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科幻走進現實——等離子體技術的軍事應用

作者:中華網軍事

作者:黃瑞鑫 武浩偉 于開一

近年來,各種科幻電影熱播,等離子體作為其中當之無愧的“明星”走進大衆視野。在影視作品中,他不僅是制造超級武器的必需品,也是拯救人類、提供能量的“大功臣”。雖然電影是科幻的,但等離子體确實是一種真實的客觀存在,而等離子體也确實有着一定超越傳統思維的“魔力”。作為一種特殊的媒體,等離子體的電磁參數主要由其電子密度和碰撞頻率決定,在不同的參數條件下,可以對電磁波的傳播産生不同的影響。利用這一獨特的電磁特性,在軍事領域的應用方面包括等離子體天線以及等離子體隐身等。可見,等離子體技術在軍事上具有很高的應用價值。現在,就讓我們來揭開它神秘的面紗。

科幻走進現實——等離子體技術的軍事應用

等離子體的制備

等離子體又稱為“電漿”或“離子漿”,是由大量正離子、負離子、電子、自由基和各種活性基團等帶電粒子構成的電中性集合體。由于這種“電漿”中的正負電荷總量相等,是以叫做“等離子體”。電影《流浪地球》中上萬台地球發動機噴口噴射出藍白色強光,形成的一根根巨型光柱,就是在核聚變形成的高能量密度實體條件下産生的高溫等離子體流。

地球上的等離子體物質遠比固體、液體、氣體物質少,但在宇宙中,情況卻大有不同。等離廣泛存在于星際空間、恒星内部、地球電離層等自然環境中,是物質存在的主要形式,占據99%以上的物質總量。

地球上等離子體雖少,卻容易人工制造。将普通氣體用射線輻照、加熱到足夠高的溫度或加強電磁場,使得氣體原子的外層電子由于運動加速或受力,而脫離原子成為自由電子。這樣,原來的中性氣體因電離,就變成了由帶正電的離子、帶負電的電子以及部分未電離的原子組成的一團均勻的“電漿”,這就是正負電荷總量相等的等離子體。比如,在化工、能源、材料和冶金等領域常見的電暈、輝光以及電弧等放電反應,均會産生等離子體。

科幻走進現實——等離子體技術的軍事應用

與軍事的極高适配性能

等離子體具有的優良的電磁性質就決定了它具有極高的應用價值,其相關技術和工藝被廣泛應用于照明、顯示、醫療、噴塗、通信及半導體器件制造等行業中。在國防和軍事領域,它更是有着極大的應用前景,甚至是一種重要的國防資源。

由于等離子體具有獨特的實體特性,等離子體天線具有許多不同于金屬天線的優點:

隐身特性。當天線關閉時,等離子體天線系統幾乎沒有金屬部件,雷達散射截面将很小,在電子戰中實作隐身,提高生存能力。

降低互耦。在陣列天線中,非工作單元與工作單元之間幾乎不會産生互耦,大幅度降低了陣列單元間的幹擾,提高了天線的性能。

輻射部件電控制。不需要改變天線的實體結構,通過改變等離子體的氣體成分和電子濃度等實體參數就可以對天線的頻率、帶寬和方向性等參數進行動态重構,實作了天線的電控。

解決大功率問題。采用高壓脈沖等離子體天線,可以解決目前微波天線設計中的大功率問題,避免了高壓燒毀饋線和天線的情況。

結構精巧。天線中的放電管可以是強度高的石英玻璃管,相對于金屬天線,玻璃制品的重量更輕,體積更小,提高了裝配效率。

科幻走進現實——等離子體技術的軍事應用

未來發展大有可為

随着等離子技術的快速發展,逐漸出現了很多等離子噴塗新技術,等離子噴塗技術的主要類型,根據電離媒體的不同可分為液穩和氣穩兩大類等離子噴塗,其中氣穩等離子噴塗又包括三種方法:低壓等離子噴塗、保護氣體等離子噴塗和大氣等離子噴塗。液穩等離子噴塗包括兩種方法:水穩和其它液穩等離子噴塗。這些不同類型的等離子噴塗技術除了以上共同的優點之外,還有各自獨特的優點。

在軍事應用方面,等離子噴塗主要用于船舶上的防腐蝕領域、航空航天裝備的耐熱和抗沖蝕性能塗層等。

低壓等離子噴塗-薄塗層技術(LPPS-TF)有低壓、可實作由液相固相和氣相固相的沉積該技術在制備新型熱障塗層(TBC)、固體氧化物燃料電池電極與電解質塗層、混合導體透氧膜和半導體器件絕緣(導電)塗層等領域具有極大的應用前景。

等離子噴塗技術在耐磨塗層、耐蝕塗層等傳統領域的應用十分廣泛,從上世紀50 年代至今,其應用領域由航空、航天擴充到了鋼鐵工業、汽車制造、石油化工、紡織機械、船舶等領域。近年來等離子噴塗技術在高新技術領域如納米塗層材料、梯度功能材料、超導塗層、生物功能塗層等方面的應用研究漸漸受到人們的重視,進入新的發展階段。

科幻走進現實——等離子體技術的軍事應用

在發展現代戰争,布局未來科技的今天,等離子體技術毫無疑問的将成為一項應用廣泛、戰略位置重要的關鍵技術,不僅僅是在日常使用上,其在軍事上的應用同樣值得我們持續關注。