物理学与军事科学及航空航天

1、第十章第十章物理学与军事科学及航空航天物理学与军事科学及航空航天2011-11-14 国防军事力量是国家发展的保障。各国都极国防军事力量是国家发展的保障。各国都极其重视。其重视。 政治、经济、科学技术是国家强大的基石和政治、经济、科学技术是国家强大的基石和保障保障 1840年开始近一个世纪，经济贫穷，政治腐年开始近一个世纪，经济贫穷，政治腐败，外交无能，军事落后，备受帝国主义侵败，外交无能，军事落后，备受帝国主义侵略与奴役。略与奴役。 1949年开始，中国如巨人，屹立在年开始，中国如巨人，屹立在 世界的世界的 东方东方 中国的国防现代化，空间技术现代化发展中国的国防现代化，空间技术现代化发展一

2、一. 物理学与军事科学物理学与军事科学侦察、定位：侦察、定位：光学（成像）光学（成像）无线电（测向定位）无线电（测向定位）雷达（微波，激光雷达（微波，激光 定位，跟踪）定位，跟踪）放射性监测（核武器，核基地，核试验）放射性监测（核武器，核基地，核试验）卫星定位（卫星定位（GPS）声纳（猎潜，跟踪）声纳（猎潜，跟踪）激光（测距）激光（测距）预警飞机（监测，指挥）预警飞机（监测，指挥）无人飞机（侦察，攻击）无人飞机（侦察，攻击）红外夜视、瞄准红外夜视、瞄准以地面为目标的雷达可以地面为目标的雷达可以探测地面物体的精确以探测地面物体的精确形状。形状。防空雷达防空雷达 雷达将电磁波定向发射雷达将电磁波定

3、向发射至空间，根据接收空间至空间，根据接收空间存在物体所反射的电磁存在物体所反射的电磁波，计算出该物体的方波，计算出该物体的方向、高度及速度向、高度及速度反侦察与反定位，防窃听反侦察与反定位，防窃听 干扰与抗干扰干扰与抗干扰 电磁波电磁波 超声波超声波 隐形技术隐形技术美国美国E3A望楼望楼全天候预警机全天候预警机俄罗斯俄罗斯A50中坚中坚预警机预警机 以色列以色列“费尔康费尔康”预警机预警机 预警机装有远程搜索雷达、数据处理、敌我识别以及通信导航、指挥控制、电预警机装有远程搜索雷达、数据处理、敌我识别以及通信导航、指挥控制、电子对抗等完善电子设备，集预警、指挥、控制、通信和情报为一体，用于搜

4、索、子对抗等完善电子设备，集预警、指挥、控制、通信和情报为一体，用于搜索、监视与跟踪空中和海上目标，并指挥、引导己方飞机执行作战任务的作战支援监视与跟踪空中和海上目标，并指挥、引导己方飞机执行作战任务的作战支援飞机，是现代高技术战争中重要的武器装备飞机，是现代高技术战争中重要的武器装备 导航，控制与制导：导航，控制与制导： 无线电导航（卫星，无人攻击飞机）无线电导航（卫星，无人攻击飞机） 武器精确制导（导弹制导武器精确制导（导弹制导 飞机，坦克）飞机，坦克） 核动力潜艇核动力潜艇惯性制导，惯性制导，GPS，北斗，原子钟，激光陀螺，热，光，北斗，原子钟，激光陀螺，热，光侦察卫星侦察卫星 侦察、跟

5、踪、监视侦察、跟踪、监视多波段成像，图象分析，信息多波段成像，图象分析，信息传递，天空，外空，导弹防御系统传递，天空，外空，导弹防御系统 救助救助防御防御雷达，红外，声纳（隐形飞机雷达，红外，声纳（隐形飞机B2，F-22，吸收，漫反射，屏蔽），吸收，漫反射，屏蔽）材料（吸收）材料（吸收）无线电，光学，卫星（干扰）无线电，光学，卫星（干扰）预警飞机，导弹防御系统预警飞机，导弹防御系统潜艇防声纳（吸收，漫反射）潜艇防声纳（吸收，漫反射）扫雷扫雷(电，声，磁，压力电，声，磁，压力)干扰干扰(红外，电磁波）红外，电磁波）B52轰炸机的雷达反射截面为轰炸机的雷达反射截面为1000平方米平方米米格米格29

6、为为25平方米平方米BlB为不足为不足1平方米，平方米，B2A只有不到只有不到0.1平方米，相当于一只飞鸟的雷平方米，相当于一只飞鸟的雷达反射截面，一般雷达很难发现。达反射截面，一般雷达很难发现。 机体喷涂特制吸波雷达波的油机体喷涂特制吸波雷达波的油漆，降低探测雷达的回波漆，降低探测雷达的回波雷达波会绕舱体外形雷达波会绕舱体外形“爬行爬行”，不易被反射回去不易被反射回去 机体采用碳纤维和石墨等复合机体采用碳纤维和石墨等复合材料，不易反射雷达波材料，不易反射雷达波 雷达波经多次折射后衰减雷达波经多次折射后衰减 采用喷口温度调节技术，减少采用喷口温度调节技术，减少红外暴露信号红外暴露信号F-22隐

7、形战斗机隐形战斗机B-2隐形战略轰炸机隐形战略轰炸机 核武器核武器（原子弹，氢弹，中子弹），曼哈顿计划（原子弹，氢弹，中子弹），曼哈顿计划 非杀伤性武器：非杀伤性武器：激光致盲，次声波，微波，光激光致盲，次声波，微波，光+声声+震震 激光武器激光武器（地基与空间，攻击洲际导弹、航空器、卫（地基与空间，攻击洲际导弹、航空器、卫星致盲），星致盲）， 电磁辐射电磁辐射（计算机与通讯系统）（计算机与通讯系统） 反恐反恐（毒品爆炸物检测（毒品爆炸物检测X射线，放射性，微波，射线，放射性，微波，光谱，化学，生物）光谱，化学，生物）1964年中国第一颗原子弹1967年中国第一颗氢弹三叉戟核潜艇装载洲际弹道导

8、弹三叉戟核潜艇装载洲际弹道导弹中国第一种洲际弹道导弹中国第一种洲际弹道导弹东风东风-5洲洲际地对地弹道导弹际地对地弹道导弹 （15000Km）中国中国FT-1精确制导炸弹精确制导炸弹 美国美国JDAM精确制导炸弹很需要精确制导炸弹很需要GPS制导制导 洲际弹道导弹洲际弹道导弹导弹精确制导需要精密定位与控制导弹精确制导需要精密定位与控制“雷霆雷霆”-2激光制导炸弹激光导引部激光制导炸弹激光导引部 国产国产“雷石雷石”-6滑翔制导炸弹滑翔制导炸弹 激光制导炸弹利用来自目标的反射激激光制导炸弹利用来自目标的反射激光引导炸弹飞向目标光引导炸弹飞向目标美军激光武器试验进行中美军激光武器试验进行中 美国考

9、虑美国考虑“先发制人先发制人”攻击攻击他国卫星或地面指挥站，剥夺对他国卫星或地面指挥站，剥夺对手太空对抗的能力手太空对抗的能力中国已具有反卫星武器，可中国已具有反卫星武器，可破坏大多数低轨卫星破坏大多数低轨卫星美国的太空反卫星武器示意图美国的太空反卫星武器示意图 美国进行大功率激光束发射试验美国进行大功率激光束发射试验 2006年秋，美国一颗间谍卫星所装备的相机被中国高能年秋，美国一颗间谍卫星所装备的相机被中国高能激光致盲激光致盲中国进行了从地面摧毁其气象卫星的试验，突显具有空间中国进行了从地面摧毁其气象卫星的试验，突显具有空间战能力战能力中国具有的反卫星导弹可击落低轨道卫星，包括中国具有的反

10、卫星导弹可击落低轨道卫星，包括GPS导航导航定位卫星、侦察卫星、通讯卫星、军事卫星、气象卫星、定位卫星、侦察卫星、通讯卫星、军事卫星、气象卫星、海洋卫星、导弹预警卫星等海洋卫星、导弹预警卫星等GPS系统系统 1957年，苏联第一颗人造卫星升空后，美国研究人员偶然发现，卫年，苏联第一颗人造卫星升空后，美国研究人员偶然发现，卫星所发出的电波具有定位功能。星所发出的电波具有定位功能。1960年，美国第一颗导航卫星年，美国第一颗导航卫星“子午仪子午仪”升空，开始了导航卫星的升空，开始了导航卫星的新时代，经过新时代，经过20年，耗资年，耗资200亿美元，全球定位系统亿美元，全球定位系统GPS于于1994

11、年全面年全面建成。建成。GPS系统由空间部分、地面控制部分和用户接收设备三部分组成。系统由空间部分、地面控制部分和用户接收设备三部分组成。空间部分由空间部分由21颗颗GPS卫星和卫星和3颗备份卫星组成，在地球上的任何地点、任颗备份卫星组成，在地球上的任何地点、任何时间，都可以通过接收机同时收到来自何时间，都可以通过接收机同时收到来自4颗卫星的信号；颗卫星的信号；GPS通过测定通过测定由由3颗卫星发出的信号至测定点接收到信号所需要的时间，计算出测定点颗卫星发出的信号至测定点接收到信号所需要的时间，计算出测定点到到3颗卫星的距离，再根据各卫星当时所处的位置信息，就可计算出测定颗卫星的距离，再根据各

12、卫星当时所处的位置信息，就可计算出测定点的经纬度。点的经纬度。GPS卫星装有原子钟，卫星装有原子钟，30万年内误差不超过一秒，连续不断地向地万年内误差不超过一秒，连续不断地向地球发送时间和位置信息。可用于提供精确的位置。球发送时间和位置信息。可用于提供精确的位置。GPS目前为世界各国所采用，美国向外国提供低精度的卫星信号，目前为世界各国所采用，美国向外国提供低精度的卫星信号，对美军则提供最精确的信号。对美军则提供最精确的信号。中国中国“北斗北斗”导航卫星使用示意图导航卫星使用示意图 俄罗斯耗资俄罗斯耗资30多亿美元建起了自己的全球卫星导航系统，多亿美元建起了自己的全球卫星导航系统，打破美国垄断

13、打破美国垄断欧盟启动了伽利略全球卫星导航定位系统计划。欧盟启动了伽利略全球卫星导航定位系统计划。中国的全球定位系统中国的全球定位系统北斗卫星导航系统，北斗卫星导航系统，自自2000年以年以来，已成功发射来，已成功发射10多颗卫星，建立北斗一代和北斗二代系统，多颗卫星，建立北斗一代和北斗二代系统，精度达精度达10米。米。国产北斗卫星导航定位系统显示大屏幕国产北斗卫星导航定位系统显示大屏幕 电磁辐射武器：破坏通讯指挥与控制系统电磁辐射武器：破坏通讯指挥与控制系统雷电电磁脉冲对微电子化、高度集成化的信息设备雷电电磁脉冲对微电子化、高度集成化的信息设备造成干扰与毁伤造成干扰与毁伤对于现代战争形态和作战

14、样式的发展与变化，用电对于现代战争形态和作战样式的发展与变化，用电磁武器攻击计算机网络、卫星系统等信息系统，使磁武器攻击计算机网络、卫星系统等信息系统，使电子设备形成永久的损伤及通讯系统瘫痪。电子设备形成永久的损伤及通讯系统瘫痪。微波武器微波武器: 热效应热效应次声波武器次声波武器 （f 20 Hz)：共振效应：共振效应 中国拥有多种核动力和常规动力潜艇。中国拥有多种核动力和常规动力潜艇。中国潜艇的技术发展（静音，武器携带，火控技术）中国潜艇的技术发展（静音，武器携带，火控技术）水雷武器按布设方式分类，主要有沉底雷、锚雷、火水雷武器按布设方式分类，主要有沉底雷、锚雷、火箭上浮式水雷、漂雷、定深

15、水雷等；按制导方式分类箭上浮式水雷、漂雷、定深水雷等；按制导方式分类主要有碰撞触发式、音响自导式、磁感应式、电脑识主要有碰撞触发式、音响自导式、磁感应式、电脑识别式、遥控制导式等，涉及各种布雷及扫雷技术。别式、遥控制导式等，涉及各种布雷及扫雷技术。二二. 航天科技航天科技 卫星卫星 同步通信卫星同步通信卫星 侦察卫星侦察卫星 洲际弹道导弹洲际弹道导弹 宇宙飞船宇宙飞船涉及物理学内容包括：涉及物理学内容包括：天文学，力学，空气动力学（轨道，飞行）天文学，力学，空气动力学（轨道，飞行）电磁学（无线电通信与控制，定位）电磁学（无线电通信与控制，定位）光学，热力学，原子物理，材料，光学，热力学，原子物

16、理，材料，1957年年10月苏联月苏联世界第一颗人造地球卫星世界第一颗人造地球卫星 1961 年苏联东方红载人飞船年苏联东方红载人飞船1969年美国阿波罗年美国阿波罗11号飞号飞船实现载人登月船实现载人登月 “阿波罗阿波罗”工程是当代规模最大、耗资最多的科技项工程是当代规模最大、耗资最多的科技项目之一目之一 导致导致60至至70年代产生了液体燃料火箭、微波雷达、无年代产生了液体燃料火箭、微波雷达、无线电制导、合成材料、计算机等一大批高科技工业群线电制导、合成材料、计算机等一大批高科技工业群体体 取得的技术进步成果向民用转移，带动整个科技发展取得的技术进步成果向民用转移，带动整个科技发展与工业繁荣，其二次开发应用的效益远远超过与工业繁荣，其二次开发应用的效益远远超过“阿波阿波罗罗”计划本身所带来的直接经济与社会效益计划本身所带来的直接经济与社会效益俄联盟飞船成功与国际空间站对接俄联盟飞船成功与国际空间站对接亚特兰蒂斯号航天飞机发射亚特兰蒂斯号航天飞机发射挑战者号航天飞机遇难挑战者号航天飞机遇难嫦娥一号发射成功嫦娥一号发射成功 嫦娥一号卫星传回的第一幅嫦娥一号卫星传回的第一幅月面图像月面图像 天宫天宫1号号 神舟神舟8号号对接对接问题：天宫问题：天宫1号号 神舟神舟8号发射、入轨飞号发射、入轨飞行与对接过程涉及哪些物理系原理？行与对接过程涉及哪些物