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交流发言

高温超导引领未来军事革命

发布: 2020-07-01 09:03:22   阅读: 次 【   

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这样的话,现代信息战武器装备(如预警飞机、雷达、电子战设备、导弹制导部件等)中,使用高温超导滤波器替代普通滤波器,就可以大幅度地提高接收机的灵敏度和选择性,增强抗干扰能力,加长预警时间,减小发射机功率,提高制导精确度,增加末端制导距离等。目前,国外已将高温超导滤波器应用于雷达、军事通信和导弹制导等方面,使现代武器装备的性能提高到了一个全新的水平。

而在探测和精密测量方面,超导材料也有很大用途。比如红外探测,目前的半导体红外焦平面列阵面临着两个问题:一是制造工艺;二是功耗。从制造工艺上看,半导体红外焦平面阵列包括探测器的组合件、前置放大器和二维的信号判读部分。用这样的混成结构在单一基片上制造出电学特性均匀的大面积列阵是相当困难的,而且很难要求结构小于100 μm2,因此,对于100×100以上元数的器件就必须是镶嵌的组合件。而采用高温超导材料由于电阻极低,因此其电路尺寸可以降低到普通半导体电路的1/10左右,因而在一定面积上,超导线路可以完成更为复杂的线路设计和信息处理,可以更为容易地制造大尺寸的红外焦平面阵列。再加上高温超导材料的低功耗和对磁场和电磁辐射的敏感特性,因此制造出的超导红外探测器,具备高集成密度、低功耗、高探测灵敏度和作用距离远等优点。而且具备一般可见光和红外探测系统所不具备的全天候以及穿透烟云的探测能力,并能提供对低特征目标的探测能力,可广泛应用于天文探测、光谱研究、远红外激光接收、军事光学、航天器的相控阵天线、反潜武器和水雷探测等领域。

至于精密测量,就拿军事定位装备上最常用的陀螺仪来说,机械式陀螺仪因为有机械摩擦所以会导致陀螺偏移进而导致误差,而光纤陀螺仪虽然没有机械摩擦,但仍有光源噪声、光波折射产生偏移影响精度的问题。而超导陀螺则是将球形超导转子放入高真空的球腔内,利用超导体的抗磁性,使超导转子悬浮在空中与支撑装置脱离接触,成为真正的自由转子,消除了因机械摩擦而引起的陀螺漂移,实现理想的惯性导航功能。可应用于大型舰船、核潜艇、飞机等装备的制导系统。

超导材料可有效提高通信系统性能

记:高温超导技术如何提高有线和无线通信性能?

蔡:在目前的技术条件下,高温超导电缆的传输损耗是传输功率的0.5%左右,比常规电缆5%~8%的损耗低得多。而且由于省去了电一光转换和光电转换,因此超导电缆传输信息的响应速度要高于光纤系统,而且损耗极低,可以省去每3~4千米就要设置的信号放大器,使用方面比光纤更为灵活,可用于国防通信网络的布设。

军用无线电方面,利用超导材料制作的无线电发射机和接收机,不仅灵敏度高、频带宽,而且可减小天线的尺寸和重量,提高系统的生存(适应)能力。比如英国伯明翰大学设计制成的世界上第一台超导无线电发射机,其发射距离比常规发射机增大10倍,但功耗降低数倍。超导材料也是制造通信卫星的理想材料,它可以提高信息处理速度,并可使频率响应时间缩短一半。利用超导材料制造卫星天线,其效率可提高90%。

而在雷达系统方面,目前,新一代超导雷达也正在研制之中,其大线、发射机、接收机、稳频源、信号模拟器、滤波器等电子器件全部是采用高温超导材料制作而成的,具有低功耗、低噪声、宽频带、高灵敏度、高可靠性以及体积小、重量轻等优点。用于雷达系统的超导电子器件,可使雷达频谱扩展上百倍,作用距离提高一个数量级。

军事指挥和控制现代军事指挥和武器控制,需要高速地处理大量信息。采用具有零电阻特性的超导材料制作计算机,由于功耗减小,电路产生的热量可以忽略不计,运算速度大大提高,而且体积和重量可大幅减小。日本富士通公司研制成功的4位超导微处理机,与采用砷化镓技术的同类处理机相比,速度快10倍,功耗只有后者的1/500。据称,若采用超导材料制作计算机,目前的亿次巨型计算机可制成只有微型个人计算机那么大。这种微型高速计算机的应用,必将大大提高军事指挥效率,同时也可提高武器制导系统的性能。

我国的高温超导研究

记:高温超导材料在军事领域原来有这么多的作用,那我国的高温超导技术目前是一个什么水平?

蔡:我国在超导领域的研究中,超导材料也经历了从低温到高温,第一代材料已经研究成熟,第二代材料由于其成本低更适用于产业化运作而被广泛应用,超导产品品类也是逐渐增加。总的来说,少数尖端技术上与国际尚有一定差距,但大部分领域的研发已经处于国际先进水平。

记:我国都研制有哪些高温超导材料?

蔡:我国在铋系带材、铊系和钇系大面积双面薄膜、钇系准单畴块材以及钇系新型涂层带材等方面与国际水平相当或相近,在前驱粉制备、线(带)材加工工艺和热处理等方面具有独立的技术和知识产权。

比方说在铋系高温超导带材方面,已先后建成年产200千米的生产线,为我国超导应用技术产业化提供了必要的材料基础。这种高温超导线料300米长的临界电流接近90安培,达到国际先进水平,在满足国内需求的同时,产品还出口到韩国、欧洲等国家和地区。

而在大面积双面高温超导薄膜方面,中科院物理所和北京有色金属研究总院也分别实现了2英寸钇系薄膜的批量制备,其表面微波电阻降低到1mΩ以下。由于高温超导薄膜除了应用于超导滤波器子系统外,在其他许多电子学器件,如谐振器、传输线、延迟线、移相器、耦合器、天线等中都有广泛的应用。这些器件可以降低超导器件在微波和更高频率下的应用低通讯的信号损耗,提高接收机的灵敏度,对军事应用具有重要价值,因此高温超导薄膜是我国目前发展的重点。

我国在高温超导材料上技术水平最高的是高温超导单畴块材,不仅达到世界一流水平,且拥有材料制备工艺的知识产权,我国研制的世界首辆载人高温超导磁悬浮实验车,就是用自研的钇系高温超导材料制造出来的。

记:我国超导产业的未来发展前景如何?

蔡:前景非常好,预计到2020年,我国超导产业的产值将超过200亿美元,超导电力技术、超导通讯技术、超导测量器件都将得到广泛应用,形成较大规模并有较强国际竞争力的超导材料产业,将占据国际超导市场的10%以上。

记:我国的高温超导技术在军事上应用的如何?

蔡:超导技术在军事领域中的应用具有极为突出的优点和不可取代的作用。因此,各主要发达国家都非常重视超导技术的军事应用研究和发展,我国也不例外。这些年,我国在超导领域是既重视超导技术的民用研究,更重视超导技术的军事应用研究,很多超导材料和技术都被应用在新研制的军事科技和设备上,我国近年来各种新装备层出不穷,可以说超导技术也是尽了一份力的。

记:谢谢蔡总接受我们采访!

 

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