空天小不點(diǎn)

寫(xiě)文：李杰 迎南

80年代初，所謂的前蘇聯(lián)克格勃“蒼蠅間諜”案曾廣為流傳。說(shuō)的是當(dāng)年美國(guó)駐某國(guó)大使館中一份極為重要的情報(bào)不知何因被克格勃竊走了。美國(guó)中央情報(bào)局的首腦極為惱火，立即派了一名高級(jí)特工約翰遜前往偵破。約翰遜費(fèi)了九牛二虎之力卻找不到一點(diǎn)蛛絲馬跡，后來(lái)無(wú)意中才發(fā)現(xiàn)竟是一只蒼蠅在作怪。隨即他又消滅了幾只蒼蠅，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在蒼蠅身體中被安置了一種超微型的電臺(tái)。顯然，情報(bào)是被它們竊取去的。而且，這些蒼蠅即便死去，微型電臺(tái)照 樣會(huì)把竊聽(tīng)到的情報(bào)發(fā)送出去。

上述“蒼蠅間諜”案是真是假，沽且不去考證。值得關(guān)注的是，隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，一種稱為“納米”或者“微納米”的新型武器已在加緊研制中。從目前的發(fā)展情況看，在這些武器中，發(fā)展最快、應(yīng)用最多的是納米尺寸或微米尺寸的飛行器。

要搞清楚微納米飛行器的性能和功用，首先要知道納米的基本概念。眾所周知，目前科研單位和工業(yè)部門(mén)在衡量和制造各種裝備儀器時(shí)，通常使用“米”這個(gè)長(zhǎng)度單位。當(dāng)遇到較小尺寸的裝置儀器時(shí)，則使用“厘米（1／100米）、“毫米”（1／1000米）和“微米”（1／1000000米）。隨著科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展、加工工藝水平不斷提高，各種空天飛行器日趨微型化，致使上述單位的使用不夠精確，難以滿足需要，因此人們引入和采用“納米”這一單位。

1納米為1／1000000000（10－9米），它是人類(lèi)肉眼根本無(wú)法分辨的極小的長(zhǎng)度單位。通常，人的頭發(fā)絲直徑約為7萬(wàn)納米（即000007米）。對(duì)微納米裝置，當(dāng)今各國(guó)有比較公認(rèn)的說(shuō)法：裝置和儀器尺寸在10毫米～1毫米之間的，稱為微型裝置；尺寸在1毫米～1微米（即1／1000米～1／1000000米），稱為微米裝置；尺寸在1微米～1納米或小于1納米（即1／1000000米～1／1000000000米）時(shí)，稱為納米裝置。因此，從嚴(yán)格意義上說(shuō)，納米飛行器是指尺寸在1微米～1納米之間或小于1納米的飛行裝置。為了使人們能更直觀地了解納米飛行器的功能與發(fā)展，一些專家有時(shí)也把十幾厘米以下的飛行器籠統(tǒng)地稱為微納米飛行器。

納米技術(shù)的起步上馬始于80代末，近幾年來(lái)的發(fā)展尤其神速。而目前各國(guó)投入人力、財(cái)力和物力最多的納米武器研究項(xiàng)目，就是納米飛行器。關(guān)于納米飛行器，如果細(xì)分，它們又可分為納米飛機(jī)、直升機(jī)和納米衛(wèi)星兩大類(lèi)。

對(duì)于微型飛機(jī)（實(shí)際上是納米飛機(jī)的前期過(guò)渡機(jī)），美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局提出的總體設(shè)想是：最大直徑不得超過(guò)15厘米；最大航程10公里以上；最大飛行速度至少達(dá)到40～50公里／小時(shí)；最大續(xù)航時(shí)間起碼達(dá)2小時(shí)。

但眼下，能夠較為滿足上述設(shè)計(jì)要求的僅有幾型微型飛機(jī)。其中比較突出的有：美國(guó)瓦伊倫門(mén)特航空公司研制的圓盤(pán)形“黑寡婦”微型飛機(jī)、三角形的“黃夾克”微型飛機(jī)和洛克希德·馬丁公司研制的“微星”微型飛機(jī)等。

“黑寡婦”微型機(jī)采用一種特殊的圓盤(pán)形透明外殼，直徑15厘米。機(jī)上試驗(yàn)使用的電池為高級(jí)鋰電池，其能量密度為100瓦·時(shí)／公斤。針對(duì)它的電池能量比較有限，研制部門(mén)采取了一個(gè)補(bǔ)救辦法：即在圓盤(pán)上安裝一個(gè)極薄的太陽(yáng)能電池板，以補(bǔ)充鋰電池能量的不足。“黑寡婦”重42克，機(jī)體材料局部是由輕木加強(qiáng)的、很堅(jiān)固的聚苯乙烯泡沫塑料制成，對(duì)方雷達(dá)極難探測(cè)到。經(jīng)過(guò)試飛試驗(yàn)，巡航速度可達(dá)48～64公里／小時(shí)，升阻比為3～4。該微型飛機(jī)上裝有微型攝像機(jī)，既可擔(dān)負(fù)傳感器的使命，又可充當(dāng)輔助的導(dǎo)航設(shè)備。

如今美國(guó)一個(gè)試驗(yàn)小組已研制成功重量不足3克的微型攝像機(jī)。它通過(guò)電荷耦合器件，將圖像轉(zhuǎn)化為電信號(hào)；其聚焦平面由1000×1000個(gè)象素組成，與高清晰度電視的分辨率大致相當(dāng)。利用這樣的高清晰度微型攝像機(jī)，在空中探測(cè)地面目標(biāo)時(shí)，就能比較容易辨別出究竟是坦克還是卡車(chē)甚至更小的目標(biāo)?！昂诠褘D”上裝有一套飛行控制系統(tǒng)，別看它僅重2克，卻可以利用3個(gè)通道來(lái)控制油門(mén)、升降副翼或方向舵和升降舵?！昂诠褘D”不僅形體小，雷達(dá)散射截面積?。欢覚C(jī)上電動(dòng)機(jī)噪音極低，具有極強(qiáng)的隱身性能。鑒于“黑寡婦”較為突出的綜合性能，美國(guó)國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局決定繼續(xù)對(duì)它加以改進(jìn)，使彩色攝像機(jī)的工作距離更遠(yuǎn)，機(jī)上發(fā)射機(jī)的有效功率更大，指令接收機(jī)有更多的選擇性以及推進(jìn)系統(tǒng)的功率更高等。

微型飛機(jī)的另一個(gè)典型是美國(guó)洛克希德·馬丁公司研制的“微星”。該微型飛機(jī)的機(jī)翼翼展為15厘米，起飛重量為85克，其中18克為有效載荷，9克為機(jī)殼，445克為動(dòng)力源，135克為隱身電力發(fā)動(dòng)機(jī)。它的巡航速度為48公里／小時(shí)，飛行距離為56公里。目前它的續(xù)航時(shí)間為20分鐘，下一步將增加到1小時(shí)甚至更長(zhǎng)一些。

“微星”上的主要功能部件，如各種安定面、數(shù)據(jù)傳輸、成像和數(shù)據(jù)處理等部件都采用一種半剛性的模塊式結(jié)構(gòu)，易于更換。洛克希德·馬丁公司還計(jì)劃研制一種按鈕式的彈射發(fā)射系統(tǒng)用于“微星”，使它在不消耗動(dòng)力儲(chǔ)備的情況下能爬升到一定高度。此外，該公司還正在為微型飛機(jī)研制一種非常先進(jìn)的微型發(fā)動(dòng)機(jī)，以提供更大的動(dòng)力。

美國(guó)佐治亞技術(shù)研究院研制的微型飛行器形狀則更為怪異。它的外貌頗似一只大蜻蜒或大蒼蠅。身上裝有一對(duì)垂直對(duì)置式機(jī)翼，豎立起來(lái)的高度只有10厘米。機(jī)翼是由塑料制成的，表面覆有一層聚脂膜。有關(guān)專家還擬在日后將塑料零件設(shè)計(jì)成空心的，以使空氣能從中間吹過(guò)。這種微型飛機(jī)的推進(jìn)系統(tǒng)與上述兩型微型飛機(jī)的推進(jìn)系統(tǒng)大相徑庭。它采用的是一種往復(fù)式的化學(xué)效應(yīng)設(shè)備，來(lái)為其對(duì)置式機(jī)翼（雙翅）或是其纖細(xì)的雙腿朝前爬行提供動(dòng)力。具體提供動(dòng)力的方式是：先將化學(xué)物質(zhì)注入反應(yīng)室，使之產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，生成一種氣體使翅膀拍動(dòng)起來(lái)升空，或腿能夠抬起、放下，爬向目標(biāo)。反應(yīng)中所產(chǎn)生的廢氣從機(jī)翼后緣的孔中吹出。這種巧妙的設(shè)計(jì)也能增大飛機(jī)的升力。該微型飛行器也有一根類(lèi)似蜻蜒的細(xì)長(zhǎng)尾部，主要用來(lái)供燃料儲(chǔ)存與調(diào)節(jié)。尾部的兩根尾須，則起平衡穩(wěn)定舵兼天線的作用。

以上介紹的幾種微型飛機(jī)翼展或高度都在10～15厘米左右，實(shí)際上算不上是真正的微型飛機(jī)（微型飛機(jī)尺寸應(yīng)為1厘米～1毫米之間），當(dāng)然就更稱不上是微米飛機(jī)或納米飛機(jī)了。下一步，各研制部門(mén)將在現(xiàn)有“微型”飛機(jī)的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步提高性能、大幅度縮小尺寸，盡早研制出真正的微型飛機(jī)，進(jìn)而發(fā)展微米飛機(jī)（1毫米～1微米）。至于真正的納米飛機(jī)的研制和問(wèn)世，恐怕還是比較遙遠(yuǎn)的事。

微型飛機(jī)由于體積小、性能好，因而能執(zhí)行多項(xiàng)任務(wù)，甚至完成其他飛機(jī)所無(wú)法實(shí)施的任務(wù)。

一是低空偵察。前面介紹的前兩種微型飛機(jī)特別適宜于50米左右的空中執(zhí)行偵察任務(wù)。它的最高飛行高度可達(dá)150米。微型飛機(jī)還可以貼近目標(biāo)實(shí)施偵察，尤其是對(duì)地勢(shì)險(xiǎn)要或人員無(wú)法到達(dá)的地區(qū)進(jìn)行偵察，并能夠?qū)崟r(shí)準(zhǔn)確地把偵察到的信息傳送回來(lái)。

二是實(shí)施突襲。別看微型飛機(jī)個(gè)頭小，攜載量有限，但一旦它裝上一些效能較高的彈藥或是一些非致命性的武器，就能趁敵不備實(shí)施各種突襲和打擊，往往能收到事半功倍的戰(zhàn)果。

三是通信中繼。微型飛機(jī)上裝設(shè)攝像機(jī)和傳送機(jī)后，每秒至少可拍攝30個(gè)以上的鏡頭或畫(huà)面，并能實(shí)時(shí)傳輸給作戰(zhàn)指揮中心或前線戰(zhàn)士手中的微型計(jì)算機(jī)。這種微型飛機(jī)不必?fù)?dān)心傷亡，若被擊落可及時(shí)增派新機(jī)。

四是信號(hào)干擾。微型飛機(jī)本身就是一種干擾機(jī)，雖然這種干擾信號(hào)較弱，但它能非?？拷鼣忱走_(dá)、通信設(shè)施工作區(qū)，有效地干擾敵人的雷達(dá)等設(shè)施。如果需要增大干擾效果，還可增加微型飛機(jī)數(shù)量，實(shí)行“群起干擾之”的戰(zhàn)術(shù)。

五是生化探測(cè)。生化武器帶來(lái)的危害和威脅，即使在現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)上也令人“談其色變”。三防人員要進(jìn)行探測(cè)與操作，容易造成沾染乃至不必要的傷亡。而微型飛機(jī)可“毫無(wú)顧忌”地飛入目標(biāo)區(qū)上空進(jìn)行仔細(xì)周密的探測(cè)，不存在人員傷亡問(wèn)題。此外，還可執(zhí)行目標(biāo)指示等多項(xiàng)任務(wù)。

納米飛行器的另一大類(lèi)——納米衛(wèi)星（嚴(yán)格地說(shuō)目前至多只能稱其為微型衛(wèi)星），近幾年來(lái)的發(fā)展也十分迅速，現(xiàn)已基本完成了設(shè)計(jì)構(gòu)想。

設(shè)計(jì)研制中的一種硅納米衛(wèi)星裝配成后，整個(gè)衛(wèi)星高度僅為10厘米，直徑約為15厘米，全重只有100克。這種衛(wèi)星是由靜電微電機(jī)、激光陀螺儀以及有關(guān)傳感器和發(fā)射機(jī)等核心部件組成，集成安裝到半導(dǎo)體圓片上。由于體積小、重量輕，上千顆這樣的衛(wèi)星，只需用一枚小型運(yùn)載火箭就可將其全部發(fā)射升空，并形成一個(gè)多軌道的星座系統(tǒng)。該系統(tǒng)足以保證對(duì)地球上任意一點(diǎn)實(shí)施連續(xù)覆蓋。如果使用太陽(yáng)同步低地球軌道，可連續(xù)、不間斷地對(duì)地球目標(biāo)監(jiān)視和信息轉(zhuǎn)發(fā)。若使用18條等間隔軌道，每條軌道上部署36顆，總共布設(shè)648顆衛(wèi)星，就足以覆蓋地球上所有的點(diǎn)。按此部署，地球上任意一點(diǎn)，每265分鐘將能看到一顆新衛(wèi)星出現(xiàn)；每42分鐘，將有一顆衛(wèi)星重復(fù)過(guò)頂。而且緯度越高，覆蓋率越大。

一般情況下，普通偵察衛(wèi)星從一個(gè)目標(biāo)上方經(jīng)過(guò)的時(shí)間一次只十幾分鐘，要想對(duì)同一目標(biāo)進(jìn)行重復(fù)偵察，少則需10來(lái)個(gè)小時(shí)，多則需幾天甚至幾周。這說(shuō)明，即使十分先進(jìn)的照相偵察衛(wèi)星也存在偵察與探測(cè)的“盲區(qū)”和死角。

納米衛(wèi)星的最大優(yōu)點(diǎn)是其整體功能是由星座來(lái)完成的，可以實(shí)現(xiàn)全天候全時(shí)偵察。由于它不是靠星座中的某一個(gè)基本組合模塊（即子衛(wèi)星）來(lái)單獨(dú)執(zhí)行的，因此，某一子衛(wèi)星損壞后雖然會(huì)降低某些功能，但對(duì)全局不會(huì)有太大的影響；只需通過(guò)置換損壞的部分，即可得以修復(fù)。這樣可避免因個(gè)別納米衛(wèi)星受損和部分系統(tǒng)失敗所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)。納米衛(wèi)星還有一個(gè)突出特點(diǎn)，就是造價(jià)低，能批量生產(chǎn)。加之體積小，對(duì)方難以在太空中尋覓并打擊；即使被發(fā)現(xiàn)，若采用價(jià)格昂貴的武器如空間激光武器打擊，也得不償失，且只能摧毀小部分。

微型衛(wèi)星雖已展示出極為誘人的前景，但時(shí)至今日基本上還只停留在構(gòu)想概念階段；要想把構(gòu)想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，還需很好地解決一些技術(shù)問(wèn)題：如微型推進(jìn)系統(tǒng)技術(shù)，子衛(wèi)星之間的連接等等。不過(guò)，隨著微電子設(shè)備和微工程傳感器的發(fā)展，肯定會(huì)有越來(lái)越多的微型衛(wèi)星和微米衛(wèi)星問(wèn)世和應(yīng)用。在不久的將來(lái)，太空中定會(huì)閃現(xiàn)納米衛(wèi)星的身影。