MEMS在国防科工领域的应用教程分析.docVIP

MEMS在国防科工领域的应用 20世纪90年代以来，美军主导的海湾战争，科索沃战争和阿富汗战争，可以说是一部现代战争教科书，充分展示了高技术条件下现代战争的基本特点和发展趋势。人们看到的是高新技术武器装备大量运用，空天战场正在逐渐确立主导地位，利用巡航导弹等精确制导武器进行防区外远程精确打击成为重要的作战方式，先进的信息系统与作战系统极大提高了指挥效率。在海湾战争中，美军空中装备或通过空中发挥作用的武器多达44种，约占其高科技武器种类的78%。在阿战中，美军共投掷了精确制导弹药约1.3万多枚，占总投掷弹药量60%。由于信息系统与作战系统的高度一体化，在阿富汗的美军从发现一个机动目标到发动袭击仅需要10分钟时间。这一切令人惊讶的数据都建立在高科技信息技术的基础上，现代战争围绕信息的搜集，处理，分发，防护展开，信息化战争成为高技术战争的基本形态，夺取和保持信息权成为作战的中心。信息技术在未来战争中有着重要的地位：未来战争中指挥中心、武器系统、甚至士兵本人将使用不同层次的（军事）信息系统, 使部队作战时情况明, 战斗力强, 并能迅速的控制战场; 这是推动MEMS技术在军事领域中应用的动力。欧、美和日本均把MEMS作为高科技放在优先发展的地位, 并得到国防部门的大力支持。 MEMS产品在信息采集, 军事设施监控, 改进武器系统、指挥系统和后勤保障体系, 尤其在国防科技研究领域大有用武之地。本文介绍MEMS产品在军事领域应用的若干实例, 以展示其应用前景。可以相信, 随着MEMS研究的深入开展, 其产品对于国防技术的现代化有着十分重要的作用。 1　惯性测量器件的应用 采用微机械加工技术已研制成加速度传感器和陀螺仪等惯性测量器件, 前者发展比较成熟, 陀螺仪的制造比加速度传感器复杂, 其性能正在不断提高。军事上对惯性测量元件要求很苛刻, 从而促进了MEMS陀螺仪的加速发展。 1. 1　弹的安全保险与引爆装置 弹药在贮运过程中要求安全保险, 在战斗中又能可靠引爆, 不能出现“哑弹”。哑弹战时会延误战机, 而战后哑弹的排除既费时, 费钱, 又十分危险。在大规模战争中, 投弹量可达天文数字, 如果哑弹仅占1～2%, 其数量也是相当可观的, 因此, 确保各类弹可靠引爆是国防科技中一个非常重要的课题。 MEMS加速度传感器可用于弹的引爆, 可大幅度提高引爆的可靠性及贮存的安全性。据称, 其引爆可靠性比传统方法可提高5～10倍, 使战场上哑弹数量降低一个数量级。由于MEMS加速度传感器重量轻, 体积小、可靠性高, 因而, 即使在小型炸弹或炮弹上也可使用, 使武器系统更加安全可靠。 美国利用MEMS加速度传感器代替弹的安全保险/引爆装置的研究计划已经启动。AD公司生产的MEMS加速度传感器由于具有自检和自校功能且可靠性好, 而首先被用于带推力装置的飞弹上, 此项试验工作已于1996年开始。这类MEMS安全保险, 引爆装置在装备部队之前需作大量试验, 可能要发射数千发弹, 以考察其安全性和可靠性。MEMS引爆装置还将在多用途弹上试验。该安全保险/ 引爆装置如果装备部队, 其需求量将相当可观。 1. 2　惯性制导弹 当前武库中, 绝大多数炮弹或炸弹尚未采用制导, 故命中率较低, 将MEMS惯性测量器件用于常规弹上进行惯性制导与控制, 可大大提高命中率。若MEMS惯性制导器件与全球定位系统( GPS) 结合使用, 便可精确定位, 以代替十分昂贵的自动寻的系统或目标指示器, 从而可比较准确地击中目标。研究表明, 从30km外攻击20×30m2目标时, 对于非制导炮弹, 弹着点散布直径为250m; 若要求击中概率达90%, 则需用364发炮弹。若改用惯性制导, 则弹着点散布直径为64m, 如击中概率维持不变, 则只需发射30发炮弹, 弹药消耗降低了10倍。提高命中率在战斗中具有重要意义, 还可大大减轻后勤负担和军火的消耗, 提高部队作战的机动性和战斗力, 减少自身的伤亡。对于先遣部队, 只需少量弹药便可迅速摧毁敌方目标, 提高杀伤力, 还能在后勤供应受阻情况下提高部队的支撑能力。 MEMS惯性制导器件具有体积小、重量轻、结构强度高等特点。据报道, MEMS惯性制导弹可以经受住火炮发射时30000g 的加速度, 也能经受住反坦克弹发射时100000g的加速度, 因而可以用在榴弹炮、迫击炮、或火箭上。从技术上看, MEMS惯性制导方案是完全可行的。因此, 制导用的MEMS惯性测量器件需求量非常之大。例如, 美国国防部有关部门推算, 在和平时期, 每年大约使用25～50万只MEMS惯性测量器件来逐步改造现有的非制导弹。 1. 3　稳定平台 飞机、导弹、坦克、舰船等军事设备上, 平台用得很多, 典型的稳定平台系统需用加速度传感器和陀螺仪各3只。MEMS加速度传感器和陀螺