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问题描述

强电磁脉冲可以同时在大面积范围内对关键基础设施造成损伤，引起系统故障和瘫痪，造成重大经济损失和灾难性后果。关键基础设施为广域系统，覆盖范围广、结构复杂，存在多种耦合途径，同时分系统及系统间相互关联，因此要对关键基础设施进行全面加固，成本巨大，难以承受。其重大电磁威胁防范应着眼于强电磁脉冲威胁可控、损失可承受，需要通过威胁评估、节点加固和系统恢复的策略进行，涉及威胁环境、耦合效应、防护与恢复、试验评估、标准规范等方面，覆盖多学科，跨行业、跨领域，是一个复杂的系统问题。

问题背景

强电磁脉冲通常指各类瞬态的高强度电磁场，主要包括高空核爆炸电磁脉冲（HEMP）、高功率微波（HPM）等人造电磁脉冲和地磁暴等自然现象。这些强电磁脉冲电场峰值强度通常很高，如HEMP峰值可达几十kV/m、窄带HPM在数十公里处的峰值可达kV/m。其次有些强电磁脉冲影响范围广，例如HEMP和地磁暴的影响范围可达数百至上千公里。地磁暴虽然地电场只有V/km量级，然而由于影响范围广，可以在长线缆上产生强地磁感应电流（GIC），从而造成严重危害。这些电磁脉冲将强电磁功率或能量耦合进入各类电子信息系统，扰乱系统正常工作，损伤/损毁敏感设备，造成严重危害。 电力、通信、油气管网、高铁、金融等系统一旦发生故障就对国家政治、经济、科技、社会、国防以及人民生命财产造成严重损失的称为关键基础设施。随着信息化和智能化的发展，电力、通信、油气管网等关键基础设施中电子设备的电磁损伤阈值越来越低，易损设备越来越多，强电磁脉冲危害越来越严重。大面积范围内关键基础设施中的重要设备和子系统，如电力系统中的绝缘子、配网变压器、大型变压器，信息控制系统中的SCADA系统，等等，在HEMP等强电磁脉冲作用下会发生失效乃至损伤，从而造成电力、通信、油气管网等关键基础设施大面积故障和瘫痪，造成重大经济损失。美评估认为，如果美中部上空170公里发生百万吨级高空核爆炸，强电磁脉冲将造成170万平方公里范围电力崩溃，受影响人口1.3亿，完全恢复预计要4～10年时间。 我国关键基础设施对于雷电等电磁防护问题非常重视，各行分别开展了雷电监测、防护等研究，很多成果已成功应用于生产、生活各环节。基础设施的雷电防护对强电磁脉冲防护具有一定作用，然而雷电防护能力对HEMP等强电磁脉冲防御来说还存在不足，主要表现在：一是HEMP中的E1环境和HPM的上升时间比雷电电磁脉冲快得多，现有的一些雷电防护器件响应速度不够快，需要研发快响应的防护器件；二是强电磁脉冲的频谱范围更宽，高频成分更多，需要研发性能和防护兼顾的新材料；三是HEMP中的E3环境和地磁暴能够在长接地导体上产生的上千的准直流GIC，现有的雷电防护器件无效，需要研究针对GIC的减缓技术；四是HEMP覆盖范围极广，其防护、应急和恢复要求与局域雷电防护要求差异显著，同时需要通过威胁评估、节点加固、系统恢复等策略来应对强电磁脉冲威胁。 我国在关键基础设施的规划布局、设计建造、运行管理中，没有考虑对强电磁脉冲攻击的防御问题，也未开展关键基础设施强电磁脉冲威胁系统评估。关键基础设施若不设防，一旦遭受强电磁脉冲威胁，将迅速瘫痪，造成严重的经济损失，影响社会稳定。针对上述问题，为了提升我国关键基础设施电磁安全，从而保护经济建设成果，急需突破强电磁脉冲环境产生机理、广域系统的毁伤效应评估理论等科学问题和攻克广域系统等效试验方法、软硬件综合一体化防护等关键技术，建成模拟仿真、防护加固、试验评估、标准规范等有机结合的技术体系，建成配套完善的试验设施、仿真与设计平台、防护材料器件型谱，完成若干典型示范工程，形成关键基础设施强电磁脉冲防御技术体系，快速提升我国关键基础设施强电磁脉冲防御能力。

最新进展

美国高度重视基础设施强电磁脉冲攻击的防御工作，将关键基础设施强电磁脉冲防御纳入国家安全战略，从国家层面推动强电磁脉冲防御能力建设。2000年后，美国四度成立“电磁脉冲委员会”。经过几十年的发展和研究，美国在基础设施强电磁脉冲防御的组织管理、环境和耦合模拟、试验与仿真平台、防护材料与器件、标准和规范等几个方面，均开展了大量的工作，采取了一系列有效措施，大力提升其防御能力。 由于强电磁脉冲威胁巨大，2013年和2014年我国开展关于复杂电磁脉冲和强电磁脉冲相关的咨询项目，给出了加强强电磁脉冲防御建设的建议，得到国家和领域院士专家们的高度重视。近几年，乌克兰、委内瑞拉大停电事件表明电磁攻击可引起大面积范围内的大停电，造成严重后果，受到世界各主要国家的高度重视。我国国内企业针对该问题也高度重视，相关单位也在研究制定相应的应急行动计划。

重大意义

“金融、能源、电力、通信、交通等领域的关键信息基础设施是经济社会运行的神经中枢……不出问题则已，一出就可能导致交通中断、金融紊乱、电力瘫痪等问题，具有很大的破坏性和杀伤力。我们必须深入研究，采取有效措施，切实做好国家关键信息基础设施安全防护。”。我国关键基础设施强电磁脉冲防御能力和技术研究还存在较大差距。开展关键基础设施强电磁脉冲防御技术研究，提升电磁脉冲防御能力，对确保关键基础设施电磁安全、保护经济建设成果、提升关键基础设施容灾抗毁能力具有重要意义。