納米從軍微微秀

王君學

納米是長度單位，1納米是1米的十億分之一（相當于一根頭發細絲的十萬分之一左右），只能用專門的高倍電子顯微鏡和隧道顯微鏡才能看到。所謂“納米技術”是在納米級尺度上通過操縱原子、分子或原子團和分子團使其重新排列組合，形成新的物質，制造出具有新功能的微器件。納米技術是伴隨微電子技術的蓬勃發展而興起的一門在微觀環境下工作的高新技術，它將與信息技術、生物技術“三足鼎立”互融交匯，使人類認識和改造自然的能力延伸到分子和原子量級，也使得納米材料及其技術成為目前科學研究及軍事應用等的熱點之一，被認為是新世紀的又一次產業革命。

涌動全球的“納米潮”

20世紀末，自美國國際商用機器公司在鎳表面用35個氙原子排出“IBM”后，納米科研成果捷報頻傳。美國科學家向中央情報局展示了他們研制成功的微型發動機，小到令人難以置信的程度，1000臺發動機平擺只有5平方厘米大小。德國已制造出一架只有黃蜂大小的直升機，其發動機只有削尖了的鉛筆尖大，但轉速可達每分鐘10萬次。納米微電子技術已成功研制出單個電子晶體管，只需控制單個電子的運動狀態就可以達到特定的功效。“量子芯片”可突破傳統硅芯片“物理極限”的制約，性能更好更強的新一代超高速芯片將為信息時代提供支撐。目前，科學家已經用碳納米管研制出了內孔徑只有頭發絲百億分之一的個性十足的神奇試管。在軍事領域，碳納米管已成為有效解決高超聲速武器散熱難題的一項核心技術……

涌動全球的“納米潮”，驅使各科技大國制定發展納米計劃，競逐前沿技術浪潮，以搶占納米高科技的戰略制高點。早在2000年1月，美國前總統克林頓發表《國家納米技術倡儀》，并把納米技術列為國家高技術戰略，宣布成立國家納米研究機構，認為這一技術“將領導下一次產業革命”。美國由國防部、能源部、航空航天局、商務部以及國立衛生研究所等部門參與研究開發相關納米技術，此舉“要使納米技術成為美國經濟發展的又一個助推器，并以此領導下一次工業革命”。近年來，美國開發納米技術的經費中有近半用于國防部的相關研發。日本政府以20年為長遠目標，擬定了納米技術戰略，并將其列為四大基礎科技項目之一，確定發展方向、重點課題、研究開發體制及相關措施。歐洲有關納米技術的軍事研究計劃已在法國開始起步。法國投資8億法郎建立擁有3500名研究人員的納米技術發明中心。德國把納米技術作為21世紀科研創新的戰略領域，開啟國家級研究計劃，著手建立6個政府與企業聯合的研發中心，擬組成一個遍布全德的研究網，共同研究作為“21世紀關鍵技術”的納米技術。英國早在20世紀90年初期就已先后實施了3項有關納米技術研究計劃，現有上千家公司、30多所大學、7個研究中心積極進行納米技術的應用開發。

可以預見，在這個新興的科技領域，納米技術給人類帶來的變化會像產業革命那樣深遠，是改變未來的“十大技術”之一。

神奇的納米材料

納米“小人國”里麥芒做“稻場”，毫微世界有乾坤。由于納米材料展現了奇特的磁、電、光及其特殊的力學屬性、敏感特性和催化性，可在0.1～100納米的尺度上研究物質的相互作用及其規律，并利用其性能的突變等原理，制造具有特定功能的產品，為新材料的未來發展開辟了一個嶄新的研究和應用天地。1959年，諾貝爾獎得主理查德·費曼率先提出“吞下的外科醫生”的設想，并預言醫用納米機器人有著無限的潛力，將為人們的身心健康帶來福音。如第三代醫用機器人，是在先進的掃描隧道顯微鏡下進行設計制造的納米級超微機器人，功能強大，可獲取細胞和人體組織結構的生命信息，發現識別病變組織，并可穿透人體內生物屏障，快速精準地疏通血脈、切掉腫瘤、清除病灶、粉碎結石、幫助凝血、清潔傷口等。

納米材料如此神奇，是由于某些材料的物質結構單元到了納米級后，理化性質就會發生根本性的變化，具有常規材料所不具備的奇異或反常的理化性質，成為新一代功能材料。如納米相銅的強度比普通銅高5倍，銅到納米級就不再導電;而絕緣的二氧化硅，處于20納米時卻開始導電了;在室溫下的納米陶瓷材料，可以像金屬一樣任意彎曲、變形，柔韌異常，摔不碎，有的微晶陶瓷還可以做成陶瓷彈簧等;高分子塑料，加入納米材料可制成永不生銹、鋒利無比的刀具，它比金剛石還硬，削鐵如泥。納米材料制成的桌椅能因人而異，自動調整形狀和溫度;納米材料制作的汽車發動機汽缸，可提高高溫性能并且沒有磨損等。

美國前總統克林頓曾經發表《國家納米技術倡儀》

納米技術在醫療行業得到廣泛應用

從這一層面上講，只要控制結構顆粒的大小，就能制造出強度、顏色和可塑性等都滿足用戶要求的納米級器件。因此，將納米材料應用到武器裝備中，可提高武器裝備的技術戰術性能，改進其推進功能（如在航天飛機和火箭的燃料中加入納米相材料，燃料效率將成倍增長），增強武器裝備對裝甲目標等的穿透能力和破壞力，還能顯著提高武器裝備自身的抗毀能力和適應能力。如給飛機表面覆蓋一層納米相材料的“可調諧”微型機械折翼，飛機可以根據感應的氣動參量來調整翼型，使飛行更加安全。在水下，納米微型折翼也可根據感應的水流參量，控制潛艇的航行狀況。此外，利用納米材料還可研發微型超級處理器及專用的集成微型儀器，升級換代軍事信息系統;研制性能獨特的納米隱形材料，使武器裝備的隱形效果更佳，以加速武器裝備小型化、信息化、隱形化及一體化進程。

納米技術軍事應用嶄露頭角

納米科技在深刻影響人類社會的同時，備受軍事專家的極大關注，紛紛把目光聚焦這一“小人國”，納米科技從此將軍事領域帶進了一個新奇的微觀世界。據五角大樓的武器專家預測，“微型機電系統”將隨著納米科技研究的深入日新月異，在軍事領域引發一場微型化革命，“袖珍武器”“微型軍”應運而生，未來戰爭可能由神奇的具有各種功能的納米袖珍武器稱雄戰場。“不要多久，或許有一天當人們一覺醒來時，納米戰爭已悄然而至。”

引發武器裝備的微型化革命。“燕八哥衛星”，始于美國20世紀90年代的納米衛星倡議。這種衛星大小與燕八哥體積相當，所以稱之為“燕八哥衛星”。由于其部件和儀器都安裝在納米芯片上，因而被譽為“芯片級衛星”。“燕八哥衛星”是由專用集成微型儀器構成的機電一體化、具有特定功能的衛星部件或分系統。主要采用MEMS（微型機電一體化系統）中的超大規模多重集成技術，不僅把機械部件像電子電路一樣集成起來，而且把傳感器、執行器、微處理器以及其他電學和光學系統都濃縮在一個超級袖珍的空間內，重量不足0.5千克，且堅固耐用、可靠性強。用一枚中等運載火箭即可將數百顆“燕八哥衛星”送入近地軌道，按不同用途組成衛星網，構成覆蓋全球的星座式布局。由于這種衛星能大批量生產，且成本很低，因此可以批量部署，即使某些衛星失效，也不至于影響整個星座的可靠性。

2019年7月，法國國防部出臺了納米衛星武器（配備槍和激光武器）研發計劃。該計劃是響應總統馬克龍宣布成立太空部隊、負責保衛其航天等領域安全的一項舉措，主要任務是將眾多的納米衛星武器部署到相應的區域，以保護法國的戰略目標，同時對雪城軍用通信衛星網絡升級換代。國防部要求這一系統在2030年前投入運行。

昆蟲平臺，主要是利用昆蟲作為載體，將微機器人電子系統植入昆蟲的神經系統的“小蟲小咬”裝備。如“蚊子導彈”可利用紅外微波等方式遙控，神不知鬼不覺地潛入目標內部執行任務，令敵方防不勝防。“小黃蜂”是一種自主性能較強的納米武器裝備，身手不凡，集偵察監視、信息處理、通信導航及精確打擊于一體，能按照戰術動作飛行越障、跳躍規避、自尋的，其裝備的高爆微彈頭專門攻擊敵人的信息系統。“小黃蜂”還可以通過接口鉆進敵人的網絡中，猶如悟空鉆進鐵扇公主的肚內，“五臟六腑”一覽而盡，可以竊取信息，破壞硬件設施，癱瘓整個網絡系統。

據報道，微型電子機械裝置功效更加神奇，如裝有微型電子機械裝置的坦克，在遭到火力打擊時能夠通過微型機械裝置而變得“堅固”。安裝在頭盔、衣服和武器里的微型電子機械裝置，不但能監視和傳送士兵的生命特征（包括脈搏、呼吸、體溫、血壓等）和所處的位置，還可以監視和傳送附近敵人的情報信息。用納米技術升級改造的直升機，由于機翼、旋翼及槳葉等技術的改進，其重量大幅減輕，航速快航程遠，載彈量增加，且耗油量少，機動性能更強，隱身性能不斷提升。

戰場更加單向透明。納米技術的微型化，勢必在軍事探測領域引發一場深刻的革命。外軍利用納米技術設計的“間諜草”，其內裝有敏感的超微電子偵察儀器、照相機和感應器，能自動定位、定向和進行移動，繞過各種障礙物，可偵測出百米以外坦克、車輛等出動時產生的震動和聲音。雖形狀與小花小草一樣平常得不那么引人注目，但其敏銳的偵察探測能力卻非同尋常，讓人真假難辨，不易暴露。納米技術使未來戰場的單向透明度倍增，任何軍事保密措施均無能為力。如空軍在敵軍可能部署的陣地上，空投數以萬計的“間諜草”，就能神不知鬼不覺地將敵人的一舉一動盡收眼底。如蒼蠅般大小的“機器蟲”，可用飛機、火炮和相應投射器投放，能在某地區形成高效偵察監視網，一般雷達難以發現，可大大提高戰場信息獲取量。

“納米無人機”的大小與一只麻雀差不多，機上裝有超敏銳的感應器，可聞出氣味，并可在夜間拍攝紅外線照片，將最新軍情傳回幾百英里外的基地或把敵軍的坐標位置傳回導彈發射基地。更可怕的是研制中的“蟻兵勇士”，其體貌雖如螞蟻般平常，但技術性能好，破壞力夠大，可謂“千里長堤潰于蟻穴”。“蟻兵勇士”的動力主要由背上的微型太陽能電池提供，身上嵌有微型探測傳感器，有的還帶有高爆炸藥，關鍵時刻可與敵方指揮信息系統和人員同歸于盡。

專家認為，納米技術一旦與生物工程技術相結合，就能制造出比人的毛孔還要小得多的“微型軍”，它們可以植入昆蟲的神經系統內，控制昆蟲去收集戰場情報，執行投放化學制劑等特殊任務等。新型納米探測器可像現在攔截聲頻信號那樣識別生物系統，使讀取分子特征標記和進行DNA分析成為可能。澳大利亞的科學家研制的手持式納米傳感器，是高精度的分子生物傳感器（可測出在悉尼海灣里溶解一粒方糖的成份）。這種一枚硬幣見方的傳感器能在幾分鐘內從病人的體液中確認病因，可快速準確地檢測出空氣中的病原體（炭疽熱病菌等），及時探明敵方是否使用了細菌武器，還可以用來監測環境污染及放射性沾染等，是有效對付核生化襲擊的一種先進裝備。

納米仿生機器人是未來納米技術在軍事方面應用的趨勢

攻關高超聲速武器的突破口。“以快制快”是現代戰爭的顯著特征。目前，軍事大國在提升彈道導彈、巡航導彈等精確打擊武器精度的同時，還在不斷提高武器的飛行速度，力求超聲速、高超聲速。《簡氏防務周刊》認為：“由于高超聲速武器的飛行速度極快，有些具有機動性，它們更可能破壞國際攻防技術平衡，從而使核武器與常規武器之間的界限越來越模糊。”可見，高超聲速武器使未來戰爭更加詭譎。突破馬赫數5的“速度門檻”是高超聲速武器的標配。但隨著打擊武器飛行速度的飚升，與大氣層中空氣的摩擦力也會增加，產生的溫度也將越來越高，因此必須有新型的耐熱材料以抗衡高溫的燒蝕。如俄羅斯先鋒高超聲速（速度為馬赫數20）助推滑翔導彈，再入大氣層后，其彈體表面耐熱材料可承受近2000℃的高溫，并且還能進行非常規的規避機動，完全可以躲開美軍現役反導系統的偵察及攔截。研究發現，碳納米管作為一項關鍵核心技術項目，已成為在高超聲速飛行時能迅速散熱的堅固而輕巧的最佳材料。碳納米管是由直徑為納米級的碳管組成的合成材料，比鋼更牢固并能隔熱。碳納米管的結構酷似“挖空的足球”（1985年碳原子“足球”結構的發現，轟動了世界）：碳原子以碳-碳共價鍵結合，形成自然界中最強的化學鍵之一，因此軸向具有很高的強度和韌性，堪稱具有特殊結構的一維量子材料。這種“足球”結構是由六邊形排列的碳原子組成數層到數十層的同軸圓管，層與層的間距為0.34納米左右。碳納米管的個性十足，主要表現在超越傳統的導電、導熱特性等優異的性能方面。據報道，美軍為了追趕俄羅斯等軍事大國的高超聲速武器技術，五角大樓把其列為頭等大事，集中人力物力財力，大手筆推進高超聲速武器的研發攻關。佛羅里達州立大學高性能材料研究所的科學家正在研究將碳納米管作為高超聲速武器的制造材料。

納米武器是武器系統超微型化的集成

為隱身武器裝備梳妝巧扮。在信息化戰場上，隱身武器裝備的最大好處就是在復雜電磁環境中可防電子干擾、防雷達監視和防衛星跟蹤，在作戰中可收到殺敵于無聲、決勝于無形的奇效。所謂“隱身技術”，又稱隱形技術或低可探測技術，是通過降低武器裝備等目標的信號特征，使其難以被發現、識別、跟蹤和攻擊的技術。當前的隱身技術主要通過改進武器裝備的系統布局、整體結構和外形設計，采用能吸收、散射和屏蔽雷達電磁波、紅外輻射的新型材料等措施來達到隱形的目的。納米科技可用以研制超級隱形涂料、智能靈巧軍服等，能極大提高隱形兵器的隱形效果。

納米隱身涂料是飛機等隱身武器裝備的優質“化妝品”。據報道，美國利用納米技術研發的隱身涂料——超黑粉，不但能吸收99%電磁波，而且還具有凹透鏡的光發散性能，改變照射光束的傳播方向及空間分布，極大降低了光反射的強度，從而可有效對抗敵方的光電探測。毋庸置疑，納米隱身涂料為武器裝備的隱身效能向全波段、主動和被動兼容方向發展開辟了路徑。此外，納米隱身涂料還可以提高隱身武器裝備的耐老化、防腐蝕、抗輻射等效能。

據報道，目前美國正在用納米材料研制一款變色的“隱形軍服”。這款特制軍裝的顏色像變色龍一樣可隨環境的變化而變化，收到意想不到的隱形效果。其設計理念主要是在特種纖維中摻入納米微型發光粒子裝置，可感知所處環境的顏色，并隨著環境基色的不同而作出相應的調整，直至與周圍顏色一致。值得指出的是，“隱形軍服”的外層除能自動“變色”隱身外，還裝有感應各種武器彈藥部件的探測器，可防止彈片的攻擊。內層嵌鑲多種超微傳感處理器，可把獲得的信息適時傳送到士兵相關裝備，還能監控士兵的健康狀況。

納米技術還可以使武器裝備變得更“靈巧”。如納米材料制作的蒙皮堪稱智能蒙皮材料，由微觀尺寸為納米級的相控陣有源發射單元陣列組成，可以察覺感知細微的外界刺激。如將其用作飛機蒙皮，可模擬正在飛行的受到雷達照射的地面散射的雜波，從而使飛機表面的雷達特征電磁信號與地面雜波一致，隱形飛機就變成了“電子變色龍”。用納米材料制造潛艇的蒙皮，可靈敏地探測出水溫、水壓及水流等參數的細微變化，并反饋給中央處理器后及時發出控制指令;能根據水波的變化預警魚雷的來襲，引導潛艇及時做規避機動。用納米材料加工的軍用機器人的皮膚，其觸感比真人的皮膚還要靈敏，從而能更有效地完成軍事任務。

納米從軍微微秀，孕育著無窮的潛力，將對軍事領域產生深刻的影響。未來戰爭可能由數不清的具有各種功能的納米袖珍武器稱雄疆場，“小妖巧戰巨魔”“螞蟻啃大象”將成為軍事對弈的一大景觀。一場由納米技術引發的新一輪軍事革命即將到來。“花鳥魚蟲情報信息戰”“微型武器點穴摧毀戰”“無影無蹤癱瘓戰”等新概念將刷新作戰理論，大小結合、以微制大、蚍蜉撼樹將成為一種全新的作戰理念。

責任編輯：葛??妍