中国接连亮出黑科技:一神器彻底颠覆西方认知

时间:2015-09-17 编辑:九秦军事网 来源:

  从最巨大的轮船、飞机到最微小的纳米机器人,从最坚硬到最柔软的材料……人类一直在努力创造着、打破着各种世界之最。

  这不,2013年,“世界上最轻的材料”这一纪录被我国科学家打破后。

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  2015年,我国再次刷新纪录,制造出0.12毫克每立方厘米的最轻材料。那么,这些超轻的材料有什么作用呢?

  凝固的烟

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  这种世界上最轻的材料叫气凝胶。气凝胶其实并不是最近才有,早在1931年,人们就用二氧化硅制造出了它。气凝胶的内部有很多孔隙,孔隙里面充满空气,所以非常轻。为了形容它的轻,人们还给它取了一个外号——凝固的烟。

副标题

  2011年,美国科学家以镍材料做出的气凝胶,成为了当时世界上最轻的材料。

  在真空中,1立方厘米的这种气凝胶只有0.9毫克重,比空气还要轻。

  然而,作为世界上最轻的材料,它的纪录还没保持多久,就被打破了。

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  2012年,英国和德国的几位科学家研制出了全球最轻的气凝胶,他们还给这种气凝胶取了一个非常酷的名字,叫作“飞行石墨”。1立方厘米的“飞行石墨”只有0.18毫克重。

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  超轻“碳海绵”

  2013年3月,我国浙江大学的一个研究小组,利用碳纳米管和石墨烯制备出了一种超轻气凝胶,取名为“碳海绵”。它有多轻呢?在真空中,1立方厘米的碳海绵只重0.16毫克,而相同体积普通空气的重量是它的7倍左右,比同体积的氦气还要轻。

  碳海绵如此的轻,它是怎么做出来的?

  在电子显微镜下,可以看到碳海绵里面有大量的碳纳米管和石墨烯,正是这两种物质共同支撑起了那无数个小孔隙。就像大型的体育场馆一样,先用钢筋做支架,再用高强度的薄膜做墙壁。而碳海绵,就是利用碳纳米管做支架,石墨烯做墙壁。

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  以前,科学家虽然能制备气凝胶,但由于工艺的缘故,难以批量生产。而现在,我国发明的新工艺,可以批量生产碳海绵。

  纤维气凝胶

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  追求最轻的材料,科学家们没有止步。2015年,我国东华大学的俞建勇院士、丁彬教授带领的纳米纤维研究团队在超轻纤维材料研究上获新成果,他们利用普通纤维膜材料开发出了一种超轻、超弹的纤维气凝胶,经中国计量认证结果显示,这种纤维气凝胶的固态材料密度仅为0.12毫克每立方厘米。这比我国之前研制的碳海绵还要轻0.04毫克每立方厘米。

  气凝胶可以作为激光材料以及各种服装或者是航空航天方面的材料。特别的是我国的863项目的激光技术就在研究这个。而且有报道说外军的新型军服有使用他做填充材料,因为强度大。

  最轻材料可以用来做什么

  一、清理石油污染

  气凝胶所采用的材料不同,用途也会不同。像浙江大学研制的那种名叫碳海绵的气凝胶,弹性很好,被压缩80%后还可以恢复原状。它对油具有超快、超高的吸附力,是目前吸油能力最强的材料。现在的吸油产品,一般只能吸收自身重量10倍左右的油,而碳海绵的吸油量是它自身重量的250倍,最高可达900倍,神奇的是,碳海绵只吸油不吸水。

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  二、吸附星际尘埃

  处理石油污染只是碳海绵的一个用处,早在1999年,美国航空航天局就利用气凝胶的特性,用它来吸附星际尘埃。

  在“星尘号”上,安装有一个气凝胶样品采集器,主要用来吸附彗星尘埃和星际尘埃。

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  当“星尘号”探测器穿过彗星尘埃时,彗星尘埃的速度很快,约为6.1千米每秒,这差不多是步枪子弹初速的9倍。如果用常规方法收集这些尘埃粒子,由于过快的冲击速度,彗星尘埃的的外形和化学结构会发生变化,有的甚至会完全被汽化。

  为了在收集时不破坏它们,气凝胶样品采集器使用了硅基固体材料,内部有海绵那样的多孔结构,99.8%的空间被真空填充,当尘埃颗粒撞上气凝胶后,其减速并最终停止的过程就像飞机在跑道上滑行制动减速一样。

  三、隔热和隔音

  气凝胶固有的特性使它们还能成为绝好的隔热(保温)和隔音材料。

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  在下方火焰的烧烤下,上方的的花朵无损,气凝胶表现出了强大的隔热性能。

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  除了成为最理想的保温隔热材料,气凝胶还是很棒的吸音材料。比如我国2015年研制的这种纤维气凝胶,它可以在100-6300Hz宽频段内的高效吸音。

中国三大黑科技让美国军方不安

  “世界领先”,是中国科学家几十年来一贯的追求,那么,当前中国还有哪三大黑科技让美国如坐针毡?

  “世界领先”,是中国科学家几十年来一贯的追求,也是旁观者始终解不开的心结。

  2014年,中国的确在一个领域成为了“世界领先”。IMF说,按购买力平价,中国GDP2014年已经超过美国,2015年或成为中国世纪的元年。

  对未来的想象总是充满魅力。当爱迪生在美国建立起庞大的电网系统时,他一定已经料到,100余年后的今天,电力已经成为人类的基本需求。

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  但他恐怕想不到,100余年后的今天,美国老旧的电网在每一次飓风面前变得脆弱不堪,而饱受环保主义者批评的中国特高压建设正在艰难前行。

  那么,当前中国还有哪三大黑科技让美国如坐针毡?

  NO.1东风-26中远程弹道导弹

  2015年9月3日,中国在首都北京举行了纪念抗日战争胜利70周年的盛大阅兵式,在这次阅兵式上,中国电视台解说员最令人吃惊的披露之一是,新近亮相的“东风”-26中远程弹道导弹可能有反舰型。

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  播音员说,除了执行核反击任务之外,“东风”-26还可以对海上航行的中大型舰船实施常规中远程精确打击。

  由于“东风”-26的估计射程为3000至4000公里,这种导弹可以使中国人民解放军能够以“第二岛链”或者关岛的美国海军编队为目标。阅兵式解说员所说的它可以针对中型舰船可能意味着,除了航母之外,该导弹的精确度足以攻击驱逐舰大小的舰船。

  “东风”-26因此可以被视为继“东风”-21D之后的第二代反舰弹道导弹。

  “东风”-21D同样在3日首次亮相,射程估计为1700公里。“东风”-26在3日阅兵式中的露面表明,它是一个已经被部署的系统。解说员提到反舰版本可能意味着反舰型也已被部署。

  “东风”-26反舰弹道导弹能否成功很有可能取决于人民解放军是否有能力维持打击远程目标所必需的情报、监视和侦察系统网络。

  作为外媒口中传说渲染多年的“关岛杀手”,新型导弹的弹体明显比东风-21系列长了很多,而且采用了更轻更先进的弹体材料,有助于延长射程。

  据了解,为了完成打击第二岛链上目标的任务,东风-26导弹需要至少4500至6000千米的射程,外国媒体认为,总之,以东风-26为基础,中国将发展一种用于歼灭敌关岛军事基地的中程弹道导弹,射程大约为4500千米左右。

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  一种第二代远程反舰弹道导弹,射程大约为3000千米。一种新型新型反导反卫星先进拦截弹,性能大致与美军现役的GBI相当,这是世界上一个史无前例的超级导弹发展规划,一种导弹可以快速派生出一些导弹系统来,而这还不是东风-26的神奇之处。

  外国媒体称,东风-26从导弹发射时刻到进入弹道抛物线之间的加速段不会超过5分钟,在此期间,美军卫星极难发现导弹发射,而试图引导拦截更无从谈起。

  据悉,由于在东风-26导弹上装配几十个辅助发动机,飞行轨迹不是经典的弹道抛物线,而是“蛇行”曲线,导弹重返大气层后,其跨大气层载具可在大气层边缘滑行一段时间,从而极难判断其准确位置,因而难以引导拦截导弹对准目标。总而言之,东风-26对美国反导系统来说就是场灾难。

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  NO.2神光-Ⅲ主机装置

  激光惯性约束聚变是高能激光武器和第四代核武器的理论基础,激光惯性约束聚变就这种既具备理论突破作用,又是一个非常典型的军民两用技术,目前世界上各国都在竞相争夺这一高技术领域的战略制高点。

  近日,作为开展高能量密度物理和惯性约束聚变研究的首台十万焦耳量级高功率激光装置,“神光-Ⅲ主机装置”,已在中物院基本建成。

  作为亚洲最大,世界第二大激光装置,神光-Ⅲ主机装置共有48束激光,总输出能量为18万焦耳,峰值功率高达60万亿瓦。2015年,神光-Ⅲ主机基本建成,我国成为继美国国家点火装置后,第二个开展多束组激光惯性约束聚变实验研究的国家。

  该项目的建成将对加快中国的下一代热核武器发展,特别是激光诱导核聚变的第四代金属氢核武器具有重要作用,另外,在推进中国的强激光武器的发展计划中,神光III也起到了十分重要的战略意义。

  2015年2月,我国神光-Ⅲ主机装置主要性能指标均达到了设计要求,这标志着神光-Ⅲ主机基本建成,我国成为继美国国家点火装置后,第二个开展多束组激光惯性约束聚变实验研究的国家。

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  考虑这种激光装置可以转化成巨大的军用价值,可以说中国的黑科技又向前迈进了一大步。

  其基本原理是通过使氢的同位素结合,产生氦和中子释放巨大能量。

  目前全球科学家们聚焦研究、可能实现可控核聚变的途径主要有两种,即磁约束聚变和惯性约束聚变。

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  前者是通过强磁场较长时间约束高温稀薄等离子体使之发生聚变反应,例如ITER计划。

  后者原理类似氢弹,是利用多种高能量驱动方式形成高温高压环境,使氘氚靶丸实现热核聚变点火和燃烧,从而释放出更为巨大的能量。

  由于它可控、清洁、高效和资源充足,就像是装在“瓶中的太阳”。神光Ⅲ就是用惯性约束的方式来实现可控热核聚变的核心装备。

  聚变能源,作为人类梦寐以求的终极能源,也被誉为“人造太阳”,一旦实现商业发电,将从根本上解决人类能源问题。

  同等质量的元素进行核聚变比核裂变释放的能量大得多,而产生的辐射反而少得多。对环境保护的考虑也是人们努力发展核聚变技术的原因之一。

  化石能源的逐渐耗竭已经是人所共知的事实,而风能、太阳能等可再生能源在目前来看,也无法完全满足人们对能源的渴求。核聚变发电,是能源的明日之星。

  核聚变的原材料很容易找——地球上氘的含量并不算少,每一万个氢原子中就有一个是氘原子。在最好的情况下,每升海水中的氘聚变能够放出的能量,相当于燃烧300升汽油;而一个百万千瓦的核聚变电厂,每年只需要600公斤原料,但一个同样规模的火电厂,每年将需要210万吨燃料煤。

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  氦3是目前最理想的核聚变原料,虽然在地球上也找不到,但是在我们举目可及之处却大量存在——在月球、土星和火星上,氦3的含量足够人们随心所欲地挥霍数十万年。

  中国对激光器的研究,开始于60年代。

  1963年12月,毛泽东在听取国务院副总理兼国家科学技术委员会主任聂荣臻汇报十年科学技术规划时指出:“激光,要组织一批人专门去研究它。”随后,在钱学森的带领下,中国开始研究激光装置。

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  1986年夏天,激光12号实验装置正式命名为神光-1。

  1993年,国家“863”计划确立了惯性约束聚变主题,进一步推动了国家惯性约束聚变研究和高功率激光技术的发展。

  1994年,神光-1退役。神光-1连续运行8年,在激光惯性约束核聚变和X射线激光等前沿领域取得了一批国际一流水平的科研成果。

  1994年5月18日,神光-2装置立项,工程正式启动,规模比神光-1装置扩大4倍。

  1995年,激光惯性约束核聚变在“863计划”中立项,我国科研人员开始研制跨世纪的巨型激光驱动器——神光-3装置,计划建成10万焦耳级的激光装置。

  “激光”一词是1965年由钱学森先生提出的,而在1966年,钱老听说了惯性约束聚变的构想后对此评价:“你们的事业是在地球上人造一个小太阳。”

  而“神光”的由来则要追溯到上世纪80年代。中国组建了惯性约束聚变研究团队,并成立了国内第一个惯性约束聚变专业实验室。1985年该项研究迎来重大成果,我国首台用于激光约束聚变科研的大功率激光器在中物院诞生,张爱萍将军曾亲自为它命名为“神光”。这就是目前我国神光系列名称的来源。

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  NO.3各种高超音速飞行器

  据不愿透露姓名的五角大楼官员透露,美国情报机构监测到中国8月19日星期三在山西五寨基地发射长征2号运载火箭,火箭上携带了美方给予代号WU-14的高超声速飞行器。据熟悉事件细节的官员称,美方评估这次试验取得了成功。

  此外,这位官员还表示,WU-14滑翔飞行器在地球高层大气中飞行的过程中,首次展示了新的能力:机动规避。不过他并未详细说明这种飞行器采取了什么样的机动动作。

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  在今年6月的第四次飞行试验中这家媒体曾引用五角大楼官员的说法称WU-14当时就展示过“极强的机动性”,据猜测,上一次的试飞中测试的可能是滑翔器的横向机动能力。

  《自由灯塔报》评论称拥有机动规避能力增大了这种导弹被设计用来突破美国导弹防御系统的可能性,因为现在的导弹防御系统是设计用来追踪弹道轨迹可预测的导弹的,而无法对抗可机动的弹头或者滑翔飞行器。

  这次试验是两年内的第5次,今年内的第2次。此前的4次试射分别发生在今年6月7日,去年1月9日、8月7日和12月2日。

  有美国军事分析家认为,中国密集的测试时间表意味着他们可能接近部署这种极受重视的武器。

  近日,《中国航空报》发表文章表彰中航工业安庆公司发动机组在多型产品方案评审中的事迹。

  其中提到“我国为某飞机配套的首次新研的串联式涡轮冲压组合发动机项目”,从文字描述来看,这是一种类似美国SR-71“黑鸟”的J58变循环发动机的新型发动机。

  有接近空军的消息灵通人士称,这是国内某研究所正在进行预研的高超声速载人飞机项目的一部分,其最终成品的飞行速度将会超过“黑鸟”,不过目前这一项目尚未正式立项。

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  据资料,中航工业庆安公司是我国大型的机载设备研制、生产企业,在机载武器装备、飞行器操纵控制系统方面有专业优势,目前其防务产品包括机械、液压、气动、电子、电气装置及控制系统,他们可能在上述中国“黑鸟”研制项目中承担了部分与发动机相关液压装备的攻关任务。

  8月25日出版的《中国航空报》提到,2015年上半年内,他们(中航工业庆安公司发动机组)先后完成了三型发动机多型产品的方案设计工作,并分别于5月、7月顺利通过主机所的方案评审。”

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  关于该单位参与的“三型发动机”,文章中介绍为:“我国为某飞机配套的首次新研的串联式涡轮冲压组合发动机项目”、“某重点型号发动机”和“某重点型号中涵道比发动机”。根据文中相关描述,可以推测后两者是此前国内已经公开的涡扇-10改进型发动机和涡扇-18发动机。

  但“串联式涡轮冲压组合发动机”是一种国内此前从未开展过的项目,文章中描述:“没有可借鉴的先例……国内没有合适的耐高温特种材料,他们就通过各种渠道联系国外经销商;没有合适的工具,他们就自己造;没有值得借鉴的先例,他们就争做第一。甚至连70多岁的老专家都亲自上阵指导方案论证工作,确保方案设计的顺利进行。……数月的辛苦劳作化作了丰硕的果实……”。这表明该单位在几个月内完成了与此型发动机相关的预研任务,可能是与发动机控制系统相关。

  所谓“串联式涡轮冲压组合发动机”,属于变循环发动机的一种,目前世界上已经实用化的此类发动机主要是美国SR-71“黑鸟”战略侦察机所用的J58发动机。

  这种发动机实际上是将一台涡轮喷气式发动机外围增加一圈空气通路,在后方有一个冲压燃烧室,在飞机飞行速度达到1.5倍音速以上时,通过液压活门关闭涡轮喷气式发动机的进气通路,让气流直接进入冲压燃烧室燃烧。

  这样就可以发挥冲压式发动机在超音速到高超音速条件下效率高的优势,而在低速时则使用涡轮喷气发动机,提供起降阶段的动力。

  70年代研制的“黑鸟”飞机在J58发动机的推动下可以达到3.5倍声速,至今仍是速度最快的实用化喷气式飞机。

  通过其原理可以看出,此类发动机的进气活门等机构对于控制作动系统提出了极高技术指标要求,依托国内现有水平是否可能突破这一技术,可能就是庆安公司在上述方案研究方案中的主要论证课题。

  有接近空军的消息灵通人士向观察者网透露,采用此型发动机的飞机项目已经开展几年,是西南某飞机研究所抓总研制的一个探索性项目。

  该项目中涉及的飞机目标指标将超越美国SR-71“黑鸟”,最高飞行速度达到接近5倍声速,也就是冲压发动机工作速度上限(更高速度需要使用超燃冲压发动机)。该机为有人驾驶的大型飞机,其动力系统设计与苏联末年米格设计局提出的“301项目”相似。

  不过,这个项目目前尚未正式立项,还处于预研阶段。

  美国70年代研制的“黑鸟”飞机在其研制之初曾计划用于高速截击机、战略侦察机等多种不同用途,目前中国正在预研的这种高超声速飞机可能也将会有相似的多用途设计要求。

  8月24日,美国《防务周刊》报道,美国洛克希德•马丁公司“臭鼬工厂”已经开始进行旨在取代U-2和RQ-4“全球鹰”的下一代高空战略长航时飞机研制,该机可能采用有人、无人两用设计,至于飞行速度和高度等数据目前尚未公开。此外,传说该公司已经研制成功了飞行速度5-6马赫的“曙光女神”战略侦察机。

  高超音速运载系统的预期军事价值在于:能够快速、长距离攻击,同时躲避预警雷达和弹道导弹防御系统。

  支持者称,高超音速导弹可以替代核武器的一些角色。而批评者的看法是高超音速导弹将破坏大国间的战略稳定,因为这种导弹让美国辛辛苦苦建造起来的反导系统变得一钱不值。

  许多美国官员和专家坚信,高超音速技术代表着下一场军事技术革命的发展方向。而正如俄罗斯和中国未能说服美国限制导弹防御系统的发展一样,很难想象有人能够说服华盛顿,使其同意限制高超音速技术的研究和开发。

  所以中国正在发展各种类型的高超音速武器,目前,中国在所有类型的高超音速武器上都有自己确定的发展项目和飞行实验计划,其规模与美国相当,投入亦不低,这让美国很难适应,但又无可奈何。

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