(GAO)發布了《關鍵基礎設施防護:聯邦機構需要採取行動應對電磁風險並進一步評估風險、加強合作》的報告。報告指出,美國國土安全部和能源部制定的政策與2008年研究報告中的建議相一致,但是二個機構都尚未全部認同可能會遭受攻擊的風險評估。雖然國土安全部相關部門已尋求獨立評估電磁脈衝的風險,但尚未形成全面的評估。此外,國土安全部還沒有指定負責防範電磁脈衝攻擊的專人並明確其職責。基於以上情況,政府問責局的報告呼籲國土安全部、能源部以及聯邦能源管理委員會加強合作,應對電磁脈衝對美國關鍵基礎設施構成的威脅。該報告也提出4點建議,要求機構之間加強合作,確定電磁脈衝風險和應對措施 :

?國土安全部長指定官員和辦公室,負責電磁脈衝風險評估並與聯邦合作夥伴共享信息 ;

?國土安全部部長和能源部部長一同審查聯邦能源管理委員會對電力基礎設施的分析,確定所需的涉及識別關鍵基礎設施資產的更多風險評估;

?國家保護和計劃局副局長、基礎設施防護辦公室助理部長與聯邦合作夥伴一道,分析電磁風險相關的威脅、脆弱性以及其後果 ;

?國土安全和能源部長確定電磁脈衝防護的重點研發方向。

美國國土安全部和能源部官員同意上述建議,並表示正採取行動來解決上述問題。

為了應對高空電磁脈衝給美國電網帶來的日益增長的潛在威脅,從2015年後期開始,美國能源部長就指示能源部與電力工業界合作,制定一個電磁脈衝彈性戰略。2016年1月,能源部開始與電力研究院(EPRI)共同研究制定《聯合電磁脈衝彈性戰略》(JEPRS),並於2016年7月18日頒布。該聯合戰略是美國能源部與電力研究院(EPRI)合作制定,強調協作並致力於滿足應對未來日益增長的電磁脈衝威脅的指導性要求,列出了5個目標。

?改善並共享對於電磁脈衝威脅、效應和影響的認識 ;

?鑒別各基礎設施優先性;

?測試和提升用於緩和與防護的方法;

?提升應對電磁脈衝攻擊的響應與恢復能力;

?在政府和工業界、國內外共享最佳實踐經驗。

在此之後,2017年1月10日,能源部又根據該 《聯合電磁脈衝彈性戰略》的要求,頒布了一套行動方案(能源部行動計劃),即《電磁脈衝彈性行動計劃》(EPRAP)。其目的就是通過各部門間以及與國家實驗室、工業部門和國際合作夥伴等的協調,進一步改善和指導能源部的活動,從而降低電磁脈衝易損性並改善能源部門在電磁脈衝事件中的響應和恢復能力。同時,電力研究院也與電力工業和電力協調委員會合作,制定提高工業部門響應的行動方案。

針對已經實施的一系列電網安全計劃,2017年1月25日,GAO發布了一份評估報告。報告對2013年以來,美國能源部、國土安全部和聯邦能源管理委員會共同努力實施的27個電網彈性計劃進行了評估。評估指出,雖然美國聯邦政府的工作單獨進行,但政府在制定保護美國電網的政策、計劃和技術方面取得重大進展。

2017年1月25日，GAO發布了一份評估報告，對2013年以來美國能源部、國土安全部和聯邦能源管理委員會共同努力實施的27個電網彈性計劃進行了評估

新任總統

2016年7月18日,美國共和黨全國代表大會通過了該黨的競選綱領,正式推選唐納德特朗普為該黨的總統候選人。競選綱領是共和黨今後四年主張的聲明,全面闡述了共和黨的政治、經濟、國家安全和外交政策。該綱領中已就電磁脈衝防禦問題表明了立場:

「(美國本土上空)一次高空核爆,足以使我們的電網及其他關鍵基礎設施崩潰,並且危及數百萬人的生命。鑒於朝鮮和伊朗正在研製核導彈,電磁脈衝不再是一種理論上的危險 — 而是一種真實的威脅。更為嚴峻的是,中國和俄羅斯都把(電磁脈衝)攻擊列入了自己的戰爭策略。然而,美國數以百計的電氣公共事業部門都沒有採取電磁脈衝防護措施,而且,因為國土安全是政府的責任,所以他們也並不會自願地去做這件事。總統、國會、國土安全部、國防部、州、公共事業部門、私營部門應當就這一緊迫性問題展開合作,多管齊下,以保護國家電網,並鼓勵州政府迅速開始防護各自所屬的電網。」

目前,唐納德?特朗普已當選為美國第45任總統。有資料表明,他的顧問團已向相關專家了解電磁脈衝威脅的背景信息。

其他方面

除了以上美國官方動態,美國物理學會媒體分析師斯蒂芬?科內柳森2016年6月份曾在《今日物理》上發表文章,對近期媒體關於電磁脈衝問題的報道及認識情況進行了闡述。文章指出,儘管政府報告表明電磁脈衝是一個「風險」,而保守派媒體記者和評論員們則將其稱為「威脅」,提醒人們警惕可能的電磁脈衝災難,並認為政府做的還遠遠不夠。

其他國家也在考量電磁脈衝攻擊威脅。2016年 4月,加拿大參議院國家安全與防禦委員會討論了關於關鍵基礎設施受電磁脈衝攻擊的問題。有報道稱,這是加拿大政府關於關鍵基礎設施受攻擊問題的第一次公開討論。而且加拿大總理賈斯汀?特魯多已命令公共安全和應急準備部長拉爾夫?古德爾審查關鍵基礎設施面臨的威脅。2016年12月12日,美國和加拿大政府發布《美國 -加拿大電力網安全與彈性聯合戰略》,承諾加強北美電力網的安全。這與美國政府的《聯合電磁脈衝彈性戰略》一脈相承。

美國的科研與工業部門,針對電磁脈衝防禦的研究也時有進展。如,美國電力研究院 2017年2月份公布了一份研究報告稱 :面對一次高空電磁脈衝攻擊,儘管存在熱損傷風險的大型電力變壓器數量較少,但仍需對整個大電力系統的損傷風險進行全面的調查研究。Bedrock Automation公司對工業控制系統進行了電磁脈衝防護設計,其Bedrock開放安全自動控制平台(OSA,一種工業控制系統)已全面通過美軍標 MIL-STD-461F和IEC61000中 抗電磁脈衝測試。這是為數不多的考慮電磁脈衝防護的工業控制系統。美國內布拉斯加大學林肯分校最新研製出一種傳導性混凝土,可作為屏蔽層,避免遭受電磁脈衝武器攻擊。這種方法比傳統屏蔽技術更加有效,未來可應用於商業、軍事、金融領域,使重要建築結構變得更加安全。

特朗普在其競選綱領中指出，美國本土上空的一次高空核爆，足以使電網及其他關鍵基礎設施崩潰，並且危及數百萬人的生命

分析與結論

回顧過去的2年,不難發現美國社會,從國會、政府、軍方等多方在對電磁脈衝產生的危害,以及應採取的措施等方面已形成部分共識。特別是針對關鍵基礎設施,美國政府先後通過立法、頒布能源部戰略,制定行動方案,表明其電磁脈衝防禦工作正在逐步深入實施。

綜合以上信息,我們得到以下幾點認識 :

美國正在不斷加強立法,推動電磁脈衝委員會建議的落實

目前,美國正在逐步完善其應對電磁脈衝威脅的戰略,以及制定更加細緻嚴謹的實施計劃,但聯邦政府的相關部門在實施具體措施方面還存在滯後現象。究其原因,除了這一問題本身的複雜性之外,還由於公私部門職責不明,沒有一個聯邦計劃或者部門能夠全面負責評估電磁脈衝威脅,而且電磁脈衝委員會的建議不具備法律效力或執行力。也正因如此,美國的電磁脈衝防禦工作,特別是關鍵基礎設施的電磁脈衝防禦工作迫使不同政府機構和企業夥伴共同合作起來,且必須通過立法來明確各方責任與許可權,即只有通過法制才能切實推進電磁脈衝委員會建議的落實。

美國聯邦機構努力落實建議,但遠遠不夠

事實證明,2008 年電磁脈衝攻擊威脅評估委員會提出的建議已經得到廣泛認可,其中一些建議與國土安全部和能源部等聯邦機構對關鍵基礎設施的權利和責任相匹配。在委員會所提出的建議推動下,雖然國土安全部和能源部也確實採取了不少行動,並且已有相關的技術應用於基礎設施的電磁脈衝防護之中(如彈性電網、快速恢復變壓器、愛達荷國家實驗室研製的一種中性點閉鎖裝置等),但距離所要實現的目標還遠遠不夠。因此,在前兩次組建電磁脈衝威脅評估委員會並提出具體建議的基礎上,第三次組建該委員會,也就成為繼續挖掘應用研究成果,督促建議落實,推動電磁脈衝防禦工作前進的必然要求。

電磁脈衝概念有所擴展

與數十年前國會的相關議案相比,當前對電磁脈衝的定義有較大擴展。如《2001財年國防授權法》中的電磁脈衝定義僅關注「高空核爆電磁脈衝」,而最新通過的這幾份議案中,電磁脈衝的定義均包括了人為電磁脈衝事件(核恐怖主義、電磁脈衝武器)和天然電磁脈衝事件(地磁暴、地磁擾動)。這說明,經過十年的變化,電磁脈衝防禦工作的領域也有了巨大變動,變得更加廣泛。也說明,近年來美國政界、學術界、工業界等相關部門的交流、宣傳、爭論,使得「電磁脈衝」的概念及其危害被越來越多的人所了解和認識,也使得更多人員、政府和機構認可了電磁脈衝防禦工作的重要性。

加強防護成為美國國家關鍵基礎設施(電網)的現實性要求

美國國家關鍵基礎設施的電磁脈衝防禦推動緩慢,還有一個重要因素,就是美國的基礎設施管理體制。即美國關鍵基礎設施多為私人公司所擁有或經營,私人企業為追求利潤,不願投入,政府監管幹預也有限,導致美國電網等基礎設施存在著非常大的安全隱患。這也是眾多研究報告和法案中強調公私協調的一個重要原因。截止目前通過的幾項有關電磁脈衝的議案,戰略規劃等,均涉及到美國國家基礎設施的保護,特別是電力基礎設施。

美國從電力基礎設施保護入手,逐步推進電磁脈衝防禦工作

國家基礎設施是一個龐大的體系,也關係到國防基礎設施。美國選擇從影響最為直接最為嚴重的電網入手,開始實施較為廣泛的防護計劃。這幾個議案、戰略規劃的通過,意味著電網的電磁脈衝防禦工作在法律上得到了肯定和支持,並逐步將電磁脈衝防禦納入國家規劃框架,做好應急準備,相關計劃的效果已經顯現。如美國政府於2016年7月、12月和2017年1月先後公布 《聯合電磁脈衝彈性戰略》、《美國 -加拿大電力網安全與彈性聯合戰略》和《電磁脈衝彈性行動計劃》,這是從國家安全形度出發的一種戰略性舉措,也足以顯示出美國電網防護的現實迫切性。2017年1月,美國政府問責局發布了一份評估報告指出,自2013年以來,美國聯邦政府共同努力實施的27個電網彈性計劃促使政府在制定保護美國電網的政策、計劃和技術方面取得重大進展。

警惕美國的宣傳

美國既強調自身的電磁脈衝防禦能力弱化,又一味強調俄羅斯、中國、朝鮮、伊朗的電磁脈衝威脅,同時又在不斷研發新的強電磁脈衝模擬器、電磁脈衝彈、下一代戰略轟炸機等技術,強化其強電磁脈衝攻擊能力,這與美軍並不強調自己的網路攻擊能力有異曲同工之效,這必須引起其他國家的警惕。

綜上所述,美國未來將更關注於具體的電磁脈衝防禦工作實施方案,即研究和解決如何明確責任,有效協調公私關係,合理合法地實施電磁脈衝防禦,其動向值得高度關注。

作者：馮寒亮 張平

來源：《現代軍事》雜誌

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