03.06 超導技術有什麼軍用用途?

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圖注:採用全電推進的英國45型驅逐艦,其發電和電力推進系統就大量應用了高溫超導技術

目前,超導材料應用最廣泛的就是超導電機,如果研製全電推進艦艇,必然需要超導發動機和超導電動機。此外,還有超導電磁力推進,現在國際上已有3艘超導電磁推進船試驗成功。超導電磁力推進裝置是按照電磁原理設計的。在艦艇上安裝電磁鐵,在磁場和電流的相互作用下,海水向後運動。在海水的反作用力下,艦艇將獲得向前的推力。超導艦艇既不需要發動機,也不需螺旋槳,能有效消除噪音、降低紅外輻射。高溫超導材料在強電領域還有一個用途具有重要的軍事意義,那就是儲能。由於儲能線圈由超導線繞制且維持在超導態,因而損耗極小,可以用作電磁彈射器或高能武器的儲能器。

除了強電應用,軍事通信、電子探測、指揮等方面也會大量應用到高溫超導材料。比方說雷達、通訊等電子領域大量使用的一種元器件——濾波器,它的作用是消除干擾和雜訊,但目前使用的腔體濾波器無法將其完全抑制。而高溫超導材料由於電阻比金屬小3個數量級左右,具有很高的品質因數,製造的高溫超導濾波器具有損耗極小、邊帶極陡峭和帶外抑制極好的特點,濾波性能十分理想,是目前可以同時解決損耗和陡度的唯一有效方案。

圖注:高溫超導材料可用於高能脈衝武器的儲能器,用於電磁武器的發射儲能


探測和精密測量方面,超導材料也有很大用途。比如紅外探測,目前的半導體紅外焦平面陣列面臨著兩個問題:一是製造工藝;二是功耗。從製造工藝上看,半導體紅外焦平面陣列包括探測器的組合件、前置放大器和信號判讀部分,用這樣的混成結構在單一基片上製造出電學特性均勻的大面積陣列是相當困難的。而高溫超導材料由於電阻極低,其電路尺寸可以降低到普通半導體電路的1/10左右,超導線路可以完成更為複雜的線路設計和信息處理,可以更為容易地製造大尺寸的紅外焦平面陣列。

至於精密測量,拿軍事定位裝備上最常用的陀螺儀來說,機械式陀螺儀因為有機械摩擦所以會導致陀螺偏移進而導致誤差,而光纖陀螺儀雖然沒有機械摩擦,但仍有光源噪聲、光波折射產生偏移影響精度的問題。而超導陀螺則是將球形超導轉子放入高真空的球腔內,利用超導體的抗磁性,使超導轉子懸浮在空中與支撐裝置脫離接觸,成為真正的自由轉子,消除了因機械摩擦而引起的陀螺漂移,實現理想的慣性導航功能。


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用途很多。超導材料可以時間超高速,低噪音,低功率。可以用在導彈,潛艇,電磁,微波,毫米波。更直接的就是電磁炮和電磁彈射。有了高溫超導材料就可以彈射更重的飛機,發射質量更大的彈藥,可以使彈藥達到更高得初速,鋁製彈丸就能超過現有的貧鈾或鎢制穿甲彈。可以使無線通信設備(天線)更輕更小。可以製作分辨率個穿透能力更高的毫米波雷達陣列。低溫超導可以成倍率提高計算機速度。可以製造體積,質量,功率更大的電動機作為動力安裝在各類載具上。每一次人類科技的高速發展都離不開新材料。現在我國已經很重視新材料的研發和應用。任何黑科技的出現都離不開新材料的發現和應用。如果常溫超導材料被發現發明。人類科技會大幅度跨越。甚至出現我們所謂的外星科技。


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超導電工技術在軍事上的應用主要有:①超導儲能裝置。一種是利用超導線圈作儲能線圈,可在線圈中長時期儲存大量能景的裝置;另一種是利用真空中超導磁懸浮無摩擦飛輪,可長期儲存大量的機械能或電能的裝置。其儲存能量根據需要加以釋放。大型超導儲能系統(儲能1012焦)可作為陸基自由電子激光器或天基定向能武器的功率源,小型超導儲能系統可作為各種戰車的功率源。②超導電機。這種電機的體積和重量約是常規電機的一半,功率成倍增長,效率大大提高,可用作潛艇或水面艦艇的動力裝置,也可為裝甲車輛和飛機等武器裝備提供動力。③電力推進裝置。用電磁能代替化學能製成的電磁炮初速度大、動能高、射程遠、反應快、成本低、隱蔽性好,最高速度已經達到10千米/秒,但電磁炮存在質量、體積大,特別是很大的脈衝電能難以實現等問題。未來高性能武器必然以電能為基礎。一種新的電磁推進裝置是在高溫超導磁懸浮基礎上,用高溫超導推進技術,可望達到極高的推進速度。在軍事丘用作彈丸或導彈重複(冷)發射,並將具有無噪聲、隱蔽、全電控的特點。④自穩定懸浮高溫超導軸承。其摩擦係數比常規軸承的小10000倍,可用於軍用陀螺儀、儲能裝置、特種電機等。

超導電子技術在軍事上的主要應用有:①超導弱磁探測器件。超導量子干擾器、電磁傳感器和磁強計等,對磁場和電磁輻射的靈敏度比常規器件高得多,可用於軍事偵察。②超導計算機。採用約瑟夫森器件的超導計算機,運算速度比普通計算機快幾十倍,功耗減少約1000倍以上,散熱性能好。③超導高頻探測器如超導紅外探測器、參量放大器、混頻器、功率放大器等,可為空間監視、通信、導航、氣象和武器系統提供遠遠超過利用常規器件所能達到的性能。


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