美軍向龍蝦學習研制防彈材料

下次把螳螂蝦丟到燒烤架上的時候，不要忘記那些甲殼類動物可能有一天能救你的命。加利福尼亞大學的科學家們正在研究—種特殊動物——雀尾螳螂蝦——的軍事應用價值，它們的“大拳頭”可能解開裝甲防護的技術謎題。

這種色彩斑斕的小蝦體長不到10厘米，生長在熱帶水域。它們有兩只“大棒”或“錘子”般的拳頭。能夠以每小時70千米的速度揮出。打擊力高達900牛，能輕易地砸開貝類、小魚的頭骨，甚至是魚缸的玻璃。研究小組的負責人戴維表示，這種小蝦的“拳頭”在4個月內會持續敲擊超過50000次才會損壞，而后它們又會長出新的“拳頭”。

戴維和他的團隊正試圖揭示這種小蝦的“拳頭”質量輕且耐沖擊的秘密。早在2007年，戴維在觀看龍蝦時，就從它們那“拳頭”耐沖擊結構上意識到其中的軍事應用潛力。這種技術可以幫助人們開發出耐沖擊的防護服，避免內臟受傷，也可以用于制造防護盔，防止沖擊造成腦震蕩。除了防彈衣，艦船甲板上各種槍炮的鋼鐵護板，也可以換用這種材料。戴維已經致信美國海軍研究辦公室的年輕研究員提出這個研究項目，該項目會在3年中向一個機構每年提供17萬美元的資助，但目前尚未得到回應。加州大學表示，美國空軍科學研究辦公室已經向戴維的團隊提供了60萬美元的研究經費，支持他展開研究。

“如果你能搞懂這種結構的妙處，明白它們是怎樣做到經受住成千上萬次的反復沖擊也不損壞，那么你就能把它們用到需要保護材料的地方，比如防彈衣。”美國空軍辦公室數學信息和生命科學主任休德龍（音）說。“我們考慮將這一技術用在直升機上，因為它們常常低空飛行，也可以用在A—10攻擊機上，用以替換現在采用的鈦合金裝甲。”A—10攻擊機，俗稱疣豬，單人亞音速攻擊機，是目前美國空軍的主力近距支援攻擊機。主要用于攻擊坦克、裝甲車群和戰場上的活動目標及重要火力點。它們能夠長時間盤旋于任務區域附近做300米以下的低空飛行。寬且直的機翼設計使其能于短距離起飛或著陸，能迅速的進出前線戰區，并擁有可靠的低速飛行能力和驚人的續航力。因為它能夠以相對較低的巡航速度（僅每小時320千米），能有效發揮其作為一個對地攻擊機的優勢，尤其是當一般高速戰斗機或轟炸機面對鎖定面積較小或緩慢移動的地面目標的時候。其優良的戰場存活率，且能夠在戰斗中承受不少可觀的損傷。1991年的第一次波斯灣戰爭，讓A—10證明了自己的實力。144架A—10攻擊機—共摧毀了伊拉克1000臺以上的坦克、2000臺其他戰斗車輛以及1200個火炮據點，外加部分的雷達設施和機動性高的飛毛腿導彈發射器。整個戰爭期間僅僅只有5架A—10被擊落。且皆是未超過規范高度而遭擊落的。2005年3月，最新改進的A—10首飛，后定名為A—10C“雷電”Ⅱ。A—10攻擊機的改進升級是美國空軍自1972年以來對現役飛機實施的最重要的技術改造項目，耗資3億美元。2009年，美軍完成356架A—10攻擊機的升級任務。經過升級改進，已有30年役齡的A—10攻擊機的使用壽命將創下美軍攻擊機服役55年的紀錄。老機新改、巧省經費，老武備改出新戰力，這也是美空軍堅持多年的一條發展武備之路。A—10攻擊機將在2028年才從美國空軍除役，到時候將會被新式的F—35（聯合打擊戰機）給取代。空軍方面還表示，這種技術可以幫助悍馬巡邏車抵御路邊炸彈，也能幫助無人機或直升機抵御敵方的火力。

研究人員認為。問題的關鍵是復制出“拳頭”的三部分結構。最外層的結構是堅硬的類似水晶的礦物質，硬化層后面是一層一層堆疊的稍軟的礦物質，可以吸收沖擊能量，最內層的纖維結構則是相互平行，共同包裹著“拳頭”，就像是“拳擊手用布袋將拳頭裹起來”。

目前，研究人員已經制成了材料樣品并開始測試，這種材料由環氧樹脂和玻璃纖維制成。能夠抵御子彈，且質量比鋼鐵輕。除了防彈材料，這種新技術也有望用于船舶領域——龍蝦在打擊獵物時，它們的“拳頭”在水中高速運動，能夠產生空泡效應，給獵物造成沖擊，但對龍蝦自己無害。空泡效應是一種物理現象，當物體在水中的運動速度超過50米/秒時，鈍頭航行器或安裝在頭部的氣體注入系統就可能產生低密度氣穴。以螺旋槳轉動為例，由于槳葉要劃動水流排向后方，因此，槳葉的吸水方向的水流壓力要小于排水方向的水流壓力，而且槳葉轉速越高，吸水方向的水流壓力就越小。而當槳葉轉速增加到某一數值，槳葉吸水方向水流壓力降到海水的飽和蒸汽壓力時，一部分海水就要汽化成為水蒸氣，并在槳葉的吸水面上出現氣泡溢出，這就是空泡效應。螺旋槳的轉數越高，空泡效應就越嚴重。艦艇的空泡效應不僅會使水流發生畸變，使槳葉產生空轉，從而降低槳葉的推進效能，還可能導致強沖擊波的出現，并引起槳葉表層的腐蝕。如果科研人員能夠找出其中的原因，就能防止空泡效應對船只螺旋槳造成的損害。戴維認為，改良型的復合材料大概可以在2—3年內完成，供軍方測試。屆時樣品使用的廉價環氧樹脂和玻璃纖維將會被換成碳纖維等高強度工程材料。