物理學與軍事科學及航空航天

1、第十章第十章物理學與軍事科學及航空航天物理學與軍事科學及航空航天2011-11-14 國防軍事力量是國家發(fā)展的保障。各國都極國防軍事力量是國家發(fā)展的保障。各國都極其重視。其重視。 政治、經(jīng)濟、科學技術(shù)是國家強大的基石和政治、經(jīng)濟、科學技術(shù)是國家強大的基石和保障保障 1840年開始近一個世紀，經(jīng)濟貧窮，政治腐年開始近一個世紀，經(jīng)濟貧窮，政治腐敗，外交無能，軍事落后，備受帝國主義侵敗，外交無能，軍事落后，備受帝國主義侵略與奴役。略與奴役。 1949年開始，中國如巨人，屹立在年開始，中國如巨人，屹立在 世界的世界的 東方東方 中國的國防現(xiàn)代化，空間技術(shù)現(xiàn)代化發(fā)展中國的國防現(xiàn)代化，空間技術(shù)現(xiàn)代化發(fā)展一

2、一. 物理學與軍事科學物理學與軍事科學偵察、定位：偵察、定位：光學（成像）光學（成像）無線電（測向定位）無線電（測向定位）雷達（微波，激光雷達（微波，激光 定位，跟蹤）定位，跟蹤）放射性監(jiān)測（核武器，核基地，核試驗）放射性監(jiān)測（核武器，核基地，核試驗）衛(wèi)星定位（衛(wèi)星定位（GPS）聲納（獵潛，跟蹤）聲納（獵潛，跟蹤）激光（測距）激光（測距）預(yù)警飛機（監(jiān)測，指揮）預(yù)警飛機（監(jiān)測，指揮）無人飛機（偵察，攻擊）無人飛機（偵察，攻擊）紅外夜視、瞄準紅外夜視、瞄準以地面為目標的雷達可以地面為目標的雷達可以探測地面物體的精確以探測地面物體的精確形狀。形狀。防空雷達防空雷達 雷達將電磁波定向發(fā)射雷達將電磁波定

3、向發(fā)射至空間，根據(jù)接收空間至空間，根據(jù)接收空間存在物體所反射的電磁存在物體所反射的電磁波，計算出該物體的方波，計算出該物體的方向、高度及速度向、高度及速度反偵察與反定位，防竊聽反偵察與反定位，防竊聽 干擾與抗干擾干擾與抗干擾 電磁波電磁波 超聲波超聲波 隱形技術(shù)隱形技術(shù)美國美國E3A望樓望樓全天候預(yù)警機全天候預(yù)警機俄羅斯俄羅斯A50中堅中堅預(yù)警機預(yù)警機 以色列以色列“費爾康費爾康”預(yù)警機預(yù)警機 預(yù)警機裝有遠程搜索雷達、數(shù)據(jù)處理、敵我識別以及通信導航、指揮控制、電預(yù)警機裝有遠程搜索雷達、數(shù)據(jù)處理、敵我識別以及通信導航、指揮控制、電子對抗等完善電子設(shè)備，集預(yù)警、指揮、控制、通信和情報為一體，用于搜

4、索、子對抗等完善電子設(shè)備，集預(yù)警、指揮、控制、通信和情報為一體，用于搜索、監(jiān)視與跟蹤空中和海上目標，并指揮、引導己方飛機執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的作戰(zhàn)支援監(jiān)視與跟蹤空中和海上目標，并指揮、引導己方飛機執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)的作戰(zhàn)支援飛機，是現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭中重要的武器裝備飛機，是現(xiàn)代高技術(shù)戰(zhàn)爭中重要的武器裝備 導航，控制與制導：導航，控制與制導： 無線電導航（衛(wèi)星，無人攻擊飛機）無線電導航（衛(wèi)星，無人攻擊飛機） 武器精確制導（導彈制導武器精確制導（導彈制導 飛機，坦克）飛機，坦克） 核動力潛艇核動力潛艇慣性制導，慣性制導，GPS，北斗，原子鐘，激光陀螺，熱，光，北斗，原子鐘，激光陀螺，熱，光偵察衛(wèi)星偵察衛(wèi)星 偵察、跟

5、蹤、監(jiān)視偵察、跟蹤、監(jiān)視多波段成像，圖象分析，信息多波段成像，圖象分析，信息傳遞，天空，外空，導彈防御系統(tǒng)傳遞，天空，外空，導彈防御系統(tǒng) 救助救助防御防御雷達，紅外，聲納（隱形飛機雷達，紅外，聲納（隱形飛機B2，F(xiàn)-22，吸收，漫反射，屏蔽），吸收，漫反射，屏蔽）材料（吸收）材料（吸收）無線電，光學，衛(wèi)星（干擾）無線電，光學，衛(wèi)星（干擾）預(yù)警飛機，導彈防御系統(tǒng)預(yù)警飛機，導彈防御系統(tǒng)潛艇防聲納（吸收，漫反射）潛艇防聲納（吸收，漫反射）掃雷掃雷(電，聲，磁，壓力電，聲，磁，壓力)干擾干擾(紅外，電磁波）紅外，電磁波）B52轟炸機的雷達反射截面為轟炸機的雷達反射截面為1000平方米平方米米格米格29

6、為為25平方米平方米BlB為不足為不足1平方米，平方米，B2A只有不到只有不到0.1平方米，相當于一只飛鳥的雷平方米，相當于一只飛鳥的雷達反射截面，一般雷達很難發(fā)現(xiàn)。達反射截面，一般雷達很難發(fā)現(xiàn)。 機體噴涂特制吸波雷達波的油機體噴涂特制吸波雷達波的油漆，降低探測雷達的回波漆，降低探測雷達的回波雷達波會繞艙體外形雷達波會繞艙體外形“爬行爬行”，不易被反射回去不易被反射回去 機體采用碳纖維和石墨等復合機體采用碳纖維和石墨等復合材料，不易反射雷達波材料，不易反射雷達波 雷達波經(jīng)多次折射后衰減雷達波經(jīng)多次折射后衰減 采用噴口溫度調(diào)節(jié)技術(shù)，減少采用噴口溫度調(diào)節(jié)技術(shù)，減少紅外暴露信號紅外暴露信號F-22隱

7、形戰(zhàn)斗機隱形戰(zhàn)斗機B-2隱形戰(zhàn)略轟炸機隱形戰(zhàn)略轟炸機 核武器核武器（原子彈，氫彈，中子彈），曼哈頓計劃（原子彈，氫彈，中子彈），曼哈頓計劃 非殺傷性武器：非殺傷性武器：激光致盲，次聲波，微波，光激光致盲，次聲波，微波，光+聲聲+震震 激光武器激光武器（地基與空間，攻擊洲際導彈、航空器、衛(wèi)（地基與空間，攻擊洲際導彈、航空器、衛(wèi)星致盲），星致盲）， 電磁輻射電磁輻射（計算機與通訊系統(tǒng)）（計算機與通訊系統(tǒng)） 反恐反恐（毒品爆炸物檢測（毒品爆炸物檢測X射線，放射性，微波，射線，放射性，微波，光譜，化學，生物）光譜，化學，生物）1964年中國第一顆原子彈1967年中國第一顆氫彈三叉戟核潛艇裝載洲際彈道導

8、彈三叉戟核潛艇裝載洲際彈道導彈中國第一種洲際彈道導彈中國第一種洲際彈道導彈東風東風-5洲洲際地對地彈道導彈際地對地彈道導彈 （15000Km）中國中國FT-1精確制導炸彈精確制導炸彈 美國美國JDAM精確制導炸彈很需要精確制導炸彈很需要GPS制導制導 洲際彈道導彈洲際彈道導彈導彈精確制導需要精密定位與控制導彈精確制導需要精密定位與控制“雷霆雷霆”-2激光制導炸彈激光導引部激光制導炸彈激光導引部 國產(chǎn)國產(chǎn)“雷石雷石”-6滑翔制導炸彈滑翔制導炸彈 激光制導炸彈利用來自目標的反射激激光制導炸彈利用來自目標的反射激光引導炸彈飛向目標光引導炸彈飛向目標美軍激光武器試驗進行中美軍激光武器試驗進行中 美國考

9、慮美國考慮“先發(fā)制人先發(fā)制人”攻擊攻擊他國衛(wèi)星或地面指揮站，剝奪對他國衛(wèi)星或地面指揮站，剝奪對手太空對抗的能力手太空對抗的能力中國已具有反衛(wèi)星武器，可中國已具有反衛(wèi)星武器，可破壞大多數(shù)低軌衛(wèi)星破壞大多數(shù)低軌衛(wèi)星美國的太空反衛(wèi)星武器示意圖美國的太空反衛(wèi)星武器示意圖 美國進行大功率激光束發(fā)射試驗美國進行大功率激光束發(fā)射試驗 2006年秋，美國一顆間諜衛(wèi)星所裝備的相機被中國高能年秋，美國一顆間諜衛(wèi)星所裝備的相機被中國高能激光致盲激光致盲中國進行了從地面摧毀其氣象衛(wèi)星的試驗，突顯具有空間中國進行了從地面摧毀其氣象衛(wèi)星的試驗，突顯具有空間戰(zhàn)能力戰(zhàn)能力中國具有的反衛(wèi)星導彈可擊落低軌道衛(wèi)星，包括中國具有的反

10、衛(wèi)星導彈可擊落低軌道衛(wèi)星，包括GPS導航導航定位衛(wèi)星、偵察衛(wèi)星、通訊衛(wèi)星、軍事衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、定位衛(wèi)星、偵察衛(wèi)星、通訊衛(wèi)星、軍事衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星、海洋衛(wèi)星、導彈預(yù)警衛(wèi)星等海洋衛(wèi)星、導彈預(yù)警衛(wèi)星等GPS系統(tǒng)系統(tǒng) 1957年，蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星升空后，美國研究人員偶然發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)年，蘇聯(lián)第一顆人造衛(wèi)星升空后，美國研究人員偶然發(fā)現(xiàn)，衛(wèi)星所發(fā)出的電波具有定位功能。星所發(fā)出的電波具有定位功能。1960年，美國第一顆導航衛(wèi)星年，美國第一顆導航衛(wèi)星“子午儀子午儀”升空，開始了導航衛(wèi)星的升空，開始了導航衛(wèi)星的新時代，經(jīng)過新時代，經(jīng)過20年，耗資年，耗資200億美元，全球定位系統(tǒng)億美元，全球定位系統(tǒng)GPS于于1994

11、年全面年全面建成。建成。GPS系統(tǒng)由空間部分、地面控制部分和用戶接收設(shè)備三部分組成。系統(tǒng)由空間部分、地面控制部分和用戶接收設(shè)備三部分組成?？臻g部分由空間部分由21顆顆GPS衛(wèi)星和衛(wèi)星和3顆備份衛(wèi)星組成，在地球上的任何地點、任顆備份衛(wèi)星組成，在地球上的任何地點、任何時間，都可以通過接收機同時收到來自何時間，都可以通過接收機同時收到來自4顆衛(wèi)星的信號；顆衛(wèi)星的信號；GPS通過測定通過測定由由3顆衛(wèi)星發(fā)出的信號至測定點接收到信號所需要的時間，計算出測定點顆衛(wèi)星發(fā)出的信號至測定點接收到信號所需要的時間，計算出測定點到到3顆衛(wèi)星的距離，再根據(jù)各衛(wèi)星當時所處的位置信息，就可計算出測定顆衛(wèi)星的距離，再根據(jù)各

12、衛(wèi)星當時所處的位置信息，就可計算出測定點的經(jīng)緯度。點的經(jīng)緯度。GPS衛(wèi)星裝有原子鐘，衛(wèi)星裝有原子鐘，30萬年內(nèi)誤差不超過一秒，連續(xù)不斷地向地萬年內(nèi)誤差不超過一秒，連續(xù)不斷地向地球發(fā)送時間和位置信息?？捎糜谔峁┚_的位置。球發(fā)送時間和位置信息。可用于提供精確的位置。GPS目前為世界各國所采用，美國向外國提供低精度的衛(wèi)星信號，目前為世界各國所采用，美國向外國提供低精度的衛(wèi)星信號，對美軍則提供最精確的信號。對美軍則提供最精確的信號。中國中國“北斗北斗”導航衛(wèi)星使用示意圖導航衛(wèi)星使用示意圖 俄羅斯耗資俄羅斯耗資30多億美元建起了自己的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，多億美元建起了自己的全球衛(wèi)星導航系統(tǒng)，打破美國壟斷

13、打破美國壟斷歐盟啟動了伽利略全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)計劃。歐盟啟動了伽利略全球衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)計劃。中國的全球定位系統(tǒng)中國的全球定位系統(tǒng)北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)，自自2000年以年以來，已成功發(fā)射來，已成功發(fā)射10多顆衛(wèi)星，建立北斗一代和北斗二代系統(tǒng)，多顆衛(wèi)星，建立北斗一代和北斗二代系統(tǒng)，精度達精度達10米。米。國產(chǎn)北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)顯示大屏幕國產(chǎn)北斗衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)顯示大屏幕 電磁輻射武器：破壞通訊指揮與控制系統(tǒng)電磁輻射武器：破壞通訊指揮與控制系統(tǒng)雷電電磁脈沖對微電子化、高度集成化的信息設(shè)備雷電電磁脈沖對微電子化、高度集成化的信息設(shè)備造成干擾與毀傷造成干擾與毀傷對于現(xiàn)代戰(zhàn)爭形態(tài)和作戰(zhàn)

14、樣式的發(fā)展與變化，用電對于現(xiàn)代戰(zhàn)爭形態(tài)和作戰(zhàn)樣式的發(fā)展與變化，用電磁武器攻擊計算機網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星系統(tǒng)等信息系統(tǒng)，使磁武器攻擊計算機網(wǎng)絡(luò)、衛(wèi)星系統(tǒng)等信息系統(tǒng)，使電子設(shè)備形成永久的損傷及通訊系統(tǒng)癱瘓。電子設(shè)備形成永久的損傷及通訊系統(tǒng)癱瘓。微波武器微波武器: 熱效應(yīng)熱效應(yīng)次聲波武器次聲波武器 （f 20 Hz)：共振效應(yīng)：共振效應(yīng) 中國擁有多種核動力和常規(guī)動力潛艇。中國擁有多種核動力和常規(guī)動力潛艇。中國潛艇的技術(shù)發(fā)展（靜音，武器攜帶，火控技術(shù)）中國潛艇的技術(shù)發(fā)展（靜音，武器攜帶，火控技術(shù)）水雷武器按布設(shè)方式分類，主要有沉底雷、錨雷、火水雷武器按布設(shè)方式分類，主要有沉底雷、錨雷、火箭上浮式水雷、漂雷、定深

15、水雷等；按制導方式分類箭上浮式水雷、漂雷、定深水雷等；按制導方式分類主要有碰撞觸發(fā)式、音響自導式、磁感應(yīng)式、電腦識主要有碰撞觸發(fā)式、音響自導式、磁感應(yīng)式、電腦識別式、遙控制導式等，涉及各種布雷及掃雷技術(shù)。別式、遙控制導式等，涉及各種布雷及掃雷技術(shù)。二二. 航天科技航天科技 衛(wèi)星衛(wèi)星 同步通信衛(wèi)星同步通信衛(wèi)星 偵察衛(wèi)星偵察衛(wèi)星 洲際彈道導彈洲際彈道導彈 宇宙飛船宇宙飛船涉及物理學內(nèi)容包括：涉及物理學內(nèi)容包括：天文學，力學，空氣動力學（軌道，飛行）天文學，力學，空氣動力學（軌道，飛行）電磁學（無線電通信與控制，定位）電磁學（無線電通信與控制，定位）光學，熱力學，原子物理，材料，光學，熱力學，原子物

16、理，材料，1957年年10月蘇聯(lián)月蘇聯(lián)世界第一顆人造地球衛(wèi)星世界第一顆人造地球衛(wèi)星 1961 年蘇聯(lián)東方紅載人飛船年蘇聯(lián)東方紅載人飛船1969年美國阿波羅年美國阿波羅11號飛號飛船實現(xiàn)載人登月船實現(xiàn)載人登月 “阿波羅阿波羅”工程是當代規(guī)模最大、耗資最多的科技項工程是當代規(guī)模最大、耗資最多的科技項目之一目之一 導致導致60至至70年代產(chǎn)生了液體燃料火箭、微波雷達、無年代產(chǎn)生了液體燃料火箭、微波雷達、無線電制導、合成材料、計算機等一大批高科技工業(yè)群線電制導、合成材料、計算機等一大批高科技工業(yè)群體體 取得的技術(shù)進步成果向民用轉(zhuǎn)移，帶動整個科技發(fā)展取得的技術(shù)進步成果向民用轉(zhuǎn)移，帶動整個科技發(fā)展與工業(yè)繁榮，其二次開發(fā)應(yīng)用的效益遠遠超過與工業(yè)繁榮，其二次開發(fā)應(yīng)用的效益遠遠超過“阿波阿波羅羅”計劃本身所帶來的直接經(jīng)濟與社會效益計劃本身所帶來的直接經(jīng)濟與社會效益俄聯(lián)盟飛船成功與國際空間站對接俄聯(lián)盟飛船成功與國際空間站對接亞特蘭蒂斯號航天飛機發(fā)射亞特蘭蒂斯號航天飛機發(fā)射挑戰(zhàn)者號航天飛機遇難挑戰(zhàn)者號航天飛機遇難嫦娥一號發(fā)射成功嫦娥一號發(fā)射成功 嫦娥一號衛(wèi)星傳回的第一幅嫦娥一號衛(wèi)星傳回的第一幅月面圖像月面圖像 天宮天宮1號號 神舟神舟8號號對接對接問題：天宮問題：天宮1號號 神舟神舟8號發(fā)射、入軌飛號發(fā)射、入軌飛行與對接過程涉及哪些物理系原理？行與對接過程涉及哪些物