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戰略性新興材料如何提升軍隊“衣、食、住、行”

2017年03月22日 16:41:45 來源: 科技日報

    原標題:決勝陸海空的“幕後推手”——戰略性新興材料如何提升軍隊“衣、食、住、行”

    戰略性新興材料的出現和應用為國防安全提供了有力保障。有人稱,將新材料注入到海、陸、空的軍隊裝備之中,如同“幕後推手”刷新了戰爭規則。那麼,它們是如何“亮大招”的呢?就相關話題,科技日報記者近日專訪了全國特種合成纖維信息中心主任、北京新材料技術協會名譽會長、國家級有突出貢獻專家羅益鋒。

    陸軍:輕裝蓄載超強戰鬥力

    “地面部隊車輛輕量化、遠端化和節能,以及綜合運載能力等,是陸軍為之努力提升的目標。”羅益鋒首先指出。

    他説,不同的運載對象,將採用不同的新材料。對于運送部隊來説,車輛的輕量化、安全性和隱蔽性至關重要;對于運載戰略導彈等龐大的武器係統而言,要求運載工具的平臺除了具有足夠的運載能力外,還要有抗衝擊、耐高低溫、阻燃和隱身等特性。其輪胎可採用芳綸等作為骨架材料,取代通用的鋼絲胎。

    同時,可採用中國獨有的發明專利“中空微奈米陶瓷粉體”摻入輪胎的橡膠中,全面提升輪胎的抗衝擊、耐磨、阻燃和耐高低溫等特性,而且可進一步實現輕量化和降低成本。

    對軍用車輛來説,提高安全性和延長續駛距離相當關鍵。未來的軍車可採用新型動力電池,如媒體報道的石墨烯電池,在研發階段就可實現充電8—10分鐘,可跑1000公里;還有固體釩動力電池,車輛跑1000公里,這種電池體積只有78立升,品質僅176公斤左右,而採用現在最先進的鋰離子電池達到同樣的裏程,體積需要1340立升,且品質為1080公斤,而且更換釩粉的時間只需三五分鐘,就可以繼續行駛。這對部隊戰車的現代化至關重要。

    羅益鋒強調,有一種超高性能碳纖維,其強度和模量比T1000碳纖維提高10倍,改變了過去碳纖維的脆性缺點,當其復合材料用作坦克和裝甲車的結構材料時,防穿甲彈能力可提高6倍。

    海軍:潛艇變身靜隱“黑魚”

    為應對日益復雜的瀕海作戰環境,許多軍事強國不斷強化材料的綜合性能,以提升艦船、潛艇的作戰和防禦能力。

    羅益鋒介紹,目前航母正向大型化方向發展,如美國新一代10萬噸級福特號航母,大量使用各種新材料、新型武器裝備和電子系統。它可裝載更多的艦載機,因此其夾板和船體需採用特種鋼材、復合鋼板等新材料,達到防彈、抗衝擊、阻燃、耐高低溫和耐磨等綜合要求。

    對潛艇而言,所用結構材料,既要耐深海的水壓,又要防海底聲吶、魚雷、水雷及反潛武器的攻擊,又要盡可能輕量化、節能。因此,美國的先進試驗潛艇在特種鋼制艇身的表面,先纏繞輕量而又防彈的超高分子量聚乙烯纖維預浸料,再用碳纖維纏繞包裹。

    為了讓潛艇能長期潛伏海底,其動力係統都使用核動力,那麼,其發動機葉片和殼體要求耐高溫、抗輻射的碳化矽纖維等復合材料。士兵的軍服也需要防輻射的布料。

    而為了不被雷達反射和探測到,潛艇就得如同一條安靜又隱蔽的“黑魚”,這需要採用特殊的隱身涂層。我國研究人員成功研發了一種類似變色龍的陶瓷型材料,能夠巧妙地處理與之發生接觸的聲波。這就意味著,負責分析潛艇聲波圖的聲吶操作員,會誤以為目標潛艇是一條鯊魚,或是龐大的魚群,甚至是友方潛艇。

    為了提高軍船耐海水腐蝕,航母、艦隊及潛艇都須採用重防腐涂料。若採用添加石墨烯、碳奈米管及奈米氧化鋯等涂料,造價昂貴,而選擇中空微奈米陶瓷粉體也可達到上述目的,因為其自身可耐高溫達1500℃,耐低溫和保溫性也良好。當兩只船相遇擦邊時,耐劃傷性優良。更重要的是,這種涂料可以避免船體附著貝殼類等海上生物。

    空軍:戰鬥機隱身防彈樣樣行

    “現在的空軍,作為性能優良的戰鬥機、殲擊機,要兼備攻擊型和防禦性。在空中格鬥,上下翻滾,要做到機動性強、輕量化、遠端化,還要具有隱身、防彈和遮罩電磁波的性能。”羅益鋒説。

    他説,為了達此目的,軍用飛機上採用的碳纖維復合材料越來越多,例如,美國的F16、F12、F35這些數字代表碳纖維復合材料在軍機身上所佔的大體比例,碳纖維用量越大,就越輕質高強,可實現遠端化、機動化和節能等。軍用無人機、偵察機等也是採用碳纖維復合材料。並且,動力係統的發動機周邊要採用耐高溫氧化性的碳化矽纖維復合材料,而它的噴氣口需用耐高溫燒蝕材料。

    與此同時,其機身外表為達到隱身目的,採用超材料或特殊的吸波及透波涂料。

    他指出,在信息化戰爭條件下,為防止敵方破壞衛星指揮係統,可在距離地面20萬—40萬米高的平流層,用“空中飛龍”或飛艇代替衛星進行數據傳輸、衛星定位、偵察等,在作戰情況下,還可攜帶武器攻擊敵方的軍事設施,而在和平時期,可以定點投放救災物資。當然,對它的膜材料要求非常高,首先要氣密性好,防止裏面比空氣還輕的氦氣散逸。其次要耐高低溫差,從白天50℃到晚上-60℃,其熱膨脹係數要非常小,而其骨架採取碳纖維復合材料,確保這些飛艇有足夠的駐空時間和攜帶足夠多的儀器裝備,而且,可通過遙控返回地面。(華淩)

【糾錯】 [責任編輯: 蔡琳琳 ]
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