1、第十章第十章物理學與軍事科學及航空航天物理學與軍事科學及航空航天2011-11-14 國防軍事力量是國家發展的保障。各國都極國防軍事力量是國家發展的保障。各國都極其重視。其重視。 政治、經濟、科學技術是國家強大的基石和政治、經濟、科學技術是國家強大的基石和保障保障 1840年開始近一個世紀，經濟貧窮，政治腐年開始近一個世紀，經濟貧窮，政治腐敗，外交無能，軍事落后，備受帝國主義侵敗，外交無能，軍事落后，備受帝國主義侵略與奴役。略與奴役。 1949年開始，中國如巨人，屹立在年開始，中國如巨人，屹立在 世界的世界的 東方東方 中國的國防現代化，空間技術現代化發展中國的國防現代化，空間技術現代化發展一

2、一. 物理學與軍事科學物理學與軍事科學偵察、定位：偵察、定位：光學（成像）光學（成像）無線電（測向定位）無線電（測向定位）雷達（微波，激光雷達（微波，激光 定位，跟蹤）定位，跟蹤）放射性監測（核武器，核基地，核試驗）放射性監測（核武器，核基地，核試驗）衛星定位（衛星定位（GPS）聲納（獵潛，跟蹤）聲納（獵潛，跟蹤）激光（測距）激光（測距）預警飛機（監測，指揮）預警飛機（監測，指揮）無人飛機（偵察，攻擊）無人飛機（偵察，攻擊）紅外夜視、瞄準紅外夜視、瞄準以地面為目標的雷達可以地面為目標的雷達可以探測地面物體的精確以探測地面物體的精確形狀。形狀。防空雷達防空雷達 雷達將電磁波定向發射雷達將電磁波定

3、向發射至空間，根據接收空間至空間，根據接收空間存在物體所反射的電磁存在物體所反射的電磁波，計算出該物體的方波，計算出該物體的方向、高度及速度向、高度及速度反偵察與反定位，防竊聽反偵察與反定位，防竊聽 干擾與抗干擾干擾與抗干擾 電磁波電磁波 超聲波超聲波 隱形技術隱形技術美國美國E3A望樓望樓全天候預警機全天候預警機俄羅斯俄羅斯A50中堅中堅預警機預警機 以色列以色列“費爾康費爾康”預警機預警機 預警機裝有遠程搜索雷達、數據處理、敵我識別以及通信導航、指揮控制、電預警機裝有遠程搜索雷達、數據處理、敵我識別以及通信導航、指揮控制、電子對抗等完善電子設備，集預警、指揮、控制、通信和情報為一體，用于搜

4、索、子對抗等完善電子設備，集預警、指揮、控制、通信和情報為一體，用于搜索、監視與跟蹤空中和海上目標，并指揮、引導己方飛機執行作戰任務的作戰支援監視與跟蹤空中和海上目標，并指揮、引導己方飛機執行作戰任務的作戰支援飛機，是現代高技術戰爭中重要的武器裝備飛機，是現代高技術戰爭中重要的武器裝備 導航，控制與制導：導航，控制與制導： 無線電導航（衛星，無人攻擊飛機）無線電導航（衛星，無人攻擊飛機） 武器精確制導（導彈制導武器精確制導（導彈制導 飛機，坦克）飛機，坦克） 核動力潛艇核動力潛艇慣性制導，慣性制導，GPS，北斗，原子鐘，激光陀螺，熱，光，北斗，原子鐘，激光陀螺，熱，光偵察衛星偵察衛星 偵察、跟

5、蹤、監視偵察、跟蹤、監視多波段成像，圖象分析，信息多波段成像，圖象分析，信息傳遞，天空，外空，導彈防御系統傳遞，天空，外空，導彈防御系統 救助救助防御防御雷達，紅外，聲納（隱形飛機雷達，紅外，聲納（隱形飛機B2，F-22，吸收，漫反射，屏蔽），吸收，漫反射，屏蔽）材料（吸收）材料（吸收）無線電，光學，衛星（干擾）無線電，光學，衛星（干擾）預警飛機，導彈防御系統預警飛機，導彈防御系統潛艇防聲納（吸收，漫反射）潛艇防聲納（吸收，漫反射）掃雷掃雷(電，聲，磁，壓力電，聲，磁，壓力)干擾干擾(紅外，電磁波）紅外，電磁波）B52轟炸機的雷達反射截面為轟炸機的雷達反射截面為1000平方米平方米米格米格29

6、為為25平方米平方米BlB為不足為不足1平方米，平方米，B2A只有不到只有不到0.1平方米，相當于一只飛鳥的雷平方米，相當于一只飛鳥的雷達反射截面，一般雷達很難發現。達反射截面，一般雷達很難發現。 機體噴涂特制吸波雷達波的油機體噴涂特制吸波雷達波的油漆，降低探測雷達的回波漆，降低探測雷達的回波雷達波會繞艙體外形雷達波會繞艙體外形“爬行爬行”，不易被反射回去不易被反射回去 機體采用碳纖維和石墨等復合機體采用碳纖維和石墨等復合材料，不易反射雷達波材料，不易反射雷達波 雷達波經多次折射后衰減雷達波經多次折射后衰減 采用噴口溫度調節技術，減少采用噴口溫度調節技術，減少紅外暴露信號紅外暴露信號F-22隱

7、形戰斗機隱形戰斗機B-2隱形戰略轟炸機隱形戰略轟炸機 核武器核武器（原子彈，氫彈，中子彈），曼哈頓計劃（原子彈，氫彈，中子彈），曼哈頓計劃 非殺傷性武器：非殺傷性武器：激光致盲，次聲波，微波，光激光致盲，次聲波，微波，光+聲聲+震震 激光武器激光武器（地基與空間，攻擊洲際導彈、航空器、衛（地基與空間，攻擊洲際導彈、航空器、衛星致盲），星致盲）， 電磁輻射電磁輻射（計算機與通訊系統）（計算機與通訊系統） 反恐反恐（毒品爆炸物檢測（毒品爆炸物檢測X射線，放射性，微波，射線，放射性，微波，光譜，化學，生物）光譜，化學，生物）1964年中國第一顆原子彈1967年中國第一顆氫彈三叉戟核潛艇裝載洲際彈道導

8、彈三叉戟核潛艇裝載洲際彈道導彈中國第一種洲際彈道導彈中國第一種洲際彈道導彈東風東風-5洲洲際地對地彈道導彈際地對地彈道導彈 （15000Km）中國中國FT-1精確制導炸彈精確制導炸彈 美國美國JDAM精確制導炸彈很需要精確制導炸彈很需要GPS制導制導 洲際彈道導彈洲際彈道導彈導彈精確制導需要精密定位與控制導彈精確制導需要精密定位與控制“雷霆雷霆”-2激光制導炸彈激光導引部激光制導炸彈激光導引部 國產國產“雷石雷石”-6滑翔制導炸彈滑翔制導炸彈 激光制導炸彈利用來自目標的反射激激光制導炸彈利用來自目標的反射激光引導炸彈飛向目標光引導炸彈飛向目標美軍激光武器試驗進行中美軍激光武器試驗進行中 美國考

9、慮美國考慮“先發制人先發制人”攻擊攻擊他國衛星或地面指揮站，剝奪對他國衛星或地面指揮站，剝奪對手太空對抗的能力手太空對抗的能力中國已具有反衛星武器，可中國已具有反衛星武器，可破壞大多數低軌衛星破壞大多數低軌衛星美國的太空反衛星武器示意圖美國的太空反衛星武器示意圖 美國進行大功率激光束發射試驗美國進行大功率激光束發射試驗 2006年秋，美國一顆間諜衛星所裝備的相機被中國高能年秋，美國一顆間諜衛星所裝備的相機被中國高能激光致盲激光致盲中國進行了從地面摧毀其氣象衛星的試驗，突顯具有空間中國進行了從地面摧毀其氣象衛星的試驗，突顯具有空間戰能力戰能力中國具有的反衛星導彈可擊落低軌道衛星，包括中國具有的反

10、衛星導彈可擊落低軌道衛星，包括GPS導航導航定位衛星、偵察衛星、通訊衛星、軍事衛星、氣象衛星、定位衛星、偵察衛星、通訊衛星、軍事衛星、氣象衛星、海洋衛星、導彈預警衛星等海洋衛星、導彈預警衛星等GPS系統系統 1957年，蘇聯第一顆人造衛星升空后，美國研究人員偶然發現，衛年，蘇聯第一顆人造衛星升空后，美國研究人員偶然發現，衛星所發出的電波具有定位功能。星所發出的電波具有定位功能。1960年，美國第一顆導航衛星年，美國第一顆導航衛星“子午儀子午儀”升空，開始了導航衛星的升空，開始了導航衛星的新時代，經過新時代，經過20年，耗資年，耗資200億美元，全球定位系統億美元，全球定位系統GPS于于1994

11、年全面年全面建成。建成。GPS系統由空間部分、地面控制部分和用戶接收設備三部分組成。系統由空間部分、地面控制部分和用戶接收設備三部分組成。空間部分由空間部分由21顆顆GPS衛星和衛星和3顆備份衛星組成，在地球上的任何地點、任顆備份衛星組成，在地球上的任何地點、任何時間，都可以通過接收機同時收到來自何時間，都可以通過接收機同時收到來自4顆衛星的信號；顆衛星的信號；GPS通過測定通過測定由由3顆衛星發出的信號至測定點接收到信號所需要的時間，計算出測定點顆衛星發出的信號至測定點接收到信號所需要的時間，計算出測定點到到3顆衛星的距離，再根據各衛星當時所處的位置信息，就可計算出測定顆衛星的距離，再根據各

12、衛星當時所處的位置信息，就可計算出測定點的經緯度。點的經緯度。GPS衛星裝有原子鐘，衛星裝有原子鐘，30萬年內誤差不超過一秒，連續不斷地向地萬年內誤差不超過一秒，連續不斷地向地球發送時間和位置信息。可用于提供精確的位置。球發送時間和位置信息。可用于提供精確的位置。GPS目前為世界各國所采用，美國向外國提供低精度的衛星信號，目前為世界各國所采用，美國向外國提供低精度的衛星信號，對美軍則提供最精確的信號。對美軍則提供最精確的信號。中國中國“北斗北斗”導航衛星使用示意圖導航衛星使用示意圖 俄羅斯耗資俄羅斯耗資30多億美元建起了自己的全球衛星導航系統，多億美元建起了自己的全球衛星導航系統，打破美國壟斷

13、打破美國壟斷歐盟啟動了伽利略全球衛星導航定位系統計劃。歐盟啟動了伽利略全球衛星導航定位系統計劃。中國的全球定位系統中國的全球定位系統北斗衛星導航系統，北斗衛星導航系統，自自2000年以年以來，已成功發射來，已成功發射10多顆衛星，建立北斗一代和北斗二代系統，多顆衛星，建立北斗一代和北斗二代系統，精度達精度達10米。米。國產北斗衛星導航定位系統顯示大屏幕國產北斗衛星導航定位系統顯示大屏幕 電磁輻射武器：破壞通訊指揮與控制系統電磁輻射武器：破壞通訊指揮與控制系統雷電電磁脈沖對微電子化、高度集成化的信息設備雷電電磁脈沖對微電子化、高度集成化的信息設備造成干擾與毀傷造成干擾與毀傷對于現代戰爭形態和作戰

14、樣式的發展與變化，用電對于現代戰爭形態和作戰樣式的發展與變化，用電磁武器攻擊計算機網絡、衛星系統等信息系統，使磁武器攻擊計算機網絡、衛星系統等信息系統，使電子設備形成永久的損傷及通訊系統癱瘓。電子設備形成永久的損傷及通訊系統癱瘓。微波武器微波武器: 熱效應熱效應次聲波武器次聲波武器 （f 20 Hz)：共振效應：共振效應 中國擁有多種核動力和常規動力潛艇。中國擁有多種核動力和常規動力潛艇。中國潛艇的技術發展（靜音，武器攜帶，火控技術）中國潛艇的技術發展（靜音，武器攜帶，火控技術）水雷武器按布設方式分類，主要有沉底雷、錨雷、火水雷武器按布設方式分類，主要有沉底雷、錨雷、火箭上浮式水雷、漂雷、定深

15、水雷等；按制導方式分類箭上浮式水雷、漂雷、定深水雷等；按制導方式分類主要有碰撞觸發式、音響自導式、磁感應式、電腦識主要有碰撞觸發式、音響自導式、磁感應式、電腦識別式、遙控制導式等，涉及各種布雷及掃雷技術。別式、遙控制導式等，涉及各種布雷及掃雷技術。二二. 航天科技航天科技 衛星衛星 同步通信衛星同步通信衛星 偵察衛星偵察衛星 洲際彈道導彈洲際彈道導彈 宇宙飛船宇宙飛船涉及物理學內容包括：涉及物理學內容包括：天文學，力學，空氣動力學（軌道，飛行）天文學，力學，空氣動力學（軌道，飛行）電磁學（無線電通信與控制，定位）電磁學（無線電通信與控制，定位）光學，熱力學，原子物理，材料，光學，熱力學，原子物

16、理，材料，1957年年10月蘇聯月蘇聯世界第一顆人造地球衛星世界第一顆人造地球衛星 1961 年蘇聯東方紅載人飛船年蘇聯東方紅載人飛船1969年美國阿波羅年美國阿波羅11號飛號飛船實現載人登月船實現載人登月 “阿波羅阿波羅”工程是當代規模最大、耗資最多的科技項工程是當代規模最大、耗資最多的科技項目之一目之一 導致導致60至至70年代產生了液體燃料火箭、微波雷達、無年代產生了液體燃料火箭、微波雷達、無線電制導、合成材料、計算機等一大批高科技工業群線電制導、合成材料、計算機等一大批高科技工業群體體 取得的技術進步成果向民用轉移，帶動整個科技發展取得的技術進步成果向民用轉移，帶動整個科技發展與工業繁榮，其二次開發應用的效益遠遠超過與工業繁榮，其二次開發應用的效益遠遠超過“阿波阿波羅羅”計劃本身所帶來的直接經濟與社會效益計劃本身所帶來的直接經濟與社會效益俄聯盟飛船成功與國際空間站對接俄聯盟飛船成功與國際空間站對接亞特蘭蒂斯號航天飛機發射亞特蘭蒂斯號航天飛機發射挑戰者號航天飛機遇難挑戰者號航天飛機遇難嫦娥一號發射成功嫦娥一號發射成功 嫦娥一號衛星傳回的第一幅嫦娥一號衛星傳回的第一幅月面圖像月面圖像 天宮天宮1號號 神舟神舟8號號對接對接問題：天宮問題：天宮1號號 神舟神舟8號發射、入軌飛號發射、入軌飛行與對接過程涉及哪些物理系原理？行與對接過程涉及哪些物