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军用微电子技术

小说:魔鬼导演的世界大战 作者:军号声声 更新时间:2010/11/8 15:39:13

军用高技术,是诸多高技术中,为了满足均军事需要而发展起来的、或者是其应用结果对军事斗争具有重要意义的那部分高技术。

如果从纯粹的技术本身来讲,并不能把高技术截然分为军用高技术和民用高技术,因为高技术发展的主要特点,就是军民兼用。但是,军用和民用毕竟需求不同,使用对象不同,所以,从技术需求及物化形式上,还是可以把高技术分为军用高技术和民用高技术。

当今世界军用高技术的竞争,主要集中在八个方面,即军用微电子技术,电子计算机和人工智能技术,军用光电子技术,军用航天技术,军用新材料技术,军用生物技术,指挥、控制、通信与情报系统技术,电子对抗技术。

军用微电子技术

微电子技术是指微型小型电子器件、元件和电路的研制生产技术,以及用它们组成各种微电子设备的技术,其核心是集成电路技术。

现代电子电路的基本功能元件是晶体管,任何一种电子设备都是由晶体管一类的元件和电阻、电容等元件所组成的。

微电子电路还没有出现之前,通常都是个别的制造每一个元件,然后再用金属导线将它们连接成完整的电子设备。微电子电路的出现,大体上没有改变晶体管作为功能元件的性质。微电子电路也是由晶体管、电阻、电容和类似的元件组成。所不同的是,所有的元件和它们之间的连接,都是使用单纯的一系列微细精密操作技术制作在同一块衬底内,使它们按照要求连接并封装在一个管壳内,组成具有完整功能的电路。前者称为散装电路,后者叫做集成电路,后者是在前者的基础上发展起来的。

集成电路的生产,涉及到器件物理和电子系统技术、原材料技术、自动化设计技术和工艺制造技术,其中的关键是原材料技术和制造技术。

集成电路的基础材料,主要是半导体硅片。世界上硅资源十分丰富,但要用来制作半导体的硅片,其纯度要求极高,必须达到7个9(99.09999%),而且要首先拉成单晶硅,然后切成半毫米左右厚的硅片,再精细地进行磨片和抛光。集成电路的一个芯片,一般在30平方毫米左右,大致相当于小手指甲一半的大小。

在一块几十平方毫米的芯片上,集成几万甚至几百万个晶体管,绝非是手工所能办到的,它首先要用计算机进行设计,再对电路进行逻辑模拟,以证实其功能,然后让计算机自动绘制出几万乃至几十万个图形来优选,一旦确定,就采取精细加工技术进行加工生产。

集成电路产品的生产,普遍采用平面加工工艺,这种工艺的一道关键工序是“氧化”,使硅片表面生长几百纳米到一微米厚的氧化层。氧化层生好后,在上面涂上一层光刻胶,用类似照相底片的光刻掩膜版覆盖在涂胶后的硅片上,再用紫外线曝光,经显影液腐蚀等工序后,形成各种不同的电路图形。

经过这种“光刻”工艺后,把各种晶体管的接触孔打出来,蒸上布线的金属,使之形成一个相互连接的电路网,并经合金化后,再把芯片固定在引线板上,装上输入输出接线脚,最后用树脂加以封装,从而制作出芯片成品。

这种微型结构的特点是:电路中的元件已经不是分立的元件,在结构上已经组合成了一个整体,它实现了材料、元件、电路三者之间的统一。由于整个电路的体积大大缩小,并且引出线和焊接点的数目也大大减少,所以,集成电路具有体积小、重量轻、耗电少、电路短、可靠性高、使用寿命长等优点。

集成电路通常按照集成度来分类,即按照芯片上元件的数量来分类:一般小规模的集成电路,每片上包括10—100个元件;中规模的有100—1000个元件;习惯上,把由100个以上门电路或1000个以上的晶体管集成在一篇晶片上,并互相连接成具有一个系统或一个分系统功能的电路,称之为大规模集成电路;每块集10万以上元件或一万以上门电路的,称之为超大规模集成电路。

微电子技术是现代高技术发展的关键和基础,有现代高技术发展元勋的美称。通信技术与微电子技术相结合,使信息技术有了飞跃性的发展;现代控制技术与微电子技术的结合,带来了工业自动化的发展。微电子技术的这种通用性、可靠性和速效性,使它的应用范围越来越广泛。

在军事领域里,微电子技术可以使各种武器装备发生一系列的惊人变化。这种变化的特点主要表现在两个方面:一方面,表现在军用电子设备的性能、诸如小型和微型化、多功能化、系统化、智能化方面,不断获得突破性发展;另一方面,表现在对军事系统的渗透上,从现有武器的改造、改进和升级,到新概念武器的研究制造,几乎都要依赖于微电子技术的发展。

最重要的是,微电子技术的发展,使整个军事领域产生了深刻的变革,从战场信息的获取、传输和处理,到各种先进武器使用过程的自动化、智能化控制,都发生了根本性的变化。具体表现在以下几个方面:

一、军事侦察手段更加多样化、更加先进,使整个战场甚至整个地球和人类可知的外空间,构成了由电子技术组成的天罗地网。

运用到现代战场上的侦察器材可谓五花八门,应有尽有,但无一不是微电子技术的结晶。由于采用了微电子技术,这些侦察器材才可以做得很小、很轻,才有可能把它们搬到飞机和卫星上去。

在空间,各种侦察卫星、预警卫星时刻监视着地球上的每一个角落每天、甚至每时每刻发生的事情和出现的变化。卫星上的各种器材,体积要小,重量要轻,没有高水平的微电子技术,是无法实现这一点的。

比如合成孔径雷达,就是一个比较庞大的现代高技术集成系统。由于大量采用了最先进的微电子技术,使这种雷达深受青睐,并开始被应用到了各大国的侦察卫星上。如美国的“长曲棍球”侦察卫星,使用的就是这种雷达,分辨率达到了一米的水平,而且可以穿透云层,不受太空尘埃的影响,真正实现了全天候的实时侦察。

在空中,各种电子侦察飞机早已被人们所熟悉。近年来,运用微电子技术,又发展出来了各式各样的无人驾驶飞机和遥控飞行器。

遥控飞行器和无人机,都已经有多年的历史,而且使用范围越来越广泛,产品也是门类越来越多、样式越来越多、功能越来越多。但一个任何人都无法否认的事实就是,微电子技术和复合材料技术的不断进步和广泛应用,使这类飞行器的重量大大减轻,探测手段不断增多,而且体积变得越来越小,甚至敌方雷达都很难发现、很难识别,从而使这种在小范围内、供区域部队使用的侦查器材,得以迅速发展。

在海湾战争中,多国部队就有多种遥控无人飞行器投入战场,如美国的“短毛猎犬”,法国的“马特”等,这是人类战争史上第一次广泛使用无人遥控飞行器的战例。

在地面,为了克服战场上复杂的地形障碍,各国相继发展了地面传感侦察系统。这个系统中使用的传感器体积微小,性能灵敏,可以在几十米范围内发现人员和车辆,使战场的透明度进一步提高。这种先进传感器,无疑也是微电子技术的结晶。

二、军事通信在装备、手段和方式方法上,都发生了前所未有的深刻变化。

军事通信是电子设备最为集中的地方,自然也就最先和最多地运用了微电子技术。

1、微电子技术的大量应用,促进了通信数字化

现代军事通信,已经普遍采用了数字化技术。与模拟信号相比,数字信号抗干扰能力更强,能够适时进行信号的整形再生,能够随时除去噪音和防止信号失真,能够保证远距离、高质量的进行信号传输,便于各类通信设备与计算机系统的有机结合和互相兼容,从而大大提高了通信系统的功能和效率,并通过计算机,进一步拓展了通信技术功能的进一步扩大和延伸。

2、推动了交换程序化

随着计算机技术和大规模集成电路的发展和广泛应用,通信交换设备已经发展到了专门由存储程序控制交换过程的阶段,它可以在计算机的控制下,进行高速度、高效能、高保真程度的自动交换,

部队的野战移动式通信手段,正是得益于这种先进的程序控制交换,它可以使指挥员在野战条件下,可以在机动行进过程直接拨号,随时与自己的部队进行通信联络,下达命令,远距离遥控部队和指挥作战行动。

3、促进了更加适应军事斗争应用的新的通信器材的出现和广泛应用

现代战场上的电子对抗十分激烈,这就要求通信器材在进行通信时,需要更加保密,更加不易被敌方截获,跳频电台就是根据这种需要应运而生的。这种电台采用跳频、微机处理和大规模集成电路等先进技术,并按照一定的方式方法,自动的随时随地的改变自己的工作频率,让敌方摸不着头脑,无法进行信号捕获和通信内容的截取。

调频电台的调频速度,可以达到每秒跳1000次,以这种方式进行通信时,被敌人截获的可能性就大大降低了,通信过程中的保密程度和安全性就越来越高了。

三、情报处理和指挥机关的决策过程,实现了自动化

随着截取信息和传递信息技术的高速发展和不断改进,大量的情报涌入指挥机构,如果继续使用传统的手工分辨和交互方法来处理这些繁杂的信息,已经完全不适应最新的情况和作战条件了,必须对情报处理手段进行彻底的革新。

电子计算机的出现和广泛使用,为加快信息处理的速度,提供了强有力的工具和方法,它与雷达、通信以及其他电子设备有机的结合在一起,这就构成了现代军事信息处理系统的现代化和先进性。而电子计算机本身,又恰恰是微电子技术和集成电路的最大用户。

四、精确制导武器的异军突起,成为现代战场的兵器之星,迅速改变了战场的作战模式

微电子技术的广泛使用,使武器的自动化程度和打击目标的准确性,得到了很大的提高,最突出的例子,就是促进了精确制导技术的产生和发展,极大地提高了导弹的精度,首发命中率不断提高,有的已经达到了97%以上,于是人们就称其为精确制导武器。

巡航导弹的出现,更是主要依赖于微电子技术。如美军的“战斧”式巡航导弹,就大量采用了地形匹配制导技术,他可以超低空飞行,实施远程打击,这就是超大规模集成电路使它具有这么强大的功能。

微电子技术对军事领域的这种全面的、深刻的影响,是任何其他种类技术都不能与之相比的。如果说现代高技术战争的基础是高技术武器装备,那么,高技术武器装备的“大脑”就是微电子技术,就是那些看上去很不起眼的一张张硅片。

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