书城工业科技与发展
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第18章 未来科技遐想(2)

F-22“猛禽”战斗机是当代造价最昂贵的战斗机种之一,是当今世界最强战斗机。F-22“猛禽”战斗机在机载电子设备、机动性能、武器配置方面整体领先于世界其他各种先进战机,而超音速巡航能力和隐身性能则是多数战斗机尚未能实现的能力,在指标统计上甚至根本无法量化对比。

苏-27/苏-30系列战斗机在机动性能上可以勉强和F-22“猛禽”战斗机一拼,欧洲“台风”战斗机和“阵风”战斗机在更换相控阵雷达后在电子设备上可以勉强达到F-22“猛禽”战斗机的水准,但这些飞机在其他性能方面则都要有所欠缺。尤其是F-22“猛禽”战斗机先进的隐身能力,足够将苏-27等四代战机的雷达探测距离降低到10~20千米的夸张程度,完全能够抵销四代机和四代半机的大半全部作战能力。

F-22“猛禽”战斗机更加具有优势的是其未来发展的潜力,随着新型空空导弹和火控软硬件的不断升级,再加上机体侧面相控阵部件的加装,F-22“猛禽”战斗机的发展仅仅是刚刚开始。

2.B-2隐形轰炸机

B-2隐形战略轰炸机是冷战时期的产物,由美国诺思罗普公司为美国空军研制。1979年,美国空军根据战略上的考虑,要求研制一种高空突防隐形战略轰炸机来对付苏联90年代可能部署的防空系统。1981年开始制造原型机,1989年原型机试飞。后来对计划作了修改,使B-2隐形战略轰炸机兼有高低空突防能力,能执行核及常规轰炸的双重任务。

B-2隐形战略轰炸机是目前世界上最先进的战略轰炸机,也是唯一的大型隐身飞机。其隐身性能可与小型的F-117隐身攻击机相比,而作战能力却与庞大的B-1B轰炸机类似,续航时间比先前的机种的持续时间都长的多。若以重量计,B-2隐形战略轰炸机的重量单位价格比黄金还要贵两至三倍(最初装备时),成为单价最贵的作战飞机。

B-2隐形战略轰炸机最主要的任务即是担任美国空军的穿透攻击任务,在战争中深入敌方领土进行包括投掷核子武器等各式攻击行动。这架全翼机型的轰炸机不但融合了各式低视度科技与高效能的气动力设计,更可以携带大量酬载,使它的性能遥遥领先所有先前的轰炸机型。它的低视度设计使B-2可以自由的飞行于高空,以增加其传感器之有效距离与作战航程。

3.T-50隐形战斗机

俄罗斯第五代战机T-50为单座双发重型战机,具备隐身性能好、起降距离短、超机动性能、超音速巡航等特点,能实现飞行性能和隐身性能的良好结合。

T-50隐形战斗机,是由俄军机制造巨头“苏霍伊”公司主导研制的。通过此前流传的T-50隐形战斗机图像和俄官方声明,可以初步断定,T-50隐形战斗机是一款重型双发歼击机,最大起飞重量32~35吨。由于其机翼载荷要低于美国的第四代战机F-22“猛禽”,再加上气动布局独特、机身本身可产生升力,这使得T-50隐形战斗机的机动性能要优于“猛禽”。在隐身性能方面,T-50隐形战斗机也不比“猛禽”逊色。机头、机舱、进气管等都采用了独特的形状设计,保证了对雷达波的低可探测性。为增强隐身效果,武器舱采取内置方式。拥有至少两个大型武器舱,主要用于装载超大、大型和中型空空导弹,整个武器舱室几乎是飞机容量的1/3。如执行战斗任务不需隐身时,T-50隐形战斗机可外挂智能炸弹及导弹。

T-50隐形战斗机明显地和F-22隐形战斗机有很多相像之处,但也继续了很明显的苏-27战斗机的特色。T-50隐形战斗机力图在隐身、超音速巡航、机动性方面达到较好的平衡,在气动设计上结合了F-22战斗机和苏-27战斗机的特点,而不是简单的抄袭F-22战斗机或者简单的苏-27战斗机的升级。

空中指挥平台——预警机

预警机,是为了克服雷达受到地球曲度限制的低高度目标搜索距离,同时减轻地形的干扰,将整套雷达系统放置在飞机上,自空中搜索各类空中、海上或者是陆上目标。借由飞行高度,提供较佳的预警与搜索效果,延长容许反应的时间与弹性。

空中预警管制机除提供早期预警的功能之外,还提供频繁指挥和控制功能,类似机场交通管制和其他部队的军事指挥。空中预警机比较常见的是以客机或者是运输机改装而来,因为这类飞机的内部可使用空间大,能够安装大量电子与维持运作的电力与冷却设备,同时也有空间容纳数位雷达操作人员;也有国家以直升机作为载具,不过这一类的空中预警机的效果不如以中大型机体改装而来的机种。

空中预警机借由飞行高度,提供较佳的预警与搜索效果,延长容许反应的时间与弹性。不过空中预警机搭载的人数与装备的限制,除了提供早期预警的功能之外,最多可以另外提供非常有限的空中指挥与管制的能力。以大型飞机改装,容纳更多电子设备与指挥管制人员的空中预警管制机可以算是空中预警机的放大与强化版。除了将雷达系统放置在飞机上以外,空中预警管制机可以强化或者是替代地面管制站的功能,直接指挥飞机进行各种任务。

预警机虽然监视范围大、指挥自动化程度高、目标处理容量大、抗干扰能力强、通常远离战线、纵深部署、执勤时有歼击机掩护,工作效率高。但它也存在着许多弱点:飞机体型较大,雷达反射截面积大,利于雷达发现和跟踪,行迹容易暴露;机动幅度小,机载雷达只有在飞机转弯坡度小于10度的条件下,才能保证对空的正常搜索,且下视能力弱于上视能力;巡航速度慢,机上没有攻击武器,自卫能力弱;电子防护能力弱,工作功率较大,极易对方探测,电子干扰和反辐射导弹攻击;技术复杂,作战操纵不便。因此,预警机的发展始终围绕着克服自身弱点而进行。

世界上主要的几款预警机:

(1)E-3预警机

E-3“望楼”预警飞机是一种具有下视能力的全天候远程空中预警和控制飞机,它不仅可搜索监视水上、陆地和空中目标,而且可以指挥引导己方飞机作战。1963年美国空军防空司令部和战术空军司令部提出对空中预警和控制系统的要求,1966年分别与波音公司等公司签订了飞机和雷达系统的研制合同,随后又以波音707为基础制造了3架原型机,这就是E-3预警机的前身。1975年E-3的第一架原型机试飞,1977年第一架生产型交付使用。

E-3的主要型别有A、B、C、D四种。E-3A为美军的首批生产型,其机体与波音707基本相同,但机舱内作了很大的改动。机载设备可分成搜索雷达、敌我识别器、数据处理、通信、导航与导引、数据显示与控制等6个部分。其中脉冲多普勒雷达可以根据不同的作战条件把360度方位圆划分成32个扇形区,分别在每个扇形区内选用恰当的工作方式组合,排出雷达扫描工作程序,以适应下视、超地平线远程搜索、海上目标搜索和干扰源方位测定等不同作战任务的需要。在9000米高度上作值勤巡航时,E-3A能以不同雷达工作方式,有效地探测半径370千米范围内的高空与低空空中目标和水上目标,并能通过舰艇和车辆上的应答器获取已方部队展开情况。系统目标处理容量大、抗干扰能力强,能同时处理400到600个不同目标。

E-2B是美军用的头两架E-3改进发展的,与A型比提高了目标处理能力并具有搜索海上舰艇的能力;E-3C和E-3D是给北大西洋公约组织及英国空军的型号,基本与E-3B相同,但为适应欧洲作战环境改装了抗干扰通信系统。

(2)A-50预警机

A-50空中预警飞机,主要用于配合米格-29、米格-31或苏-27执行防空或战术作战任务,可以提供对陆地和海上的空中预警、指挥和控制能力,于1986年开始装备部队。A-50是选用大型喷气运输机伊尔-76改装成载机的。该机机身上方装有一个直径9米、高2米的全方位旋转雷达天线罩;前机身上面装有卫星导航和通讯天线;机头下方装有地形测绘雷达;机腹两侧的天线罩内为电子对抗监视天线。机上装有先进的计算机数据处理系统,可以标示、记录雷达接收到的信息,并对所获得目标的数据进行处理和分析。

(3)“费尔康”预警机

除了美国和俄罗斯以外,只有少数国家拥有研制预警机的能力,而以色列就是其中之一。“费尔康”预警机就是以色列飞机公司与其下属的ELLA公司于20世纪80年代末联合研制的一种全新概念的预警机,它由波音707客机改装而来,某些性能甚至超过了美、俄预警机。“费尔康”预警机采用了有源相控阵雷达及飞机外皮与天线阵融合为一体等新技术,不像E-3预警机那样采用机背圆盘天线整流罩,与传统的预警机相比,“费尔康”预警机安装了6个格板型相控阵L波段保形雷达,可360度全方位覆盖。

量子通信技术的应用

量子通信的简介

所谓量子通信是指利用量子纠缠效应进行信息传递的一种新型的通讯方式,是近二十年发展起来的新型交叉学科,是量子论和信息论相结合的新的研究领域。量子通信具有高效率和绝对安全等特点,是此刻国际量子物理和信息科学的研究热点。

由于人们对纠缠态粒子之间的相互影响一直有所怀疑,几十年来,物理学家一直试图验证这种神奇特性是否真实。

1982年,法国物理学家艾伦·爱斯派克特和他的小组成功地完成了一项实验,证实了微观粒子“量子纠缠”的现象确实存在,这一结论对西方科学的主流世界观产生了重大的冲击。从笛卡儿、伽利略、牛顿以来,西方科学界主流思想认为,宇宙的组成部份相互独立,它们之间的相互作用受到时空的限制。量子纠缠证实了爱因斯坦的“幽灵”——超距作用的存在,它证实了任何两种物质之间,不管距离多远,都有可能相互影响,不受四维时空的约束,是非局域的,宇宙在冥冥之中存在深层次的内在联系。

在量子纠缠理论的基础上,1993年,美国科学家贝内特提出了量子通信的概念。量子通信是由量子态携带信息的通信方式,它利用光子等基本粒子的量子纠缠原理实现保密通信过程。量子通信概念的提出,使爱因斯坦的“幽灵”——量子纠缠效益开始真正发挥其真正的威力。

1993年,在贝内特提出量子通信概念以后,6位来自不同国家的科学家,基于量子纠缠理论,提出了利用经典与量子相结合的方法实现量子隐形传送的方案,即将某个粒子的未知量子态传送到另一个地方,把另一个粒子制备到该量子态上,而原来的粒子仍留在原处,这就是量子通信最初的基本方案。量子隐形传态不仅在物理学领域对人们认识与揭示自然界的神秘规律具有重要意义,而且可以用量子态作为信息载体,通过量子态的传送完成大容量信息的传输,实现原则上不可破译的量子保密通信。

1997年在奥地利留学的中国青年学者潘建伟与荷兰学者波密斯特等人合作,首次实现了未知量子态的远程传输。这是国际上首次在实验上成功地将一个量子态从甲地的光子传送到乙地的光子上。实验中传输的只是表达量子信息的“状态”,作为信息载体的光子本身并不被传输。

经过二十多年的发展,量子通信这门学科已逐步从理论走向实验,并向实用化发展,主要涉及的领域包括:量子密码通信、量子远程传态和量子密集编码等。

量子计算

曾创作出《侏罗纪公园》和《失去的世界》等作品的著名科幻作家迈克尔·克莱顿,在科幻小说《时间线》中曾尝试用文学的笔调来想象量子计算的神奇。其中,一家名为“国际技术公司”的经理们如此推销其眼中的高新科技:“普通的计算机用电子的两种状态计算,这两种状态被定为0和1。但在20年前,理查德·费曼就提出,有可能利用电子所有的32个量子态来进行快速计算。现在有诸多实验室正在试图制造这样的计算机。它们的优点是难以想象的、强大的并行计算能力。”

作为科幻作品,克莱顿的小说中充斥着“量子多宇宙”、“量子泡沫虫洞”、“量子运输”、“量子纠缠态”等令人既感新奇又感陌生的词汇,书中的“电子的32个量子态”说法也并不科学。然而,克莱顿预言的量子“并行计算”的强大潜力和美好前景,如今却正在现实世界一步步得到印证。

具体而言,1965年,英特尔公司的创始人之一戈登·摩尔针对电子计算机技术的发展提出了“每18个月计算能力翻倍”的摩尔定律。然而,由于传统技术的物理局限性,这一能力或将在未来10~20年之内达到极限。据保守估计,2018年芯片制造业就将步入16纳米的工艺流程,业内专家则认为,16纳米制程已经是普通硅芯片的尽头。事实上,当芯片的制程小于20纳米之后,量子效应就将严重影响芯片的设计和生产,单纯通过减小制程将无法继续遵循摩尔定律,而突破的希望恰在于量子计算。