超导材料的应用

超导技术在军事方面的应用
超导技术是研究物质在超导状态下的性质、功能以及超导材料、超导器件的研制、开发和应用的技术。某些物质在温度降低到一定值时电阻会完全消失,这种现象称为超导电性。具有超导电性的物质称为超导材料或超导体。超导材料包括金属低温超导材料、陶瓷高温超导材料和有机超导材料等。超导技术的开发和应用对国民经济、军事技术、科学实验与医疗卫生等具有重大价值。
超导体的发现颇为不易。一个世纪来,超导体的研究使4位科学家先后获诺贝尔奖。1911年荷兰莱顿大学实验物理学教授卡麦林·昂尼斯发现汞的电阻在接近绝对零度的低温时急剧下降以致完全消失,并在1913年一篇论文中首次提到“超导电性”一词。由于这一成就,昂内斯获1913年诺贝尔物理学奖。
952152321933年,德国物理学家迈斯纳等人又发现,超导材料的温度低于临界温度而进入超导态之后,其体内的磁感应强度总是零。这种现象称为“迈斯纳效应”。1962年英国剑桥大学研究生约瑟夫森提出,夹有薄绝缘层的两块超导体之间,即使不加电压也可通过一定数值的直流隧道电流。这一现象称为“约瑟夫森效应”。他也因此获得1973年度诺贝尔物理奖。
超导技术可应用于能源、信息、交通、环保、化工、科学仪器、医疗技术、国防军工等诸多领域,前景十分广阔。高温超导材料的用途非常广阔,大致可分为三类:大电流应用(强电应用)、电子学应用(弱电应用)和抗磁性应用。大电流应用即前述的超导发电、输电和储能;电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等; 抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。
前景广阔的超导兵器。 超导技术应用收效最快的是超导电动机和发电机,其特点是体积小、重量轻、能耗小、效率高,可用作舰船、坦克、飞机有效而灵活的推进系统。
超导舰艇20世纪70年代以来,美、英、日等国积极开展超导技术在海军舰艇方面应用的研究,并已初见成效。美国试制了5.5兆瓦的超导驱动系统,英国研制了480千瓦的超导电磁力推进装置,日本已制成了超导船。现在国际上已有3艘超导电磁推进船试验成功。超导电磁力推进装置是按照电磁原理设计的。在舰艇上安装电磁铁,在磁场和电流的相互作用下,海水向后运动。在海水的反作用力下,舰艇将获得向前的推力。超导舰艇既不需要发动机,也不需螺旋桨,能有效地消除噪音、降低红外辐射,从而大大提高生存能力和快速机动的突防能力。 对旋轴流风机
小型变速箱
超导飞机设计制造大功率、小体积的发动机,对提高飞机的作战性能起着至关重要的作用。磁流体发电是一种高效发电方式,随着超导技术的不断突破,为大容量、小型化磁流体发电机的研制提供了条件。这种超导发电机实用化后,飞机可用它作能源,为空中指挥所和预警飞机的大型雷达、大型计算机、各种通信设备等非常耗电的装备提供动力。预计这种机载大功率超导发电机将是超导技术在军事上最先得到应用的项目之一。
超导坦克最近,美国陆军设想了一种外廓尺寸和M1坦克相似的超导坦克,即电磁坦克。这种坦克为无炮塔式结构,战斗全重45吨,主要武器为105毫米电磁炮,弹丸基数为80发,装弹采用自动装置,电磁炮的电源由6台超导线圈制成的单极发动机提供,车体中部的两侧为液氮容器,盛有冷却超导电感线圈的液氮。高温超导体的出现,也给坦克的高技术化开辟了一条新途径。电磁炮的应用,必将使陆战王如虎添翼。
等离子炬利用超导材料“约瑟夫森效应”制成的仪器设备,具有灵敏度高、噪声低、响应速度快和能耗小等特点,在军事侦察、通信、电子对抗和指挥等方面,都大有用武之地。
军事超导有线电通信利用超导电线可以实现远距离、大容量通信。研究试验表明,超导电线传输信息的速度,比光纤系统快得多,可以传输几万亿分之一秒的脉冲。科学家们预言,
未来高温超导的远距离通信的容量将比光缆大几百倍,能够每秒传输相当于1000部大英百科全书的信息量。同时,超导电线因为无损耗,可以省去每3~4千米就要设置的放大器。
军用超导无线电通信利用超导材料制作无线电发射机和接收机,不仅灵敏度高、带宽宽,而且可减小天线的尺寸和重量,提高系统的生存能力。英国伯明翰大学制成的世界上第一台超导无线电发射机,其发射距离与常规发射机相比增大10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%。 水塔水位控制
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。
利用超导技术的探测器件,由于对磁场和电磁辐射极其敏感,其灵敏度比常规探测器件高
冷库蒸发器
上千倍,是军事遥感侦察的理想设备。正在研制的主要有天基凝视红外焦面阵列探测器、微波和毫米波探测器、磁探测器等。超导探测器不仅尺寸小、重量轻、作用距离远、探测灵敏度高,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,可广泛应用于航天器的相控阵天线、反潜武器和探测。
据悉,新一代超导雷达也正在研制之中。其天线、发射机、收信机、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。试验表明,用于雷达系统的超导电子器件,可使雷达频谱扩展166倍,作用距离提高一个数量级,而且可探测到微弱的信号。
自1911年荷兰科学家卡末林、昂尼斯发现“超导”现象至今,世界各国的科学家从未间断过对“超导”的研究,特别是进入20世纪80年代以来,随着1987年中国、日本和美国科学家采用金属氧化物,将超导临界温度提高,使超导体前进了一大步,从而引起了一场前所未有的“超导大战”。这表明,超导技术广泛应用的时代即将来临。
超导体在军事领域的应用将十分广泛。采用超导体材料,可使许多重要的军用装备,如C4I系统、聚能武器、舰艇、飞机、坦克、装甲车辆、导弹等武器的性能得到大幅度的改善。
超导飞机设计制造大功率、小体积的发动机,对提高飞机的作战性能至关重要。目前,飞机所采用的均是磁流体发电,但利用普通磁体,很难使磁场强度高于15高斯,而如果利用超导磁体就能产生数万至几十万高斯的磁场,从而大大提高磁体发电的输出功率。所以,超导技术的突破,为大容量、小型化磁流体发电机的研制成功提供了条件,这种超导发电机正在加速走向实用化。目前,有些国家已在研制几百至一千兆瓦的体积小、重量轻的超导发电机,预计机载大功率超导发电机将成为超导技术在军事上率先得到应用的重点项目。
超导舰船20世纪70年代以来,美、苏、英、日等国积极开展超导技术在海军舰船方面应用的研究,并不断取得成效。美国试制了7500马力的超导驱动系统;英国研制了650马力的超导电磁力推进装置;日本制成了世界上第一艘超导船。超导舰船由于取消了传统的螺旋桨推动部件,因而具有结构简单、维修方便、推力大、航速高、无震动、无噪声、无污染、造价低等诸多优点。潜艇应用超导推进系统后,能有效地消除噪音、降低红外辐射,从而不易被敌方发现,大大提高了舰船的快速机动能力和突防能力。
超导聚能武器聚能武器是把能量汇聚成极细的能束,沿着精确的方向,以接近或等于光速的速度发射出去,对目标进行杀伤。但目前在研制这些武器上几乎都遇到了能源问题。即如何在瞬间向聚能武器提供大量的能源,如激光武器,特别是大功率的战略激光武器耗能巨大,它要求在瞬间提供数十亿至数百亿焦耳的能量,而目前的储能装置储存的能量却非常有限,且体大笨重。而超导技术的发展,则为解决聚能武器能源问题提供了可能。
用超导材料制成的闭合线圈是一种理想的储能装置。因为只要线圈保持超导状态,它所储存的电磁能就会毫无损耗地长期保存下去,并可随时把强大的能量提供给聚能武器。超导储能装置使聚能武器如虎添翼,它有如给聚能武器提供了一个机动灵活、容量无比的弹药库。
超导C4I系统就目前来看,C4I系统的心脏———电子计算机,要想继续提高系统的性能和运算速度,功耗是一个实际的限制。为此,国外已积极开展超导计算机的应用研究,并已经研制出约瑟夫逊超导元件,利用这一元件可将电路速度提高一个数量级,功耗比同等功能的集成硅电路低三个数量级。超导计算机的突出特点是,可在元器件不发热、无电阻的情况下高效率地运行,C4I系统一旦应用了超导技术,其性能将获得空前的提高。
著名物理学家林亚眠教授领导着青年物理学家贝小知、熊无忌等人组成了“低温俱乐部”,克服经费不足和不被人理解等重重困难,开始向超导课题发起猛烈进攻。与此同时,世界上几个最优秀的,装备、经费最充足的科学家体也正向这一尖端科学堡垒发起最后的攻坚,展开了一场全球范围的科技竞赛。中国科学家虽然没有获奖,但他们的拼搏精神和取得的辉煌成就赢得了世界科学界的承认和尊敬。展望未来,随着超导技术的进一步发展、超导材料的新突破,超导家庭还会有更新更多的武器脱颖而出。它们在未来的战场上将大显神威。

本文发布于:2024-09-23 12:34:39,感谢您对本站的认可!

本文链接:https://www.17tex.com/tex/2/226520.html

版权声明:本站内容均来自互联网,仅供演示用,请勿用于商业和其他非法用途。如果侵犯了您的权益请与我们联系,我们将在24小时内删除。

标签:超导   应用   材料   技术   武器   提供
留言与评论(共有 0 条评论)
   
验证码:
Copyright ©2019-2024 Comsenz Inc.Powered by © 易纺专利技术学习网 豫ICP备2022007602号 豫公网安备41160202000603 站长QQ:729038198 关于我们 投诉建议