揭秘——空軍一號防核爆的秘密
作者：王晨希 上海安世亞太高頻電磁高級技術(shù)專家
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編者按
作者分析了美國空軍一號抵御核爆的秘密，包括如何抵御沖擊波、核輻射以及電磁脈沖。在抵御電磁脈沖上，美國空軍一號用了三層保護(hù)機(jī)制，可見對飛機(jī)這種精密電子飛行器殺傷力更大的當(dāng)屬電磁脈沖。
大名鼎鼎的美國空軍一號，美國總統(tǒng)的專屬座機(jī)，被譽為世界上最安全的飛機(jī)。這架不同于任何傳統(tǒng)客機(jī)的總統(tǒng)專機(jī)，擁有世界上最頂尖的防御系統(tǒng)，包括防核彈沖擊系統(tǒng)、反導(dǎo)系統(tǒng)、誘餌系統(tǒng)，內(nèi)部設(shè)施包括總統(tǒng)生活區(qū)、飛行指揮中心以及大名鼎鼎的The nuclear football核彈密碼箱等。
▲ 空軍一號
空軍一號有兩架，飛行呼號都是Special Air Mission 28000和29000，當(dāng)美國任何一個空中管制員聽到這個呼號后都明白美國總統(tǒng)就在上空。空軍一號曾一度是國家機(jī)密，用以在平常以及核戰(zhàn)爭時期充當(dāng)美軍的最高指揮中心。
▲ 空軍一號內(nèi)部
那么作為世界上安保最全面的飛機(jī)，面對末日核打擊，該如何保護(hù)總統(tǒng)及機(jī)上人員安全？下面為大家揭開空軍一號抵御核爆的秘密。
▲ 核彈密碼箱
首先需要說明的是，無論空軍一號的防護(hù)多么完備，發(fā)生核爆時都不可能在原爆點存活。因為現(xiàn)今人類發(fā)明的最強隔熱物質(zhì)能夠隔絕的溫度不過幾千攝氏度，而核爆原爆點幾公里內(nèi)的溫度可以達(dá)到上千萬攝氏度，熱核武器甚至可以達(dá)到上億攝氏度，所有的物質(zhì)都會瞬間氣化。空軍一號對核爆的防護(hù)主要是針對的是沖擊波、核輻射以及電磁脈沖。
抵御沖擊波
今年8月份，在黎巴嫩首都貝魯特發(fā)生了巨大爆炸，強大的沖擊波造成了多棟房屋受損，玻璃震碎，港口完全被炸毀，距爆炸地點10多公里的總統(tǒng)府建筑也因此受損。與貝魯特硝酸銨爆炸產(chǎn)生的沖擊波相比，核爆產(chǎn)生的沖擊波威力要強大得多，覆蓋范圍也要大非常多。
▲ 貝魯特爆炸沖擊波
▲ 核沖擊波
為了抵抗核爆產(chǎn)生的沖擊波，空軍一號的機(jī)身使用特別加厚的特殊材質(zhì)，這些特殊材質(zhì)能夠在不影響飛機(jī)起飛和續(xù)航的情況下加強機(jī)身強度，不至于在沖擊波下分崩離析；同時空軍一號使用的機(jī)身穩(wěn)定系統(tǒng)是經(jīng)過特別開發(fā)的，能夠快速從沖擊波中恢復(fù)到正常的飛行形態(tài)。
抵御核輻射
去年HBO拍攝的美劇《切爾諾貝利》熱映，拿下了IMDB 9.6分的高分。劇中消防員遭受核輻射后的慘狀以及列加索夫教授對核輻射的比喻讓人記憶猶新。
▲《切爾諾貝利》中對核輻射的比喻
在核爆后核輻射殺傷也是核彈持續(xù)殺傷的重要手段。空軍一號防核輻射的主要手段是使用屏蔽的方式，因為雖然核輻射對人體的殺傷力極大，但其中的物質(zhì)粒子的穿透性相對較弱。空軍一號外壁使用了特殊材質(zhì)，就連窗戶也添加了特殊涂層和夾層，使核輻射無法穿透機(jī)體對內(nèi)部人員造成傷害。
抵御電磁脈沖
和沖擊波以及核輻射相比，對飛機(jī)這種精密電子飛行器殺傷力更大的是電磁脈沖。
如果有玩過《使命召喚6：現(xiàn)代戰(zhàn)爭2》的小伙伴一定會對游戲中的一個場景印象深刻：一顆核彈在美國東海岸上空引爆，瞬間東海岸所有的地區(qū)全部陷入黑暗，車輛趴窩，飛機(jī)墜落，所有的電子設(shè)備全部失效，這就是核爆的電磁脈沖威力的真實寫照。
▲ 使命召喚6中核爆EMP
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電磁脈沖強度極高
電磁脈沖從本質(zhì)上就是一股非常強的電磁波，和我們手機(jī)收到的WIFI信號從原理上沒有什么區(qū)別，最大的不同在于核爆電磁脈沖強度極高，高到幾乎所有的電子產(chǎn)品都會永久毀壞。
舉例來說：電磁波就像是聲音，有的聲音包含內(nèi)容，例如人說話的語言，能夠傳遞語音信息；有的聲音不包含任何信息但能夠讓人感到不適，例如指甲摩擦黑板的聲音。而核爆的電磁脈沖就像在某個人的耳邊不加衰減地放出噴氣飛機(jī)起飛的聲音，那么這個肯定是他這輩子聽到的最后的聲音了。
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電磁脈沖傳播極快
另一方面，沖擊波和粒子輻射都是物質(zhì)傳遞，速度是相對較慢，而且傳播距離較短，如果預(yù)警系統(tǒng)做得完備的話或許能夠有幾秒到十幾秒的準(zhǔn)備時間，而電磁脈沖傳播可達(dá)上千公里，并且作為無質(zhì)量的電磁波傳輸?shù)乃俣仁枪馑伲?/strong>因此完全不可能有任何的預(yù)警和準(zhǔn)備時間。
空軍一號對于電磁脈沖的防護(hù)主要包含了三層：
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第一層是一套叫做防御盾的防EMP系統(tǒng)。
除了少數(shù)通信和探測用的雷達(dá)天線外，飛機(jī)外殼均使用全金屬裝甲，盡量屏蔽電磁波，而在不得不開孔的舷窗玻璃上采用了特殊的金屬編織夾層，能夠做得盡量不阻擋光線的同時屏蔽電磁波。如下圖所示，金屬材質(zhì)能夠抵抗電磁波的穿透，金屬壁越厚，能夠抵抗穿透的效能就越強。
▲ ANSYS EMA3D仿真飛行器EMP仿真
舷窗的金屬編織夾層屬于美國國家機(jī)密，但基本的原理從家電中就能找到應(yīng)用，那就是我們常用的微波爐。打開微波爐的玻璃門都能看到一層黑色的網(wǎng)，這個網(wǎng)是由金屬材質(zhì)構(gòu)成，玻璃門貼上金屬網(wǎng)能夠在不阻擋光線的同時阻礙微波爐里的電磁波穿透門向外傳播。
▲ 微波爐金屬屏蔽網(wǎng)
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第二層保護(hù)是在空軍一號內(nèi)部的電子設(shè)備上。
飛機(jī)電纜分散在機(jī)身的各個位置，只要有一個位置被突破，則有可能千里之堤潰于蟻穴。因此，飛機(jī)上所有的電子設(shè)備都是采用多層金屬殼體包裹，減少電磁波進(jìn)入的可能，而電纜則全部使用玻璃纖維作為傳輸介質(zhì)，因為電磁波只能夠影響金屬材質(zhì)而無法影響如玻璃纖維這樣的介質(zhì)材質(zhì)。
▲ ANSYS HFSS仿真金屬屏蔽效應(yīng)
▲ ANSYS EMA3D航空器電纜仿真
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第三層保護(hù)則是更加的釜底抽薪，空軍一號可能是全世界唯一一個可以無需電子設(shè)備飛行的大型飛機(jī)。
空軍一號所有的電控操作系統(tǒng)都包含了機(jī)械備份，當(dāng)電子設(shè)備失效時，飛行員可以快速切換到機(jī)械控制繼續(xù)飛行，不至于墜機(jī)。畢竟精密的電子設(shè)備都是脆弱的，在核爆期間，所有的電子設(shè)備都有失靈的可能，最好的保護(hù)方法就是不用。就像剛剛過去的雙十一以及馬上迎來的雙十二，最省錢的方法就是啥也不買，立省100%。
現(xiàn)有的兩架空軍一號從1990年服役至今已經(jīng)30年了，在民航客機(jī)中妥妥的屬于老機(jī)型。在這次美國大選來臨之際，美國空軍開始基于波音747-8打造最新一代空軍一號。新的空軍一號包括兩架飛機(jī)，共花費40億美元，將于2024年服役。
▲ 最新一代空軍一號涂裝
新的飛機(jī)將更大、航程更遠(yuǎn)、內(nèi)部設(shè)施更豪華，當(dāng)然安全設(shè)施也會更完備。美軍甚至公布了下一代超音速的空軍一號，該機(jī)最高時速達(dá)到5馬赫，可以在5個小時內(nèi)到達(dá)世界的任意一個角落。
▲ 超音速空軍一號
未來，空軍一號為防御電磁脈沖還會裝備哪些硬核的保護(hù)措施，讓我們拭目以待。
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