书城科普《物理知识篇》(上)(科普知识百科全书)
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第12章 奇妙的电与磁(9)

战争促进了制导武器的发展,而和平将在更大程度上促进制导武器的完善与更新。因为爱好和平的人们,要想制止战争也必须掌握现代化的精确制导武器。人类渴望和平,世界需要和平,但愿天下永远和平。

当今,制导技术的应用已不仅仅限于武器方面,一切空间技术都离不开对飞行器的制导。比如,人造卫星、宇宙飞船等等,都必须运用现代化的制导技术,才能使它们正常运行。

人类已经实现了用制导雷达控制宇宙飞船在星球上完成着陆飞行,对人造卫星,不仅能控制它的发射和运行,而且还能回收。可以想像这是何等复杂的控制和导引技术呀!然而,如今都已经变成了现实。由此可见,电磁波被人类所掌握,就能发挥出神奇的威力!我们称“制导”是“空中舵手”,这是再恰当不过了。

夜视技术

在以往的战争中,一提起夜间观察,大家很自然会想到比较熟悉的观察方法,比如用火把、照明弹、探照灯等等,其中照明弹、探照灯至今仍是在夜间用来观察的重要手段。但这些方法最大的缺点是容易暴露自己,这对取得作战胜利是很不利的。于是人们便想方设法研制一种即使在夜黑条件下也能观察敌情,又不被敌人所发现的观察手段,把“光明”给予自己,把黑暗让给敌人,这种手段就是夜视技术。

什么是夜视呢?前面我们介绍了红外伪装,知道它是在白天通过使用电磁波,巧妙地隐蔽自己而不被敌方所探察到。这里介绍的夜视则是指在夜间利用夜黑条件隐蔽自己,同时又通过使用电磁波的方法,巧妙地去探察敌人,进而去打击敌人。

在这一部分里,我们就对夜视技术的基本情况做一些简单的介绍。

大家都知道,在夜暗环境中仍存在有少量的自然光,如月光、星光等等,由于它们和太阳光比起来十分微弱,所以把它们叫做微光。在夜间微光条件下,由于光照度不够,因人眼睛生理条件的限制,一般是无法观察到景物的。

在夜暗环境中,除了存在微光以外,还有大量的红外线。什么是红外线呢?红外线是电磁波的一种,它的波长比人们看到的红光波长还要长,人眼是看不到它的。科学家们研究发现,世界上一切物体每时每刻都在向外发射红外线,所以不论白天、黑夜,在空间都充满了红外线,而红外线不论强弱又都不能引起人们视觉的反应。

红外线和微光的存在,启发人们通过两个途径对它们加以利用:一是将红外线转换成可见光;二是将微光增强。通过这两个途径使人们在夜间低照度条件下进行观察的技术,就叫做夜视技术,人们将它称之为“黑暗中的眼睛”。用夜视技术制成的各种夜视仪器,统称为夜视器材。

到目前为止,尽管夜视器材的品种繁多、用途各异,但都不外乎两大类型:微光夜视器材和红外夜视器材。无论哪一种类型的夜视器材,它们都是先把来自目标的人眼看不见的光(微光或红外线光)信号转换成电信号,然后再把电信号放大,并用它去推动发光体发出可见光,也就是把电信号转换成人眼看得见的信号。这种光一电一光的两次转换,乃是一切夜视器材实现夜间观察的共同途径。

夜视技术的发展和夜视器材的应用,给作战带来了很大的影响。比如,可以方便地进行夜间观察和侦察;还可以顺利地进行夜间驾驶和夜间的瞄准射击;指挥员可以十分隐蔽地查明敌情,有效地组织战斗。显然,这将有利于夜以继日地进行规模较大的战斗,甚至可以将通常的“拂晓攻击”改为人夜后任何有利时刻进行攻击,这当然有利于战争的胜利。

在1991年的海湾战争中,美军配备了先进的夜视器材,使他们在夜间的观察达到了“黄昏”甚至“拂晓”的水平。在夜黑条件下,通过夜视镜美军可以观察到1千米远处的目标。

美军通过夜视器材,还发现了在白天不易被发现而隐蔽在沙漠中的军事设备和目标。美军对伊拉克的突袭多是在半夜后近凌晨时候开始的,夜视使它们达到了空袭的目的。海湾战争,70%是在夜间进行的,可见夜间已不再是作战的障碍,而是一个可以利用的条件了。

但是,不论哪一种夜视器材,都存在很多技术上的局限性,都还不能使人们在黑夜如同白天一样行动自如。其原因主要有以下几个方面:首先,各种夜视器材作用距离与观察效果,都受地形和地物的影响。其次,各种夜视器材作用距离与观察效果,都程度不同地受天气条件的影响。再次,使用夜视器材观察时,一般都有个搜索过程,发现目标比较慢。最后,用夜视器材观察到的目标,图像比较平淡,难于分辨细节,不利于识别,而且不能区分色彩。随着科学技术的发展,夜视器材的研制必须会有新的进步,上述各种局限性也将会逐渐被克服,夜视器材必将会更加完善。

红外伪装

红外伪装也叫红外隐身技术,它是红外技术在军事上应用的一个重要方面。随着高技术在侦察、监视和制导等领域日益广泛的应用,用光电、红外、遥感等高技术改进和制造出来的侦察、监视器和制导武器,具有克服不良天气及恶劣自然环境影响的能力。因此,侦察的精度和打击的命中率越来越高。如今,有的侦察卫星在距地球约1000千米的高度,对地面目标的分辨率可达到015~03米。不仅能够识别舰船、车辆、人员等目标,还能够透过云雾和夜暗,探测到隐蔽在植被深处,甚至覆盖厚达数十米深处的目标。精确制导武器不仅能够在耸立如林的高层建筑中击中目标,而且还能在空中截击导弹。

所以,无论是空中目标,如飞机、导弹、卫星等;还是地面目标,如电站、战车、指挥部等,都需要有效地隐蔽自己,保存实力,这就促进了红外伪装技术的飞速发展。红外伪装技术即红外隐身技术,其基本原理是抑制物体的红外线辐射或改变目标的热形状,从而达到物体与背景的红外线辐射的不可区分,进而实现“隐蔽”自身的目标。

红外技术是一项新兴的光学技术。红外系统与雷达系统相比,分辨率更高,隐蔽性更好,抗干扰能力更强。它与可见光系统相比,具有能识别伪装,可昼夜工作,受天气影响小等优点。因此,红外技术得到了广泛的应用,特别是在军事方面,红外技术越来越引起了各个国家的重视。

红外伪装的方法有:红外遮蔽技术、红外融合技术、红外变形技术、红外假目标技术等。

遮蔽就是采用一些屏蔽手段把物体的红外辐射屏蔽起来,使传感器收不到目标物体的信号,或使接收到的信号大为减弱。常采用的遮蔽手段有:红外遮障、红外烟幕、红外涂料。

红外遮障的结构由隔热毯和伪装网两部分组成。隔热毯在内层,比伪装网要厚一些,它起隔热作用。伪装网在外层,起热分割、热变形作用。比如,一辆坦克红外伪装后,其辐射出的红外线和它周围大地辐射的红外线差不多,从而起到了伪装作用。

红外烟幕是一种可以快速伪装的伪装器材,其关键部分是红外烟幕剂,在这种烟幕剂中含有有效地遮蔽红外线辐射的物质。在海湾战争中,美军轰炸伊拉克地面目标时,由于伊军点燃了许多油井,造成了某些目标区浓烟滚滚,使美军飞行员发现不了目标,无法发射红外制导导弹,结果美军只好未发一弹,飞机携弹返回。

红外涂料技术主要是用来降低、改变物体自身的电磁辐射特性,使之与背景的电磁辐射相适应。涂料涂在物体上可以起到对物体辐射出来的红外线的反射作用。可以使热像仪所得的热像模糊不清或与背景热辐射图像接近,使其辨别不清是什么目标或是否有目标存在。美军研制成的F-117A隐形战斗机,就选用了红外隐形涂料,它在海湾战争中取得了突出成绩,达到了“隐形”

的目的。

反红外侦察的融合技术,一般就是通过适当的方式,把红外目标打扮一番,使其与背景具有相同的外观特征,使热红外目标完全融合在背景之中,从而不容易被侦察到,达到隐蔽的目的。

第一种方法是红外干扰“气箔”。这种气箔可使坦克发动机等热红外目标所辐射出的热红外线,在较大的区域内消散掉,进而降低目标的表面温度,使其基本上接近于背景的温度,使目标融合手背景之中,红外探测器就很难从背景中将目标辨认出来。这样就可以防止热导的导弹对坦克等目标的跟踪,降低导弹对目标的射击命中率。

第二种方法是目标模拟器。这种器材可显示出各种不同类型目标的热辐射特性。大面积设置这种器材和材料,便能把真目标淹没在这种“背景”之中,起到迷惑对方的作用。

红外变形技术就是使红外探测仪探测到的物体并非是真实物体的技术;它遮蔽了物体原有的特性,使识别产生了错误。

制造假目标可以分散敌方火力,转移对真目标的注意力。红外假目标必须具有与真目标一致的红外辐射特征,不但外形要像真目标,而且内部要配置热源,使假目标的外表具有与真目标相接近的温度。

在1991年海湾战争一开始,以美国为首的多国部队就猛烈轰炸伊拉克,企图一举摧毁萨达姆的指挥中心、空军基地、机场、导弹发射架、核生化设施等重要地方。多国部队出动作战飞机10万多架次,发射和投掷导弹、炸弹的吨位总数,超过了朝鲜战争三年的总和。但事态的发展却出乎了多国部队的意外。伊拉克仍在一个劲地发射“飞毛腿”导弹,700多架飞机绝大部分仍然隐藏着,一半以上机动导弹发射基地和导弹发射架仍然完好。

伊拉克究竟用什么办法顶住了以美国为首的多国部队的猛烈轰炸,使美军感到头疼呢?

一个主要原因就是萨达姆成功地运用了欺骗战术,大设假目标。据报道,多国部队轰炸的目标80%以上都是假的,伊拉克拥有大量假坦克、假飞机以及完全用胶合板、纸板和塑料建成的空军基地。这些假目标上安有无线电发射器和热源,其发射的电信号及表面温度都和真目标相同。以此办法迷惑了美国的空军,使他们真假难辨,浪费了大量炸弹,造成巨大损失。

1973年第四次中东战争中,埃及军队使用了大量涂有反雷达和对付红外侦察涂料的伪装网,加上巧妙的战术示假,使几个军的兵力在以色列人的眼皮底下集结成功。

在高新技术迅速发展的今天,各种现代化武器和新的作战样式大量涌现,军事探测器越来越发达,分辨识别能力越来越强。这就意味着凡是暴露的目标,一般说来都可以被侦察到,凡是被侦察到的目标,一般说来都可以被摧毁。在这种情况下,如何保存战场上的有生力量就显得特别的重要。

红外伪装技术是伪装领域中的新课题,是未来高技术战争中伪装作战的重要手段。在各国军事科学家们的努力下,在不远的将来,它将给军事伪装技术的发展带来新的飞跃!

人类生活的好帮手

早在19世纪,人们就发现变化的电磁场能引起变压器铁芯和介质材料发热。1914年法国人通过反复实验和研究认识到:变化频率太低将会使加热极不均匀,因此必须提高变化的频率,才能提高加热的效果。从20世纪30年代起,随着电子工业的发展,出现了高频功率管,利用高频电流产生的高频电磁场,成功地实现了对介质的高频加热。高频加热作为一门新的技术,在很多方面,都获得了重要的应用。它的优点是加热速度快,加热效率高,加热均匀,便于控制,加热效果好。

在第二次世界大战期间,微波技术得到了迅速发展。很多国家都积极开发微波加热新技术。半个多世纪以来,微波加热技术在各个方面都获得了大量的应用。比如,粮食的烘干,蔬菜和水果的脱水,烟叶的复烤,卷烟的干燥,蚕茧的杀蛹与干燥,纺织品、纸张、皮革、药品以及食品等许多生活用品的干燥。再比如,在热熔化方面的应用:塑料的热合,焊接,食品解冻,熔化石蜡等等。还有热机械作用方面的应用:高频和微波碎石,烟梗的微波膨胀,微波碎石混凝土,微波膨化食品等等。此外,家用微波炉也得到了广泛的应用。在微波化学处理方面,包括微波热处理、微波放电等离子体处理等方面,都有实际应用。使用电磁波加热可有效地减少污染,改善了环境,提高了效率。

激光实质上也是电磁波,直接利用激光频率的电磁波能量来打孔、切割、焊接、热处理等加工工艺应运而生,且显出了它强大的生命力。激光加工已成为新兴的“超级”加工技术。

电磁波中的红外加热,早已人人皆知了,这里不再提及了。

当电磁波为人类所掌握以后,很快就成了理疗方面的新军。由于不同波段的电磁波对人体的生物效应不同,所以治疗的病症也不同。短波理疗应用的电磁场频率范围是:3~30兆赫,常用10~15兆赫,主要效果是使组织生热、镇痛效果明显,有较强的抗炎、消肿作用,适用于对各种慢性炎症的治疗。短波透热作用深,可隔衣治疗,方法简单而安全。超短波理疗应用的频率范围是:30~300兆赫,适用于一切炎症的治疗,对急性炎症的疗效较为显着,它还是冻伤的一种特效疗法:并且对急性肾功能衰竭有良好的治疗作用,对初期高血压也有一定的治疗效果。微波理疗于1947年正式用于临床,它使用的频率是:300~1000兆赫,微波使人体受热均匀,主要适应的病症是各类炎症,治疗突发性耳聋也有明显的效果。微波还是对癌症进行常规疗法的辅助工具,也常用于某些外科手术。微波还可以用于对肺气肿、肺水肿、组织损伤、肿瘤的诊断。

激光是一种特殊形式的电磁波,由于低频率氦氖激光对人体功能有调整和刺激作用,所以能增强代谢功能,并有消炎、止痛、止痒、消肿、加速伤口愈合等作用。因此,特别适用于对多种疾病的理疗。对早期癌症的治疗也有一定的效果。由于激光的能量集中,因此还常用于外科手术等。

电磁波用于农业上,主要是微波和激光对生物的热效应和非热效应,是农业上培育良种,杀死病菌、害虫和杂草的有力手段,也是食品保鲜与保存的有效途径。

需要提及的是,电磁波中的中波段以及红外线,也有一定的医疗效果和生物效应,在医疗上和农业上,也都有实际的应用。

马可尼的伟大发明