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纳米技术在军事中的应用. 刘洋 功能材料研究中心. 一、纳米技术应用于军事领域的科学依据. 纳米技术的出现，标志着人类从 微米层次 深入到 原子、分子级的 纳米层次 ，使人类最终能够按照自己 的意愿操纵单个原子和分子，以实现对介观世界的有 效控制。. 纳米技术将开发物质潜在的信息和结构潜力 , 使 单位体积物质储存和处理信息的能力实现一次飞跃 , 在信息、材料、生物、医疗等方面导致人类认识和改 造世界能力的重大突破 , 从而给国民经济和军事能力 带来深远的影响。. 纳米技术作为 21 世纪一项关键技术，虽然目前
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纳米技术在军事中的应用 刘洋 功能材料研究中心
一、纳米技术应用于军事领域的科学依据 纳米技术的出现，标志着人类从微米层次深入到 原子、分子级的纳米层次，使人类最终能够按照自己 的意愿操纵单个原子和分子，以实现对介观世界的有 效控制。 纳米技术将开发物质潜在的信息和结构潜力, 使 单位体积物质储存和处理信息的能力实现一次飞跃, 在信息、材料、生物、医疗等方面导致人类认识和改 造世界能力的重大突破,从而给国民经济和军事能力 带来深远的影响。
纳米技术作为21 世纪一项关键技术，虽然目前 应用研究尚不成熟，但由于其具有明显的军事潜力， 因此极大地刺激着人们寻求纳米技术在军事上的应用 。 纳米技术应用于军事领域的科学依据有如下几点：
1、纳米微粒尺寸小，从而增加化学反应的接触面。 纳米材料可作为催化剂被广泛应用提高军事能源 的使用效能。 • 纳米镍粉作为火箭固体燃料反应催化剂，可使燃 烧效率提高100倍； • 纳米炸药比常规炸药性能提高千百倍； • 纳米材料制成的燃油添加剂，可节省燃油，降低 尾气排放。
2、提高常规武器的打击与防护能力。 运用纳米技术在产品中添加特殊性能的材料或在 产品表面形成一层特殊的材料，能产生出新的性能。 • 可以使易碎的陶瓷变得具有韧性，达到类似于铁的 耐弯曲性，或具有特殊的刚性。 • 把纳米技术用于武器制造，可大大提高武器弹头对 目标的穿透力和破坏力，也可提高武器装备的防护 能力，未来防弹装甲车可能产生使导弹滑落或弹回 去的奇迹。
3、提高武器装备的隐身性能。 某些纳米固体在较宽的频谱范围对电磁波有均匀 的吸收性能，几十纳米厚的固体薄膜的吸收效果与比 它厚1000倍的现有吸波材料相同，美国研制的纳米隐 身涂料超黑粉对雷达波的吸收率达99%。 • 用纳米吸波材料涂在战略轰炸机、导弹等攻击性飞 行器的表面，能有效地吸收敌方防空雷达的电磁波 (B-2隐身轰炸机表面的涂层中就含有纳米材料)； • 将纳米粒子添加于发烟剂中，能对阵地起到很好的 屏蔽作用，与土壤混合可遮蔽地下指挥所等重要军 事设施。
4、用于制造微型武器。 利用纳米技术可以把传感器、电动机和数字智能 装备集中在一块芯片上，制造出几厘米甚至更小的微 型装置。 在未来战场上，将出现能像士兵那样执行军事任 务的超微型智能武器装备。 • 美国研制的小型智能机器人，大的像鞋盒子那么大 ，小的如硬币，它们会爬行、跳跃甚至可飞过雷区 、穿过沙漠或海滩，为部队或数千公里外的总部收 集信息。 • 微型机电武器还可用于敌我识别、探测核污染和 化学毒剂、无人侦察机等。
5、用于制造微型卫星和纳米卫星。 由于纳米技术、微电机技术的发展，一些国家发 射的卫星正向小型化方向发展。 • 1993年，美国航空航天公司就提出了纳米卫星(重 约0.1—10千克)的概念。 • 1999年，英国、美国、瑞典各发射了一颗纳米卫星。 专用微型集成电路取代现在卫星上使用的有关系统， 微型卫星、纳米卫星体积小、重量轻； 生存能力强，即使遭受攻击也不会丧失全部功能； 研制费用低，不需大型实验设施和跨度大的厂房； 易发射，不需大型运载工具发射，一枚小型运载火箭 即可发射千百颗，再按不同轨道组成卫星网，即可实 现对地球表面的覆盖。
纳米技术在隐身武器方面的应用 保存自己，消灭敌人 “保存自己，消灭敌人”这个古今中外军事家们共同遵循的军事法则，在现代化战争中显得尤其重要。最大限度地隐藏自己，同时又千方百计地寻找和发现敌人，出奇制胜先发制人，给予敌人突然的沉重的打击，取得战争的胜利。
被发现就等于被消灭 海湾战争、科索沃战争和阿富汗反恐战争完全改变了人们对战争的作战观念。重创性威胁已不是来自两军对叠的地面战，而几乎完全来自远程空中打击。全球卫星定位系统技术和精确制导武器的发展水平，使高技术战争中攻击武器对目标的命中率几乎由目标被发现概率所决定。被发现就等于被消灭已成为现代军事家们的共识。
一直以来，人们为了提高生存能力，就在苦思冥 想，寻求“隐形术”，这就使得高技术武器里出现了采 用隐身技术的隐形武器。它的问世在军事领域引起极 大轰动。武器装备隐身化能够打破现有的攻防格局， 提高战略武器系统的突防能力，提高战术武器的生存 能力和作战效能。
(1)军用隐身技术(stealthy technique)的基本概念 军用隐身就是使敌方的各种探测系统( 如雷达、红 外、电子、可见光及声波等探测系统等)发现不了我方 的武器，无法实施拦截和攻击。 隐身技术的专业定义是：在兵器研制过程中设法 降低其可探测性，使之不易被敌方发现、跟踪和攻击 的专门技术。 隐身技术是一项高技术综合体，目的是使敌方探 测器接收到的信号降低到零。它主要包括两个方面， 即外形设计技术、隐身材料的使用，并使这两种技术 有机结合。
(2) 隐身材料 隐身材料是隐身技术最重要的一个方面，是实 现武器隐身的物质基础。 隐身材料隐身材料按波谱范围可分为声、红外 、可见光、激光、雷达隐身材料。
铁氧体是一种粉末材料，成本低，吸波性能好，它主要依靠 自身自由电子的重排来消耗雷达波的能量，是隐身飞机上使用最 多的吸波涂层。 F-1l7、B-2、F-22 隐身飞机主要采用了铁氧体 吸波涂层。 涂料（如铁氧体） 涂覆型 贴片（塑料、橡胶和陶瓷） 雷达吸波材料 结构型 结构型吸波材料具有承载和吸波的双重功能，这种复合材料 密度低，力学性能好，耐高温，比强度高，既能吸收红外信号又 能吸收雷达波信号，具有隐身功能。 可用在飞机蒙皮，雷达天线罩等结构。碳纤维是最常用的结 构型吸波材料，它由碳纤维骨架和碳基体（碳粒、碳化硅粉等） 组成。F-117的V形垂尾、F-22的机身和机翼蒙皮采用了此吸波材 料。
非隐身材料与隐身材料比较示意图 雷达依据目标反射的电磁波来跟踪目标。根据反射信号的强 弱、方位、时间等信息可计算出敌方目标的方位、运动速度等。 目标的反射信号越强，雷达就越容易探测到目标。雷达隐身材料 （也称吸波材料）能吸收雷达波，使反射波减弱甚至不反射雷达 波，从而达到隐身的目的。吸波材料主要是通过电磁能转化为热 能而耗散或者使电磁波因干涉而抵消。
雷达是高科技战场上不可缺少的“眼睛”。隐形武器主要靠身 上的特殊涂料吸收雷达波，从而避开敌人的“眼睛”，实行对敌人 的打击。然而，现有的隐形材料只能吸收某一波段范围的雷达波 ，而对其他波段的雷达波及光学探测束手无策。 纳米技术的应用将使红外、等离子体等隐形技术得到进一步 的发展。美国利用纳米技术研制的隐形涂料——超炭黑不但对雷 达波的吸收率达到99％，而且还由于纳米磁性材料在一定条件下 会产生光发散效应，具有凹透镜的作用，当光束通过会改变传输 方向，可以改变光的空间分布和降低光的强度，从而达到有效对 抗光学探测的目的。
(3)军用隐身技术的发展 1.隐身技术的起源 • 动物的启示---仿生学隐身技术 • 为什么变色龙能根据背景环境而变化颜色？ • 燕八哥与海鸥的大小相近，为什么雷达截面只 是海鸥的1/200？ • 为什么蜜蜂的体积远小于麻雀，但雷达截面反 而比麻雀大16倍？
人类隐身技术的早期发展 在中国战争中隐身（伪装）技术的应用，最早可 追溯到公元前士兵和军官佩带的毛皮的盔甲和军服， 甚至头上插的羽毛。公元4世纪，罗马人将侦察海盗 的船、帆、绳涂上与大海一样的蓝色涂层，船员穿蓝 衣，脸部涂蓝色。这应是最早应用的光学隐身技术。
2. 军用隐身技术的发展历程 自第二次世界大战初期开始对隐身技术探索至 今，隐身技术已走过了探索研究(60年代以前）、全 面发展（60～70年代）和技术应用（80年代至今） 三个主要发展阶段。
探索研究阶段(60年代以前）： 主要是探索隐身技术，并将初步研究成果应用在 SR-71、U-2等高空侦察机上进行验证试验。 • SR-71曙光高空侦察机的气动外型就采用了雷达隐 身技术，主要措施为采用倾斜式双垂尾、翼身融合体 外型、机体涂黑色涂料以及在机身边条和机翼的前后 沿采用塑料蜂窝结构材料。 • U-2高空侦察机则采用了挡板来改变红外辐射方向.
全面发展阶段（60～70年代） ： 美国对该技术进行了有计划、有步骤的试验与研 究工作，基本上完成了隐身技术的基础研究和先期开 发工作。 • 加强对电磁散射机理和雷达截面（RCS）预估等方 面的基础研究； • 加大对雷达吸波材料的研究力度； • 建设大型试验外场、微波暗室用于测试复杂形体目标； • 开展对目标红外辐射特征的基础研究等。
技术应用阶段（80年代至今）： 进入20世纪90年代后，隐身兵器几乎应用到所有 的陆、海、空三军武器装备中，出现了隐身车辆/坦 克/装甲车、隐身舰艇和隐身飞机/导弹/鱼雷）等各 种隐身兵器。
美国国防部在1990－2000年的高技术发展计划中 ，已把发展隐身技术放在了异常突出的优先位置 ，在10多年的时间里，它竟投入300多亿美元用 以发展新型隐身侦察机、新一代隐身巡航导弹和 隐身卫星。 • 俄罗斯亦不甘落后，目前也在TY-95H战略轰炸机 、“海盗旗”战略轰炸机、米格-29、米格-31、苏 -27歼击机等作战飞机上，使用了隐身材料。采用 了多项隐身技术。
日本也正在研制TV隐身无人机、F－1隐身战斗机 日本也正在研制TV隐身无人机、F－1隐身战斗机 。英、德、意正在联合开发隐身“欧洲战斗机”； 英、法、德、意、荷五国正在联合研制ACA隐身战 斗机；以色列、印度、瑞典等国在隐身技术装备的 发展上，也取得长足的进步。
隐身飞机 第一代隐身飞机F-117
F-117 “夜鹰”隐形战斗机 外形像一个堆积起来的复杂多面体，大部分表面向后倾斜， 具有 大后掠机翼和V形垂尾。这种外形能使反射雷达波改变方向，产生 散射，敌方雷达很难收到反射信号。F－117的机身、机翼和垂尾 大量采用了玻璃纤维、碳纤维等雷达隐身材料。
B-2 通体乌黑，无机身、无前翼、无尾翼，又喜欢在若暗不明的 夜空出没，象“黑色幽灵”。 该机长约21米，翼展52.4米，高5.18米，是目前世界上最居代表 性的隐身兵器。
航程远：巡航时速970公里，作战半径8045公里（中途不加油）。 隐身性能好：采用多种隐形技术，它在雷达、红外、声音等方面 的隐形性均较好，雷达截面积仅0.3平方米，因此，当到达目标几 公里时，也不会被敌方防空系统发现。 突防能力强：在实施核攻击时，它可携带8枚战略巡航导弹和8枚核 炸弹。在实施常规作战时，它可携带16枚AGM－69常规战略导弹。 价格昂贵：这种隐形飞机是目前世界上最昂贵的飞机，单架出厂 价格就高达21亿美元。
第三代隐身飞机 采用正常式外倾双垂尾布局，成功地将隐身外形设计技术、低超 音速波阻技术、大迎角气动力技术和非定常前体涡控技术等融合 在一起，在隐身性能和机动性能之间取得了很好的折中。 F-22已经成为美国空军在21世纪的主力制空战斗机，能携载8枚空 对空导弹，并具先进航空电子传感系统， 大大提高了飞行员对周 边环境的认知能力以及在被敌方发现之前跟踪、攻击敌机的能力。 这种战机还具有较强的地面攻击能力，可在超音速飞行的情况下 精确投掷卫星制导炸弹，其速度更胜其他战斗机。
F-22腹腔曝光,腹腔打开时隐形 性能降低,是F-22最虚弱的时候
第四代隐身飞机 Ｆ－35“闪电2”隐形联合战斗机
Ｆ－３５“闪电２”隐形联合战斗机是美国研制的新一代多用途作Ｆ－３５“闪电２”隐形联合战斗机是美国研制的新一代多用途作 战飞机。它采用了隐形技术和其他高技术装备，将取代美国空军 的Ｆ－１６、海军的Ｆ－１８早期型号及海军陆战队的ＡＶ－８ 等多种机型战机。
起飞重量24000kg，最大速度2400 km/h，升限17000m，航程4000km。 采用1门30mm机炮，可以携带5000 kg武器 。 俄罗斯最新型米格-35战 机也具有较好的隐身能力
