空天小不点

写文：李杰 迎南

80年代初，所谓的前苏联克格勃“苍蝇间谍”案曾广为流传。说的是当年美国驻某国大使馆中一份极为重要的情报不知何因被克格勃窃走了。美国中央情报局的首脑极为恼火，立即派了一名高级特工约翰逊前往侦破。约翰逊费了九牛二虎之力却找不到一点蛛丝马迹，后来无意中才发现竟是一只苍蝇在作怪。随即他又消灭了几只苍蝇，结果发现在苍蝇身体中被安置了一种超微型的电台。显然，情报是被它们窃取去的。而且，这些苍蝇即便死去，微型电台照 样会把窃听到的情报发送出去。

上述“苍蝇间谍”案是真是假，沽且不去考证。值得关注的是，随着现代科技的发展，一种称为“纳米”或者“微纳米”的新型武器已在加紧研制中。从目前的发展情况看，在这些武器中，发展最快、应用最多的是纳米尺寸或微米尺寸的飞行器。

要搞清楚微纳米飞行器的性能和功用，首先要知道纳米的基本概念。众所周知，目前科研单位和工业部门在衡量和制造各种装备仪器时，通常使用“米”这个长度单位。当遇到较小尺寸的装置仪器时，则使用“厘米（1／100米）、“毫米”（1／1000米）和“微米”（1／1000000米）。随着科学技术飞速发展、加工工艺水平不断提高，各种空天飞行器日趋微型化，致使上述单位的使用不够精确，难以满足需要，因此人们引入和采用“纳米”这一单位。

1纳米为1／1000000000（10－9米），它是人类肉眼根本无法分辨的极小的长度单位。通常，人的头发丝直径约为7万纳米（即000007米）。对微纳米装置，当今各国有比较公认的说法：装置和仪器尺寸在10毫米～1毫米之间的，称为微型装置；尺寸在1毫米～1微米（即1／1000米～1／1000000米），称为微米装置；尺寸在1微米～1纳米或小于1纳米（即1／1000000米～1／1000000000米）时，称为纳米装置。因此，从严格意义上说，纳米飞行器是指尺寸在1微米～1纳米之间或小于1纳米的飞行装置。为了使人们能更直观地了解纳米飞行器的功能与发展，一些专家有时也把十几厘米以下的飞行器笼统地称为微纳米飞行器。

纳米技术的起步上马始于80代末，近几年来的发展尤其神速。而目前各国投入人力、财力和物力最多的纳米武器研究项目，就是纳米飞行器。关于纳米飞行器，如果细分，它们又可分为纳米飞机、直升机和纳米卫星两大类。

对于微型飞机（实际上是纳米飞机的前期过渡机），美国国防高级研究计划局提出的总体设想是：最大直径不得超过15厘米；最大航程10公里以上；最大飞行速度至少达到40～50公里／小时；最大续航时间起码达2小时。

但眼下，能够较为满足上述设计要求的仅有几型微型飞机。其中比较突出的有：美国瓦伊伦门特航空公司研制的圆盘形“黑寡妇”微型飞机、三角形的“黄夹克”微型飞机和洛克希德·马丁公司研制的“微星”微型飞机等。

“黑寡妇”微型机采用一种特殊的圆盘形透明外壳，直径15厘米。机上试验使用的电池为高级锂电池，其能量密度为100瓦·时／公斤。针对它的电池能量比较有限，研制部门采取了一个补救办法：即在圆盘上安装一个极薄的太阳能电池板，以补充锂电池能量的不足。“黑寡妇”重42克，机体材料局部是由轻木加强的、很坚固的聚苯乙烯泡沫塑料制成，对方雷达极难探测到。经过试飞试验，巡航速度可达48～64公里／小时，升阻比为3～4。该微型飞机上装有微型摄像机，既可担负传感器的使命，又可充当辅助的导航设备。

如今美国一个试验小组已研制成功重量不足3克的微型摄像机。它通过电荷耦合器件，将图像转化为电信号；其聚焦平面由1000×1000个象素组成，与高清晰度电视的分辨率大致相当。利用这样的高清晰度微型摄像机，在空中探测地面目标时，就能比较容易辨别出究竟是坦克还是卡车甚至更小的目标。“黑寡妇”上装有一套飞行控制系统，别看它仅重2克，却可以利用3个通道来控制油门、升降副翼或方向舵和升降舵。“黑寡妇”不仅形体小，雷达散射截面积小；而且机上电动机噪音极低，具有极强的隐身性能。鉴于“黑寡妇”较为突出的综合性能，美国国防高级研究计划局决定继续对它加以改进，使彩色摄像机的工作距离更远，机上发射机的有效功率更大，指令接收机有更多的选择性以及推进系统的功率更高等。

微型飞机的另一个典型是美国洛克希德·马丁公司研制的“微星”。该微型飞机的机翼翼展为15厘米，起飞重量为85克，其中18克为有效载荷，9克为机壳，445克为动力源，135克为隐身电力发动机。它的巡航速度为48公里／小时，飞行距离为56公里。目前它的续航时间为20分钟，下一步将增加到1小时甚至更长一些。

“微星”上的主要功能部件，如各种安定面、数据传输、成像和数据处理等部件都采用一种半刚性的模块式结构，易于更换。洛克希德·马丁公司还计划研制一种按钮式的弹射发射系统用于“微星”，使它在不消耗动力储备的情况下能爬升到一定高度。此外，该公司还正在为微型飞机研制一种非常先进的微型发动机，以提供更大的动力。

美国佐治亚技术研究院研制的微型飞行器形状则更为怪异。它的外貌颇似一只大蜻蜒或大苍蝇。身上装有一对垂直对置式机翼，竖立起来的高度只有10厘米。机翼是由塑料制成的，表面覆有一层聚脂膜。有关专家还拟在日后将塑料零件设计成空心的，以使空气能从中间吹过。这种微型飞机的推进系统与上述两型微型飞机的推进系统大相径庭。它采用的是一种往复式的化学效应设备，来为其对置式机翼（双翅）或是其纤细的双腿朝前爬行提供动力。具体提供动力的方式是：先将化学物质注入反应室，使之产生化学反应，生成一种气体使翅膀拍动起来升空，或腿能够抬起、放下，爬向目标。反应中所产生的废气从机翼后缘的孔中吹出。这种巧妙的设计也能增大飞机的升力。该微型飞行器也有一根类似蜻蜒的细长尾部，主要用来供燃料储存与调节。尾部的两根尾须，则起平衡稳定舵兼天线的作用。

以上介绍的几种微型飞机翼展或高度都在10～15厘米左右，实际上算不上是真正的微型飞机（微型飞机尺寸应为1厘米～1毫米之间），当然就更称不上是微米飞机或纳米飞机了。下一步，各研制部门将在现有“微型”飞机的基础上，进一步提高性能、大幅度缩小尺寸，尽早研制出真正的微型飞机，进而发展微米飞机（1毫米～1微米）。至于真正的纳米飞机的研制和问世，恐怕还是比较遥远的事。

微型飞机由于体积小、性能好，因而能执行多项任务，甚至完成其他飞机所无法实施的任务。

一是低空侦察。前面介绍的前两种微型飞机特别适宜于50米左右的空中执行侦察任务。它的最高飞行高度可达150米。微型飞机还可以贴近目标实施侦察，尤其是对地势险要或人员无法到达的地区进行侦察，并能够实时准确地把侦察到的信息传送回来。

二是实施突袭。别看微型飞机个头小，携载量有限，但一旦它装上一些效能较高的弹药或是一些非致命性的武器，就能趁敌不备实施各种突袭和打击，往往能收到事半功倍的战果。

三是通信中继。微型飞机上装设摄像机和传送机后，每秒至少可拍摄30个以上的镜头或画面，并能实时传输给作战指挥中心或前线战士手中的微型计算机。这种微型飞机不必担心伤亡，若被击落可及时增派新机。

四是信号干扰。微型飞机本身就是一种干扰机，虽然这种干扰信号较弱，但它能非常靠近敌雷达、通信设施工作区，有效地干扰敌人的雷达等设施。如果需要增大干扰效果，还可增加微型飞机数量，实行“群起干扰之”的战术。

五是生化探测。生化武器带来的危害和威胁，即使在现代战场上也令人“谈其色变”。三防人员要进行探测与操作，容易造成沾染乃至不必要的伤亡。而微型飞机可“毫无顾忌”地飞入目标区上空进行仔细周密的探测，不存在人员伤亡问题。此外，还可执行目标指示等多项任务。

纳米飞行器的另一大类——纳米卫星（严格地说目前至多只能称其为微型卫星），近几年来的发展也十分迅速，现已基本完成了设计构想。

设计研制中的一种硅纳米卫星装配成后，整个卫星高度仅为10厘米，直径约为15厘米，全重只有100克。这种卫星是由静电微电机、激光陀螺仪以及有关传感器和发射机等核心部件组成，集成安装到半导体圆片上。由于体积小、重量轻，上千颗这样的卫星，只需用一枚小型运载火箭就可将其全部发射升空，并形成一个多轨道的星座系统。该系统足以保证对地球上任意一点实施连续覆盖。如果使用太阳同步低地球轨道，可连续、不间断地对地球目标监视和信息转发。若使用18条等间隔轨道，每条轨道上部署36颗，总共布设648颗卫星，就足以覆盖地球上所有的点。按此部署，地球上任意一点，每265分钟将能看到一颗新卫星出现；每42分钟，将有一颗卫星重复过顶。而且纬度越高，覆盖率越大。

一般情况下，普通侦察卫星从一个目标上方经过的时间一次只十几分钟，要想对同一目标进行重复侦察，少则需10来个小时，多则需几天甚至几周。这说明，即使十分先进的照相侦察卫星也存在侦察与探测的“盲区”和死角。

纳米卫星的最大优点是其整体功能是由星座来完成的，可以实现全天候全时侦察。由于它不是靠星座中的某一个基本组合模块（即子卫星）来单独执行的，因此，某一子卫星损坏后虽然会降低某些功能，但对全局不会有太大的影响；只需通过置换损坏的部分，即可得以修复。这样可避免因个别纳米卫星受损和部分系统失败所带来的风险。纳米卫星还有一个突出特点，就是造价低，能批量生产。加之体积小，对方难以在太空中寻觅并打击；即使被发现，若采用价格昂贵的武器如空间激光武器打击，也得不偿失，且只能摧毁小部分。

微型卫星虽已展示出极为诱人的前景，但时至今日基本上还只停留在构想概念阶段；要想把构想变为现实，还需很好地解决一些技术问题：如微型推进系统技术，子卫星之间的连接等等。不过，随着微电子设备和微工程传感器的发展，肯定会有越来越多的微型卫星和微米卫星问世和应用。在不久的将来，太空中定会闪现纳米卫星的身影。