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发信人: marry (分手总要在雨天), 信区: Green
标  题: 纳米科技在军事领域的应用(转载)
发信站: 哈工大紫丁香 (2002年06月11日19:48:01 星期二), 站内信件

【 以下文字转载自 Aero 讨论区 】
【 原文由 bage 所发表 】
中国航天2002年第5期 

纳米科技在军事领域的应用
□ 裴晓亮
　　纳米材料
　　纳米材料将首先广泛地应用于军事领域。其中如纳米隐身材料已进入实际应用阶段
。美国在1999年就已研制出超黑粉纳米吸波材料，这种材料对雷达波的吸收率大于99％
。日本用二氧化碳激光法研制出一种在厘米和毫米波段都有很好吸波性能的硅/碳/氮和
硅/碳/氮/氧复合吸收剂。法国成功地研制出由钴镍纳米材料与绝缘层构成的复合材料。
这种由多层薄膜叠合而成的结构具有很好的磁导率和吸波性能。在纳米材料基础上发展
起来的智能隐身材料是由纳米材料与纳米传感器、纳米计算机组合而成的一种新型材料
。它同时具有感知功能(信号感受功能或传感器功能)、信息处理功能(纳米计算机)和对
信号做出最佳响应的功能(作动器功能或执行功能)，并具有自动适应环境变化的优点。
据报道，国外正在研究一种用于卫星隐身的灵巧材料，它采用微型作动器和马达作为肌
肉，用传感器作为神经中枢和存储器，通过计算机网络控制材料对环境或威胁作出响应
。预计未来5年内，这种新型隐身材料将广泛应用于飞机、导弹等武器系统，促使飞机、
导弹的生产和飞行控制方式发生根本性变化，使隐身武器能够实现自检、自监控、自修
复、自校正和自适应，使武器系统真正实现自动化和智能化。
　　其它纳米材料，如纳米陶瓷也已进入实际应用。纳米二氧化钛陶瓷在室温下可以弯
曲，塑性变形高达100％。纳米陶瓷克服了传统陶瓷韧性差、不耐冲击的弱点，可用于制
造军用涡轮发动机的高温部件，可以提高发动机的效率、工作寿命和可靠性。纳米陶瓷
具有高活性、高断裂韧性和耐冲击的性能，可有效提高主战坦克复合装甲的抗弹能力，
增强速射武器陶瓷衬管的抗烧蚀性和抗冲击性。
　　2001年碳纳米管技术取得了新的进展。日本将于2003年4月建成一座年产120吨碳纳
米管的工厂，碳纳米管的价格将会直线下降。今后几年定会迎来碳纳米管应用的大发展
。用现在已能制造的纳米管“编织”的微细纤维，具有非常好的纤维弹性，不怕弯曲、
穿剌、挤压，有望做成超轻防弹背心。另外，还可利用碳纳米管对波的吸收、折射率高
的特点，以及其耐高温、导热快的特点作为特殊的隐身材料广泛应用于高超音速隐身飞
机和导弹。在航天领域，利用其良好的热学性能，添加到火箭的固体燃料中，还可使燃
烧效率更高。
　　综合应用纳米材料及纳米技术的实际军用产品是将于2003年进入陆军的军装。美国
陆军内蒂克士兵中心的科学家正在开发新一代采用纳米技术的军装。新军装可以透气，
能够探测到生化武器的攻击，并自动采取相应的防护措施。这种防生化军装将在两年后
问世。未来的更新一代的军装还将装备有传感器纤维、生命管理系统和微型计算机，并
能够根据周围环境的色彩改变军装颜色，对内可以防止人体的红外辐射，对外能够挡住
子弹。不仅如此，这种军装还能够吸收各种怪味并把他们“锁住”，直至遇到肥皂水，
再将怪气味释放。士兵的内衣、袜子等如果用这种纤维制成，将可以长时间不用清洗。
这无疑会大大改善野战士兵的卫生条件。
　　纳星的军事应用
　　美国宇航公司于1993年首次提出了纳星的概念。纳星不仅是一个重量的概念（10公
斤以下），最主要的是纳星在结构设计和功能应用上从根本上区别于微小卫星。到目前
为止，现有的纳星还没有采用纳米技术，而是大量采用建立在现有技术水平上的微电子
机械系统（MEMS）。纳星有如下几个特点：
　　1．纳星是以微机电一体化系统MEMS技术和由数个MEMS组成的专用集成微型仪器（A
SIM）为基础的一种全新概念的卫星。纳星采用多重集成技术，利用大规模集成电路的设
计思想和制造工艺，不仅把机械部件像电子电路一样集成起来，而且把传感器、执行器
、微处理器以及其它电学和光学系统都集成在一个极小的空间内，形成机电一体化的具
有特定功能的卫星部件或分系统。
　　2．采用分散的星座式结构，由多颗卫星组成卫星阵列完成一个总体功能。如在太阳
同步轨道的18个等间隔轨道面上各自以一定的方式等间隔地分布排列功能不同的36颗纳
米卫星（共计648颗），就可保证在任何时刻都能覆盖地球上任一点，相当于3颗同步观
测地球卫星的功能。采用分布式的星座结构可使卫星系统的可靠性大大地提高。卫星可
以分批多次发射。其中某一部分失效后，很容易利用新发射的其它卫星将他们替换，承
受大的经济损失和系统失败的风险几乎为零。从军事上说，分散布置使系统的生存能力
提高。纳星在战时应急通信、侦察和星座组网应用方面具有极大的优势。
　　3．由于纳星重量很轻，可以不使用高成本的大型运载工具进行发射，其发射成本可
比一般卫星大大降低。
　　4．大批量工业化生产。纳星采取的集成设计方法使得设备更加轻巧坚固，可靠性得
以提高，而且可以进行工业化的大批量生产，从而明显降低纳卫星及其部件的造价。
　　5．纳星的研制将不再需要大型的实验设施和高跨度厂房，从而可以在大学研究所的
实验室里进行研制，这也降低了它的研制费用。目前，许多纳星都是在大学实验室中研
制出来的，其应用性能正在不断改进。
　　美国空军和航宇局正大力支持美国大学的纳星研究计划。美国大学纳星研究计划是
美国军用纳星技术开发的一个重要组成部分，特别是编队飞行是纳星进入实际应用的关
键。估计美国可在5年后使纳星进入实际应用。一旦纳星全面用于军事目的，则将从根本
上改变军事力量的对比。谁能够掌握纳星技术，谁将拥有太空。
　　纳星武器的优点
　　1．纳星编队的特点决定了其具有最大的生存性。在轨的数百颗卫星，即使有一半以
上被破坏，仍然不会影响其功能。
　　2．具有更高的价格功能比。目前每颗纳星的价格大约为50万美元，但如能大批量生
产，则价格将下降到十分之一。完成同样的功能，可以比目前的大卫星节省90％以上的
费用。
　　3．批量部署的纳星重量只有1公斤，一次可以发射数百颗纳星，入轨后可立即开始
工作。其工作寿命目前只能达到6个月到1年，但未来的纳星寿命肯定会有所延长。正由
于其重量轻、成本低，所以可以随时补充发射，以替换原来的卫星。
　　4．采用分布式系统，其软件可以不断更新。从地面或太空站改变其应用软件，就可
以改变其功能。
　　5．在未来10～15年以后，我们可以设想，美国空间站将有能力在空间自动化地批生
产和组装纳星乃至皮星。
　　纳星武器的功能
　　1．代替目前的大型卫星，向地面和空间提供全球信息，如全球相控阵雷达监测、全
球立体摄像、全球通信监测网等，从而实现对全球任何国家的实时、全面监视。
　　2．近距侦察各国发射的卫星，甚至可以吸附在别国卫星之上，随时监视其运行，截
获信息，在地面指挥下随时阻止其工作（目前美国的政策是阻止卫星工作而不是破坏卫
星本身，因为攻击卫星本身是战争行为，但破坏其工作则不然，更不可能为敌国所发现
）。
　　3．在发生战争时，可以在第一时间，一举破坏敌对国家的所有卫星系统，保卫自己
的卫星、空间站。在敌方导弹或太空武器攻击时，可就近拦截，“以身殉职”，与敌人
同归于尽。
　　纳型飞行器与传感器
　　纳型飞行器主要是指在地面的微纳型飞行器，其主要目的还是用于侦察，有效载荷
大多是传感器。微纳型飞行器像纳星一样，并不是完全采用纳米技术制造的传感器。目
前研制的飞行器还只能算作是微型飞行器。在这方面还没有像卫星一样做出新的分类定
义。美国最初采用的微纳型传感器是以生物体作为载体，因为当时的技术还不足以制造
出如此微小的飞行器。
　　据报道，早在越南战争期间，美军就已经利用臭虫的特性，使其充当微型探测器的
运载工具了。美军将经过特殊改装的“臭虫探测器”，撒布在越南北方茂密的丛林之中
。臭虫对人体的汗味特别敏感，投到丛林，就会马上到处寻找各自的攻击目标。这些臭
虫一旦爬到越南人民军身上吸血时，背上的超微型无线电发射器便会发出信号，引导美
国轰炸机和攻击机对发出信号的地区实施轰炸。如果以上报道属实，那么美军在上世纪
60年代就已具备了比臭虫还要小的微型无线电发报机。这可以算作是纳米电子的先导了
。1997年，日本东京大学曾在电视台公开展示了一个背有微型摄像机和通信系统的蟑螂
。在蟑螂的大脑中插有两个微电极，通过电流剌激可以控制蟑螂的行走方向。因此，蟑
螂可以在人的遥控下变换角度进行拍摄。同时，他们也在黄蜂身上进行了同样的试验。
目前5年已过，在生物与纳米电子结合研究领域一定会有新的进展。
　　随着MEMS和纳米技术的不断进展，各国军方正设想研制全机械式的类似臭虫一样大
小的微型飞行器。德国前些年就已研制出只有黄蜂般大小的直升机。这些昆虫状的飞行
器能通过较小的缝隙飞入室内，并沿着墙壁缓缓飞行而不易被人发现。而美国军方希望
能研制出一种平时装在士兵的背包里，一旦需要便能将它释放出去的简易小型飞机，可
以飞越小山进行侦察，并且能够探测地雷和生化物质。此外，美军方还希望开发出多种
小型或微型作战武器，例如小型巡航导弹、攻击雷达等。而这些新武器的开发离不开纳
米材料和纳米器件。一旦纳米技术高度成熟，以此制造的微型或超微型飞机，机身长度
将只有几毫米到十几毫米。
　　据报道，美国在两年前就已研制出的新一代“黑寡妇”微型飞机，重量只有7克。它
带有电脑、摄像机、传感器、激励器和GPS定位装置以及信息传输的上行及下行通道。2
001年10月，美国加利福尼亚大学伯克利分校又开发出一种新型侦察用探测器。该探测器
目前可装进一个阿斯匹林药片大小的塑料容器内，可用于侦察附近敌方部队的活动情况
。这个名叫“智能灰尘”的探测器由美国国防高级研究项目局资助。“智能灰尘”使用
微电子机械系统技术设计，能够通过飞机散播到敌方公路和阵地上。以电池为能源的“
智能灰尘”内装有感应器，能够感应到敌方的活动，并把得到的信息传送回总部。为了
检测“智能灰尘”的效果，2001年3月研究人员在南加州的沙漠中进行了试验。他们用一
架小型遥控飞机携带6枚胡桃大小的粉红色塑料蛋，每枚“蛋”中装有磁场探测器、短程
无线电发报机、天线以及由微操作系统控制的低能耗微处理器。遥控飞机飞至距地面约
2公里高时，投下塑料蛋。当有汽车通过时探测器可将汽车的位置、速度和方向传送给上
方盘旋的遥控飞机，飞机再把信息送回总部。加州大学伯克利分校负责研究这一项目的
克里斯·皮斯特教授说：“下一代‘智能灰尘’将只有5立方毫米大小，最终将会缩小到
1立方毫米以内。
　　分子传感器
　　传感器中能够达到分子精度的还只能是采用纳米技术研制成功的探测系统。美国圣
迪亚实验室用自组装方法研制出一种表面巨大、具有完全规则纳米结构的超薄涂层，孔
隙被设计成允许一定尺寸的分子通过。这种涂层可以用作化学传感器，检测分子的灵敏
度比普通材料高500倍。还有人在开发一种具有活性孔隙的纳米材料，孔隙随条件变化开
闭，可用作战场有毒剂量检测装置。
　　英国克兰费尔德大学生物技术中心和莱斯特大学空间研究中心的两名科学家也利用
纳米技术开发了一种新的生物传感器。它将用于未来的火星探测任务。这种传感器将安
装在火星登陆的机器人上，负责探测火星上是否有生命迹象。探测器由聚合物制成，其
表面有一些空穴。空穴的形状和大小正好与某些分子相符，因此可以探测出火星上是否
存在一些由生物产生的分子。这种探测器的特点是稳定性能极好，既可以承受宇宙和火
星的环境条件，又可经数百万年而性能不变。这种探测器只是火星着陆器2号所采用的多
种纳米技术中的一种。这种传感器开外星分子生物传感器之先河，将会导致开发出一系
列能够在恶劣自然条件和工业环境下工作的分子传感器。
　　分子传感器用于军事领域，可以制成最高灵敏度的探测器，如在百公里外就可嗅到
坦克的柴油气味，在百米内可以探测到人行动时产生的地面振动和人体的红外辐射，在
几十米外可以探测到人的心脏的跳动。这样的传感器可在阵地前沿或重要的设施周围形
成一条任何人都无法逾越的控制带。另外，分子传感器还可以个性化，像猎犬一样记住
某个人的气味，实现千里追踪。与其它各种传感器配合使用时，它可安装在各种武器的
导引头上，制成微型个人攻击器，根据敌军指挥员的特有气味（如某种牌子的香水、香
烟、体味等）对其发动个人攻击。
　　纳米生物战
　　美国受到恐怖袭击后又受到炭疽孢子的攻击。生化武器成为恐怖袭击的最危险的武
器。纳米技术在这方面将会发挥最大的作用。美国密歇根大学生物纳米技术研究中心的
科学家已研制出了可以消灭人体中的“敌人”，包括致命生物武器——炭疽病菌孢子的
纳米颗粒。在军队中进行的试验表明，这些纳米颗粒的成功率达到100％。另外，这些颗
粒在民用方面也取得了惊人的成功。例如，只要将酱油、溶剂、洗净剂以及水的纳米微
粒比率稍作改变，就可以用来杀死导致流行性感冒和疱疹的臭虫。现在，密歇根大学的
科学家们正在研制新的、更为聪明的并且可以随便选用的纳米颗粒。
　　在“9·11”事件之后, 美国研究人员已发现，把可食用的最普通的水和油进行纳米
级混合之后形成纳米乳液，就可以成为最好的消毒剂。纳米乳液可以溶解细菌和真菌的
细胞膜，因此可以杀灭各种菌类，包括炭疽病菌的孢子。由于纳米乳的成分都是可食用
的物质，没有任何毒性，是一种非常有前景而且安全的杀菌剂。□

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