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战斗机的雷达对飞行员的伤害有多大?
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战斗机的雷达可厉害了,有人曾做过这样的比喻:米格-25战斗机雷达开机后能像微波炉那样烤熟1000米外的羊;F-22隐身战斗机的雷达能烤熟500米外的兔子。这是因为微波炉的工作原理与雷达是相同的,它们都是利用电磁波来进行工作的,雷达是通过发射电磁波与接收电磁波之间的时间差,乘以电磁波的传播速度(光速),从而达到探测目的;而微波炉则是利用电磁波加热物体,微波炉所发射的电磁波功率越大,加热速度越快;而雷达所发射的微波炉功率越大,探测距离就越远。米格-25战斗机的蓝宝石-25多普勒脉冲雷达功率为60kw,而F-22隐身战斗机使用AN/APG-77相控阵雷达,每台雷达由2000个T/R元件组成,每个元件的功率为10w,换算下来就相当于20千瓦。家用的微波炉功率一般在500w~800w之间,咱们就以最常见的750w微波炉为例:加热一杯容量为500ml的水到沸腾只需要2分钟!那么功率达到几十千瓦的战斗机雷达岂不是秒秒钟就能把水烧开?这正是大家担心飞行员会受到雷达伤害的根源所在,那么战斗机雷达究竟会不会对飞行员造成伤害呢?我们从以下几个知识点来分析。下图为战斗机所配备的AESA机载雷达。
功率再强大的电磁波都很容易被屏蔽
我们平时坐电梯时(厢式电梯)会发现一个现象,即电梯运行时手机收不到信号。这是因为厢式电梯在运行时处于封闭状态,而轿厢是用金属材料制作的,也就是说金属材料能轻易屏蔽电磁波的传播。这也是家用微波炉在使用时必须关闭炉门的原因所在,一旦炉门被关闭,电器元件所发射的电磁波被金属材料外壳屏蔽,只在炉内传播并加热食物。雷达所发射的电磁波也一样,在空中传播时一旦遇到物体就会被反射回来,反射波遇到金属物体时反射波的特征会更强烈,所以雷达罩绝对不能使用金属材料来制作,比如路基远程米波警戒雷达、海基警戒、火控雷达均使用玻璃纤维来制作雷达罩,而飞机(包括战斗机和轰炸机)的火控雷达、舰艇的相控阵雷达则使用高性能碳纤维复合材料来制作雷达罩。下图为中华神盾舰025D驱逐舰,红色箭头指示的是使用高性能碳纤维材料做成的相控阵雷达罩,蓝色箭头指示的是使用玻璃纤维做成的反舰导弹火控雷达天线罩。
以歼20为例:做为世界第二款四代机,该机型搭载了一款性能与F-22相当的相控阵雷达,探测距离为260公里(战斗机)和400公里(轰炸机),能够同时监控空域中的200个目标并通过数据链分享给同伴,在引导自身6枚导弹进行攻击的同时还能为伙伴飞机提供导弹锁定和制导共享,也就是说一X歼-20同时升空作战时只需要其中一架开启雷达就能让整个机X具备空战能力。歼-20的机载相控阵雷达够牛了吧,但是功能如此强大的雷达所发出高功率电磁波却很容易被金属物质屏蔽和干扰,所以类似于歼-20这种装备相控阵雷达的战斗机不但要求雷达罩不能使用金属材质,而且还不能在机头安装空速管!因为小小的空速管足以屏蔽雷达中10个左右的T/R元件波束,不得不说电磁波拥有它强大的一面,也有它脆弱的一面,功率再强大的电磁波也会被一块小小的金属干扰甚至屏蔽。下图为飞行中的歼-20隐身战斗机,细心的读者会发现战斗机的机头颜色与机身有着明显差别,这是因为机头材料与机身不同,机身为金属材料,而机头为非金属材料。
机载雷达的两大局限性决定雷达的电磁波束永远无法作用到飞行员身上
路基雷达、海基雷达、空基雷达为了达到对空域360度无死角的探测效果,雷达要么是转动的,要么是多面的。然而受到狭小机体以及战术要求的制约,战斗机只能在机头部位安装雷达,这就是机载雷达的局限性之一,即只能扫描飞机正面120度的扇形区域。第二个局限是机载雷达的散热性,功能越强大的雷达越容易发热,而战斗机的空间又非常有限,不可能像预警机和军舰那样搭载大型散热系统,因此战斗机的机载雷达开机时间是非常短的。以F-35联合攻击机为例,其搭载的APG-81AESA相控阵雷达拥有1800个T/R元件,这些元件的发热量是十分恐怖的,因此F-35的机载雷达开机时间不允许超过40分,当雷达开机时间到达20分钟时即使飞行员不关机系统也会自动关机。F-35尚且如此,就更别提F-22和歼-20了,雷达连续工作时间绝对不会超过15分钟,而功率达60KW的米格-25蓝宝石-25则不超过8分钟而已!所以战斗机的雷达电磁波是无论如何也不会作用到飞行员身上的。下图为正在电磁屏蔽环境中进行测试的F-22隐身战斗机AN/APG-77机载相控阵雷达,雷达天线上密密麻麻的针状物就是发射电磁波的T/R元件。
战斗机上包括雷达在内的电子设备以及电气设备所产生电磁辐射对飞行员的影响
在过去的十年间,某宝网上曾有一款卖到火爆的衣服,那就是防电磁辐射服,这种衣服号称能屏蔽家用电器产生的有害电磁辐射。而事实上电子产品和家用电器所产生的电磁辐射量即不足以对人体健康造成伤害的程度,也不足以穿透我们穿着在身上的衣服,也就是说任何一种普通服装都可以达到屏蔽家用电器所发出的电磁辐射,所谓“防电磁辐射服”只是一个噱头。那么战斗机的机载雷达以及诸多机载电子设备、电气设备所发出的电磁辐射会不会影响到飞行员的身体健康呢?不得不说当战斗机上包括雷达在内的所有电子、电气设备同时工作时所产生的电磁辐射确实已经超出了国家安全电磁辐射标准值,即“GB8702-88”规定的0.1毫特斯拉。比如歼-11B在雷达开机时机体的电磁辐射值将达到0.3毫特斯拉,但是飞行员座舱属于金属包裹的屏蔽环境,再加上环绕座舱的钛合金防弹装甲,这些电磁辐射将全部被屏蔽在外,因而而不会对飞行员造成任何影响,飞行员在执行飞行任务时所承受的电磁辐射甚至比办公室里的白领们还低。下图为“阵风”战斗机的座舱,飞行员只会受到座舱内这些仪器所发出的电磁辐射影响,而点电磁辐射量远不及大家拿着手机刷抖音来得多。
综上所述,无论战斗机搭载功率多么强大的雷达、飞机中的电子和电气设备功率多大都不会对飞行员造成伤害。毕竟雷达所发射的电磁波只作用于飞机正面120度的扇面,而且飞机装甲机舱本身就具备超强屏蔽功能,即使被敌方火控雷达从任一角度照射都不会对飞行员造成任何影响,更何况机载雷达的连续开机时间又那么短呢。至于文前提到的“雷达在1000米和500米距离上烧烤羊和兔子”理论上其实是能够实现的,只要制作一个与微波炉相似的金属盒子然后将战斗机的雷达放入其中然后开机就能像微波炉那样加热羊和兔子,倘若没有这样一个盒子,雷达电磁波在畅通无阻的传播过程中是不具备任何加热功效的。雷达电磁波毕竟功率强大,虽然不能伤害到被屏蔽的飞行员,但是地面的电子设备、通讯设备以及无防护的地勤人员必然会遭受超过安全值的强大电磁辐射影响,因此搭载有雷达的战斗机通常都会设置双重X装置,即飞机只有在满足一定的飞行速度以及一定的飞行高度时系统才会开放“雷达开机”功能。静止不动的飞机时无法启动机载雷达的,除非检修试机时经过地勤主管军官授权才能开机调试,如果大家在看影视剧时发现有飞机在地面发射导弹的情节的电影,可以一律视为“神剧”。下图为正在调试战斗机雷达的工作人员,图中红色箭头指示的是雷达天线基座,它具备屏蔽雷达电磁辐射的作用。
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额,战机上的雷达确实会产生辐射,但是这种“辐射”是不会对飞行员产生任何实质性伤害的,或者直接说雷达产生的所谓的“辐射”根本就不会对生物产生任何的损害,至于以前的一些老梗比如“火控雷达可以把一只鸡烤熟”这样的言论就更加是个无稽之谈了。所以,我们真的没必要一谈到辐射就色变,因为辐射在现代工业化社会中太常见了,它其实就伴随在我们生活中的方方面面,比如天上的太阳就是一个巨大的辐射源,而可见光、紫外线、X线等就是太阳发出的辐射,然后我们生活中的电视、电脑、手机、电灯等一些列居家居电器设备,同样也无时无刻地在发出各种辐射,但是这些所谓的辐射同样也不会对我们产生任何不利的影响。为什么?▲生活中的辐射来源
要回答这个问题,我们就要先知道什么是辐射?辐射危害的本质是什么?下面就来给大家详细地介绍一下,首先,根据辐射的性质以及是否会产生危害,我们可以把它大致分为两种,分别是:“电离辐射”与“非电离辐射”,其中,我们平时所说的“有危害的辐射”就是指第一种“电离辐射”,因为它会以“电离作用”的方式对生物体的细胞产生不可逆的伤害,比如破坏细胞核内的遗传物质DNA,从而影响细胞的各项正常功能以及存活性。那么“电离作用”又是什么呢?简单来讲,“电离”就是指:构成物质的原子或者分子,在某些外部能量的作用下,会得到或者是失去电子,进而成为(带电)离子的过程。而这个“外部能量”就可以是辐射,一种以粒子(次原子粒子)或者是波的形式来传递的能量,比如高能电磁波和高能粒子流。那么,电离辐射中的高能电磁波和高能粒子流又分别包括哪些?
▲电离辐射和非电离辐射
先一个一个来介绍,首先来看高能粒子流,具有强电离能力的高能粒子流主要有这几种,即:α射线(高速氦原子核)、β射线(高速电子流)以及高能中子流,而像我们平时说的“核辐射”,里面其实就包括了上面这几种高能粒子辐射。接着是高能电磁波,首先我们要知道,电磁波的频率范围是很广的,不同频率的电磁波其表现形式以及所具有的能量也不一样,比如可见光,其实就是其中一个频率范围内的电磁波,而像题目中提到的雷达,它所发出的雷达波同样也是属于其中某种频率的电磁波。但是,并不是所有的电磁波都是有危害的辐射、都具有电离作用,而是特指那些具有很高能量的,即高能电磁波才有,那么,怎样的电磁波才算是高能电磁波呢?电磁波的能量又与什么有关?解释之前我们先来看一个公式,如下图所示:▲电磁波能量计算公式
图中的就是电磁波能量计算公式,也叫做“普朗克-爱因斯坦方程”,其中E表示电磁波的能量,λ是电磁波的波长,c表示光速,即电磁波的速度,h则是普朗克常数。所以,从这个方程式我们就可以知道,电磁波的能量E和它的波长λ是成反比的,因为普朗克常数h和光速c都是一个已经确定的常数,因此,在数学关系上,电磁波的波长越长,它所具有的能量就越低,反之,电磁波的能量就越高。又因为电磁波的波长越长时,它的频率就越低,所以,电磁波的能量与频率则是成正比的,即:频率越大,电磁波的能量就越高,反之,能量就越低。以上,就是电磁波能量与它的波长和频率之间的关系。知道了这些,我们再来看上一段提出的第一个问题,什么波长或者频率范围内的电磁波才能算是高能电磁波呢?来看下面的电磁光谱图:
▲电磁波光谱
注意看图中我做标记的部分,我们可以知道,可见光(Visible)部分的波长范围是380纳米~750纳米,然后紫外线(Ultraviolet)的波长范围则是10纳米~400纳米,但是根据紫外线的波长范围,我们还可以把它分为两个部分,即波长在150~400纳米这个范围内的紫外线,它的能量通常是在3~10电子伏特(eV),这种级别能量的紫外线还不算是高能电磁波,没有电离能力,真正具有电离能力的是10~150纳米这个范围内的高能紫外线。因此,结论就出来了,当电磁波的能量高于10电子伏特时,就属于高能电磁波范围了,也就是说,波长小于150纳米的那些电磁波,比如高能紫外线、X射线、γ射线等,就已经是电离辐射了,如果生物的细胞暴露在这些高能电磁波的照射之下,那么体内的细胞就会受到不可逆的伤害。以上这些,就是我们所说的辐射危害的实质。
▲电离辐射警告标志
因此,说到这里,关于辐射的知识基本上就解释清楚了,像题目中提到的战斗机的雷达,比如火控雷达,它的波长一般小于3厘米,也就是大家平时说的X波段雷达波,属于厘米波这个范围,跟波长在“纳米级别”的高能电磁波完全不沾边,除此之外,广泛用于广播、雷达、微信通信等的无线电波,则是指那些波长是大于1米的电磁波,至于我们平时说的微波,它的波长范围则是在1毫米~1米,同样也不属于高能电磁波,不具备电离能力,不会对生物体细胞内的遗传物质造成伤害。总之,我们生活中大部分常见的辐射,都属于不具备电离能力的普通电磁辐射,并不是电离辐射,而电磁辐射现阶段还不能证明会对生物体的细胞造成实质性损害。因此,不管是生活中的电视、电脑的辐射,亦或者是雷达、高压电线什么产生的辐射,都不是电离辐射,没必要大惊小怪,微波炉 的微波加热也仅仅是一种能量传递的过程,而不是电离,有电离辐射的地方都会有上图中的那种警告标志的,而一旦看到有这种警告标志后,最好是有多远走多远,待久了是真的会出问题的。
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你站在激光束后面会被激光烧伤吗?激光和雷达波同属电磁波,并且激光束功率比雷达波更高能量方向更集中。
网上经常流传一些段子什么雷达多少公里烧熟兔子,那么狗斗的时候直接几公里就把对方飞行员烧熟了啊,还用什么机炮?
战斗机的雷达功率很大没错,但是战斗机雷达有扫描角度,平民的雷达天线它雷达波的传播也是有角度限制,雷达的作用跟手电是差不多的,二者之间非常相似,二者都是利用电磁波探测,二者电磁波在大气中都呈现发散传播(发散传播才能获得更大探测面积),二者原理相似战斗机雷达是利用雷达天线发射电磁波遇到障碍物返回,手电利用光线遇到障碍物返回人的眼睛。
所以分散的传播的电磁波(手电筒)只要距离稍微远点就很安全,能量集中发散的电磁波(典型例子就是激光)只要站在传播路径上就不安全,电磁波对人体X具有加热作用所以取决于人体吸收量,人体吸收量又取决于雷达辐射是否集中和人体距离雷达的距离,假设雷达能量发散你用身体堵住雷达,那么你人体吸收了所有雷达波你可能会被烧死,假设雷达波跟激光一样能量非常集中那么几公里外也能烧死你,但是雷达波做到这么集中就没有视场,就像晚上拿着激光照亮一样的睁眼瞎。
至于电磁波对人体的伤害只有集中能量的某些频段的电磁波对X有明显的加热作用,至于其它的所谓的伤害目前还没有结论,不过日常生活中大气中充满电磁波,电磁波的传播介质是空间你在宇宙中找个没有空间的地方自然就没有电磁波。
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雷达波对人体的伤害从电磁原理上来说应该是在雷达的功率波长频率上来分析,雷达从电磁理论上讲就相当于一个等效微波炉。
电磁波对人体的伤害当年我学习无线电技术时在专业刊物上的文章中得知,电磁波的功率越X长越短频率越高危害也就越大。
九十年代我曾经在一篇文章上看到过八十年代初苏联布著在阿塞拜疆的超远程警戒雷达在全功率开机时其电磁波曾经烤死过前方数公里的羊X烤伤过牧羊人1975年叛逃日本的前苏联飞行员别连科说过,米格25战机的雷达在地面上未经上级允许绝对不能开机!因为其强大的电磁波在800米以内能够烤熟一只兔子。
在雷达技术上由于苏/俄比西方在微电子技术上的落后,他们的电子设备尤其是雷达都功率超大,因为只有这样才能够压制对方的电子干扰。所以说雷达尤其是战机雷达的电磁波苏/俄的对人危害更大。
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许多人对微波误解很大,主要是因为微波炉的加热能力。
一般雷达波是微波,属不可见,象光线一样没有绕射性,无穿透性,怕遮挡物。遇金属反射,因有遮挡,照射不到人体。既使能照射人体,因频率太低,低于可见光,电离辐射并不强。
所以,雷达伤害不了飞行员。
对微波炉的加热能力,有不解的地方:
1,微波并不是电磁振荡,是光子波,它的加热原理?
2,微波其它频率也有加热能力?
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