美国是如何应对电磁脉冲威胁的？

       电磁脉冲是一种瞬间产生的强大电磁场,会对电力、电子器件及信息化武器装备造成严重影响甚至损伤。其中,通过高空核爆炸产生强大的电磁脉冲称之为高空核爆电磁脉冲(HEMP),其影响范围广、危害程度更大,因此受到美、俄等军事大国的长期重视。

       过去数年间,美国国会、军方、政府部门等机构均在电磁脉冲防御工作中取得了不少进展。特别是2001年和2006年两度成立的电磁脉冲攻击威胁评估委员会,于2004年和2008年分别向国会提交了评估报告,并向美国国防部、国土安全部等联邦机构提出17项保密建议和75项非保密建议,主要
关注高空电磁脉冲攻击所产生的破坏性效果。近年来,国防部、能源部、国土安全部等联邦机构采取了不少举措,并且将一些研究成果应用于基础设施的电磁脉冲防护之中。尤其是自2015年以来,在立法、战略规划以及制定具体行动方案等实质性措施的推动下,美国电磁脉冲防御工作迈开了关
键步伐。

       本文重点对2015年底至2017年初,美国国会、军方、政府部门、新任总统等就电磁脉冲问题所持有的态度和采取的措施进行了梳理和简要分析。

▲白沙导弹靶场在2016年对AGM-86巡航导弹进行了核电磁脉冲环境下的生存能力试验，以检验该导弹继续服役的年限

美国国会

      2015年底,美国国会通过了三项涉及电磁脉冲防御的议案,包括《2016财年国防授权法》、《修复美国地面运输法》和《关键基础设施保护法》。其中,前两项法案已分别于2015年11月25日和12月4日经总统签署生效,后一项法案则于2015年11月16日在众议院通过,之后提交到参议院待议。

       相关法案为防御基础设施遭受电磁脉冲破坏做出了规定,包括要求国土安全部、能源部对电磁脉冲的潜在威胁展开研究并做出应对安排,也要求电力和其他公用事业运营商针对电磁脉冲的威胁采取具体的防御措施。

       美国国会被部分媒体、研究组织、(特别是电力)行业部门等认为长期忽视了电磁脉冲对国家安全可能构成的严重威胁。但是国会在2015年年底前两个月里连续通过了数项与电磁脉冲防御相关的议案,第三次组建了“国会电磁脉冲攻击威胁评估委员会”,表明美国并未放松相关工作的开展,政府和国会正逐步采取措施,通过立法的形式来逐步加强落实电磁脉冲防御工作。总之,这些法案的通过将对美国加强电磁脉冲防御起到重要推动作用。

《2016 财年国防授权法》

《2016 财年国防授权法》授权重新组建“国会电磁脉冲攻击威胁评估委员会”。该委员会曾先后于2001 年、2006年两次组建,这是时隔10年之后的第三次组建。

        与之前相比,本次关于委员会重组的法案条款中,电磁脉冲的定义有所扩展,加入了“非核电磁脉冲武器,地磁暴产生的天然电磁脉冲,潜在对手使用与其他攻击媒介相结合的电磁脉冲武器”;调整了委员会的职责及评估内容,更专注于人为电磁脉冲攻击威胁、目前相关领域内已取得的进展、防护的优先性问题及易损性程度。

《修复美国地面运输法》

《修复美国地面运输法》在“关键电力基础设施安全”和“战略性变压器储备”相关章节列出了与电磁脉冲防御相关的规定。

       该法案规定,在《联邦电力法》中加入“关键电力基础设施安全”章节。对“大容量电力系统”、“关键电力基础设施”、“国防关键电力基础设施”、“电磁脉冲”、“地磁暴”、“电网安全紧急情况”等进行了明确定义 ;并强调能源部与国土安全部、其他相关联邦部门和机构,以及其他公用事业运营商进行协调;明确了能源部长在此项工作中的职责与权力;强调关键电力基础设施信息保护与共享。

       “战略性变压器储备”章节中明确了储备大型电力变压器和应急移动变电站,对于美国应对物理攻击、网络攻击、电磁脉冲、地磁干扰、恶劣天气和地震事件等引发的电网可靠性风险具有重要战略意义,要求能源部、联邦电力管理委员会、电力可靠性组织、关键电力基础设施运营商等相关部门在该法案实施之日起 1 年内提交战略性变压器储备计划。

《关键基础设施保护法》

        该议案由亚利桑那州联邦众议员弗兰克斯提出,拟对 《国土安全法》(2002年)进行修改。主要内容涉及四个方面:增加“电磁脉冲”定义 ;规定电磁脉冲的计划、研发、保护与准备 ;电磁脉冲的研究与开发;关键基础设施保护和如何应对电磁脉冲事件的建议策略。

▲近年来，国防部、能源部、国土安全部等联邦机构采取了不少举措，并且将一些研究成果应用于基础设施的电磁脉冲防护之中。图为美军E-4空中指挥机进行EMP防护测试

军 方

        国防威胁降低局作为国防部指定的电磁脉冲生存能力评估中心,长期负责电磁脉冲领域的相关研究。2015～2016年以来,国防威胁降低局通过大规模杀伤性武器防御技术项目下的核生存能力、核与辐射效应两个子项目,持续开展相关研究。项目涉及的主要内容包括:

               •编写、制定、更新涉及电磁脉冲的军标、手册等,如 MIL-STD-4023(海军资产的高空电 磁 脉冲防护)、MIL-STD-3054(综合大气层核环境军 用 标 准 )、MIL-STD-188-125-1、MIL-HDBK-423 等。

               •开发创新型技术,用于保护重要人员、关键军事与国家防御能力、核事件中的指挥与保障系统等,提高系统核生存能力。国防威胁降低局在2016年邀请小型企业参与商业研发项目,为关键基础设施创建有电磁脉冲防护的微电网。

               •开发建模工具以保障军事作战计划、武器效应预测、战略系统设计决策,如系统电磁脉冲(SGEMP)模拟代码、电磁可靠性与效应预测 (EMREP)工具、源区电磁脉冲(SREMP)模型。

               •针对武器装备开展电磁脉冲评估研究,试验对象包括军舰、电网变压器等。

       除国防威胁降低局的工作 外,2015年11月24日,美国国防部高级研究计划局(DARPA)启动了快速攻击检测、隔离和表征系统项目(RADICS)。其目标是针对有可能导致美国电力系统瘫痪的安全威胁,研制出能应对电力损失的自动化系统,以使电网在遭攻击情况下可在7天内恢复电力供应。白沙导弹靶场在2016年对AGM-86巡航导弹进行了核电磁脉冲环境下的生存能力试验,以检验该导弹继续服役的年限。美军2016年投资1175万美元,计划在马里兰州帕图克森特河海军空中武器站新建垂直极化电磁脉冲模拟器,预期2017年6月完成。美军还开始对格陵兰岛图勒空军基地的弹道导弹预警系统雷达展开HEMP防护性能加固工作,为期5年。其他基地,如阿拉斯加州科林航空站、北达科他州骑士航空站、马萨诸塞州科德角航空站以及英国皇家空军基地等处也都进行过系统的HEMP防护升级工作。

       另一方面,军方联合国防工业部门,继续推进电磁脉冲弹等武器的研发。如美国陆军计划研究一种能够适配155毫米炮弹发射系统的电磁脉冲弹。

       总体而言,美国军方的电磁脉冲研究与加固防护工作在持续进行,不少工作也早已成为军方的“例行任务”,电磁脉冲攻击能力研究也在持续推进。特别是国防威胁降低局,长期从事针对武器装备电磁脉冲防护、生存能力研究,有长期的项目支持,保证了工作的持续性。近两年,该部门也承担了民用设施的电磁脉冲研究工作。

▲RADICS项目的目标是针对有可能导致美国电力系统瘫痪的安全威胁，研制出能应对电力损失的自动化系统，以使电网在遭攻击情况下7天内恢复电力供应

政府部门

       近年来,美国国土安全部、能源部和联邦能源管理委员会等部门,已经采取了不同的行动来评估电网的电磁风险。在2016年,政府部门就关键基础设施电磁脉冲防护问题进行了评估,能源部也发布了《联合电磁脉冲弹性战略》,并着手制定具体行动方案来落实电网的电磁脉冲防护工作。这表明,政府部门正在逐步明确责任权限,与国家实验室、电力工业等部门的合作正在步入具体实施阶段。这些较之前有所改进。

       2016年4月份,应美国国会请求,美国政府问责局(GAO)发布了《关键基础设施防护:联邦机构需要采取行动应对电磁风险并进一步评估风险、加强合作》的报告。报告指出,美国国土安全部和能源部制定的政策与2008年研究报告中的建议相一致,但是二个机构都尚未全部认同可能会遭受攻击的风险评估。虽然国土安全部相关部门已寻求独立评估电磁脉冲的风险,但尚未形成全面的评估。此外,国土安全部还没有指定负责防范电磁脉冲攻击的专人并明确其职责。基于以上情况,政府问责局的报告呼吁国土安全部、能源部以及联邦能源管理委员会加强合作,应对电磁脉冲对美国关键基础设施构成的威胁。该报告也提出4点建议,要求机构之间加强合作,确定电磁脉冲风险和应对措施 :

       •国土安全部长指定官员和办公室,负责电磁脉冲风险评估并与联邦合作伙伴共享信息 ;

       •国土安全部部长和能源部部长一同审查联邦能源管理委员会对电力基础设施的分析,确定所需的涉及识别关键基础设施资产的更多风险评估;

      •国家保护和计划局副局长、基础设施防护办公室助理部长与联邦合作伙伴一道,分析电磁风险相关的威胁、脆弱性以及其后果 ;

      •国土安全和能源部长确定电磁脉冲防护的重点研发方向。

      美国国土安全部和能源部官员同意上述建议,并表示正采取行动来解决上述问题。

      为了应对高空电磁脉冲给美国电网带来的日益增长的潜在威胁,从2015年后期开始,美国能源部长就指示能源部与电力工业界合作,制定一个电磁脉冲弹性战略。2016年1月,能源部开始与电力研究院(EPRI)共同研究制定《联合电磁脉冲弹性战略》(JEPRS),并于2016年7月18日颁布。该联合战略是美国能源部与电力研究院(EPRI)合作制定,强调协作并致力于满足应对未来日益增长的电磁脉冲威胁的指导性要求,列出了5个目标。

       •改善并共享对于电磁脉冲威胁、效应和影响的认识 ;

      •鉴别各基础设施优先性;

      •测试和提升用于缓和与防护的方法;

      •提升应对电磁脉冲攻击的响应与恢复能力;

      •在政府和工业界、国内外共享最佳实践经验。

       在此之后,2017年1月10日,能源部又根据该 《联合电磁脉冲弹性战略》的要求,颁布了一套行动方案(能源部行动计划),即《电磁脉冲弹性行动计划》(EPRAP)。其目的就是通过各部门间以及与国家实验室、工业部门和国际合作伙伴等的协调,进一步改善和指导能源部的活动,从而降低电磁脉冲易损性并改善能源部门在电磁脉冲事件中的响应和恢复能力。同时,电力研究院也与电力工业和电力协调委员会合作,制定提高工业部门响应的行动方案。

       针对已经实施的一系列电网安全计划,2017年1月25日,GAO发布了一份评估报告。报告对2013年以来,美国能源部、国土安全部和联邦能源管理委员会共同努力实施的27个电网弹性计划进行了评估。评估指出,虽然美国联邦政府的工作单独进行,但政府在制定保护美国电网的政策、计划和技术方面取得重大进展。

▲2017年1月25日，GAO发布了一份评估报告，对2013年以来美国能源部、国土安全部和联邦能源管理委员会共同努力实施的27个电网弹性计划进行了评估

新任总统

        2016年7月18日,美国共和党全国代表大会通过了该党的竞选纲领,正式推选唐纳德特朗普为该党的总统候选人。竞选纲领是共和党今后四年主张的声明,全面阐述了共和党的政治、经济、国家安全和外交政策。该纲领中已就电磁脉冲防御问题表明了立场:

        “(美国本土上空)一次高空核爆,足以使我们的电网及其他关键基础设施崩溃,并且危及数百万人的生命。鉴于朝鲜和伊朗正在研制核导弹,电磁脉冲不再是一种理论上的危险 — 而是一种真实的威胁。更为严峻的是,中国和俄罗斯都把(电磁脉冲)攻击列入了自己的战争策略。然而,美国数以百计的电气公共事业部门都没有采取电磁脉冲防护措施,而且,因为国土安全是政府的责任,所以他们也并不会自愿地去做这件事。总统、国会、国土安全部、国防部、州、公共事业部门、私营部门应当就这一紧迫性问题展开合作,多管齐下,以保护国家电网,并鼓励州政府迅速开始防护各自所属的电网。”

        目前,唐纳德•特朗普已当选为美国第45任总统。有资料表明,他的顾问团已向相关专家了解电磁脉冲威胁的背景信息。

其他方面

       除了以上美国官方动态,美国物理学会媒体分析师斯蒂芬•科内柳森2016年6月份曾在《今日物理》上发表文章,对近期媒体关于电磁脉冲问题的报道及认识情况进行了阐述。文章指出,尽管政府报告表明电磁脉冲是一个“风险”,而保守派媒体记者和评论员们则将其称为“威胁”,提醒人们警惕可能的电磁脉冲灾难,并认为政府做的还远远不够。

       其他国家也在考量电磁脉冲攻击威胁。2016年 4月,加拿大参议院国家安全与防御委员会讨论了关于关键基础设施受电磁脉冲攻击的问题。有报道称,这是加拿大政府关于关键基础设施受攻击问题的第一次公开讨论。而且加拿大总理贾斯汀•特鲁多已命令公共安全和应急准备部长拉尔夫•古德尔审查关键基础设施面临的威胁。2016年12月12日,美国和加拿大政府发布《美国 -加拿大电力网安全与弹性联合战略》,承诺加强北美电力网的安全。这与美国政府的《联合电磁脉冲弹性战略》一脉相承。

       美国的科研与工业部门,针对电磁脉冲防御的研究也时有进展。如,美国电力研究院 2017年2月份公布了一份研究报告称 :面对一次高空电磁脉冲攻击,尽管存在热损伤风险的大型电力变压器数量较少,但仍需对整个大电力系统的损伤风险进行全面的调查研究。Bedrock Automation公司对工业控制系统进行了电磁脉冲防护设计,其Bedrock开放安全自动控制平台(OSA,一种工业控制系统)已全面通过美军标 MIL-STD-461F和IEC61000中 抗电磁脉冲测试。这是为数不多的考虑电磁脉冲防护的工业控制系统。美国内布拉斯加大学林肯分校最新研制出一种传导性混凝土,可作为屏蔽层,避免遭受电磁脉冲武器攻击。这种方法比传统屏蔽技术更加有效,未来可应用于商业、军事、金融领域,使重要建筑结构变得更加安全。

▲特朗普在其竞选纲领中指出，美国本土上空的一次高空核爆，足以使电网及其他关键基础设施崩溃，并且危及数百万人的生命

分析与结论

       回顾过去的2年,不难发现美国社会,从国会、政府、军方等多方在对电磁脉冲产生的危害,以及应采取的措施等方面已形成部分共识。特别是针对关键基础设施,美国政府先后通过立法、颁布能源部战略,制定行动方案,表明其电磁脉冲防御工作正在逐步深入实施。

综合以上信息,我们得到以下几点认识 :

美国正在不断加强立法,推动电磁脉冲委员会建议的落实

       目前,美国正在逐步完善其应对电磁脉冲威胁的战略,以及制定更加细致严谨的实施计划,但联邦政府的相关部门在实施具体措施方面还存在滞后现象。究其原因,除了这一问题本身的复杂性之外,还由于公私部门职责不明,没有一个联邦计划或者部门能够全面负责评估电磁脉冲威胁,而且电磁脉冲委员会的建议不具备法律效力或执行力。也正因如此,美国的电磁脉冲防御工作,特别是关键基础设施的电磁脉冲防御工作迫使不同政府机构和企业伙伴共同合作起来,且必须通过立法来明确各方责任与权限,即只有通过法制才能切实推进电磁脉冲委员会建议的落实。

美国联邦机构努力落实建议,但远远不够

       事实证明,2008 年电磁脉冲攻击威胁评估委员会提出的建议已经得到广泛认可,其中一些建议与国土安全部和能源部等联邦机构对关键基础设施的权利和责任相匹配。在委员会所提出的建议推动下,虽然国土安全部和能源部也确实采取了不少行动,并且已有相关的技术应用于基础设施的电磁脉冲防护之中(如弹性电网、快速恢复变压器、爱达荷国家实验室研制的一种中性点闭锁装置等),但距离所要实现的目标还远远不够。因此,在前两次组建电磁脉冲威胁评估委员会并提出具体建议的基础上,第三次组建该委员会,也就成为继续挖掘应用研究成果,督促建议落实,推动电磁脉冲防御工作前进的必然要求。

电磁脉冲概念有所扩展

       与数十年前国会的相关议案相比,当前对电磁脉冲的定义有较大扩展。如《2001财年国防授权法》中的电磁脉冲定义仅关注“高空核爆电磁脉冲”,而最新通过的这几份议案中,电磁脉冲的定义均包括了人为电磁脉冲事件(核恐怖主义、电磁脉冲武器)和天然电磁脉冲事件(地磁暴、地磁扰动)。这说明,经过十年的变化,电磁脉冲防御工作的领域也有了巨大变动,变得更加广泛。也说明,近年来美国政界、学术界、工业界等相关部门的交流、宣传、争论,使得“电磁脉冲”的概念及其危害被越来越多的人所了解和认识,也使得更多人员、政府和机构认可了电磁脉冲防御工作的重要性。

加强防护成为美国国家关键基础设施(电网)的现实性要求

       美国国家关键基础设施的电磁脉冲防御推动缓慢,还有一个重要因素,就是美国的基础设施管理体制。即美国关键基础设施多为私人公司所拥有或经营,私人企业为追求利润,不愿投入,政府监管干预也有限,导致美国电网等基础设施存在着非常大的安全隐患。这也是众多研究报告和法案中强调公私协调的一个重要原因。截止目前通过的几项有关电磁脉冲的议案,战略规划等,均涉及到美国国家基础设施的保护,特别是电力基础设施。

美国从电力基础设施保护入手,逐步推进电磁脉冲防御工作

       国家基础设施是一个庞大的体系,也关系到国防基础设施。美国选择从影响最为直接最为严重的电网入手,开始实施较为广泛的防护计划。这几个议案、战略规划的通过,意味着电网的电磁脉冲防御工作在法律上得到了肯定和支持,并逐步将电磁脉冲防御纳入国家规划框架,做好应急准备,相关计划的效果已经显现。如美国政府于2016年7月、12月和2017年1月先后公布 《联合电磁脉冲弹性战略》、《美国 -加拿大电力网安全与弹性联合战略》和《电磁脉冲弹性行动计划》,这是从国家安全角度出发的一种战略性举措,也足以显示出美国电网防护的现实迫切性。2017年1月,美国政府问责局发布了一份评估报告指出,自2013年以来,美国联邦政府共同努力实施的27个电网弹性计划促使政府在制定保护美国电网的政策、计划和技术方面取得重大进展。

警惕美国的宣传

       美国既强调自身的电磁脉冲防御能力弱化,又一味强调俄罗斯、中国、朝鲜、伊朗的电磁脉冲威胁,同时又在不断研发新的强电磁脉冲模拟器、电磁脉冲弹、下一代战略轰炸机等技术,强化其强电磁脉冲攻击能力,这与美军并不强调自己的网络攻击能力有异曲同工之效,这必须引起其他国家的警惕。