微型航空器戰(zhàn)場稱霸

展望2020年的戰(zhàn)爭，美國軍事戰(zhàn)略家預(yù)計(jì)：小巧玲瓏、致人于死地的微型航空器將蜂擁著飛向戰(zhàn)場，像一群殺人蠅……

把未來戰(zhàn)爭置于指尖之上，那時既不用叩擊死亡光束的扳機(jī)，也不用啟動末日機(jī)器的按鈕，只需控制粗短翼機(jī)器蠅的飛行即可。

機(jī)器蟲

“蒼蠅是所有飛蟲中飛行最穩(wěn)定，機(jī)動性能最佳的一種。”加利福尼亞伯克利大學(xué)的一位生物學(xué)家說。“在動物世界里，蒼蠅就是噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)。”美國五角大樓的專家持同樣觀點(diǎn)，并希望能將“奇妙世界”里的家蠅復(fù)制成名副其實(shí)的噴氣式戰(zhàn)斗機(jī)。伯克利小組是由工程師和生物學(xué)家組成的一系列小組中的一個，該小組正在探索微型航空器（簡稱微航器）的新領(lǐng)域。將昆蟲飛行的空氣動力學(xué)原理與全球定位系統(tǒng)以及分子電子學(xué)知識相結(jié)合，他們希望發(fā)明一種微型偵察器。一旦試制成功，不銹鋼和密拉（一種聚酯薄膜）機(jī)器蠅就可鼓翼而飛，飛往地球上最隱秘的地方——如國際精英間諜的策劃密室等。

如果第一代微航器能被證明是有效的間諜飛蟲，那么它們最終將成為一種最危險(xiǎn)的武器。最近麻省理工學(xué)院的阿蘭·愛普斯坦在科技期刊《美國宇航》上撰文，就微航器的作戰(zhàn)設(shè)想作了描述。他展望，有了全球定位系統(tǒng)，微航器可以深入敵人腹地，降落在某個橋梁的任何關(guān)鍵地點(diǎn)。每架微航器攜帶一枚小型錐形塑膠炸彈，一旦接到指令，微航器立即起爆，只需一個定位準(zhǔn)確的小巧炸彈的1%的炸藥量，頃刻間，這座橋梁就會被炸毀。

安裝了微型照相機(jī)的偵察蠅，可以執(zhí)行偵察小組的任務(wù)，竊聽有關(guān)戰(zhàn)術(shù)信息，反饋敵軍陣地當(dāng)時的景象。狙擊蠅則負(fù)責(zé)查找戰(zhàn)場指揮官，并用眼球虹膜將之認(rèn)準(zhǔn)，這時狙擊蠅就將自身對準(zhǔn)指揮官的頸動脈飛擲而去，這無疑是21世紀(jì)“部落毒鏢”的化身。

同時，還有一種裝有鈦合金尖頭的機(jī)器蠅，由于體積太小，雷達(dá)無法探測，它們聚集在敵軍飛機(jī)場跑道盡頭的雜草叢中。飛機(jī)起飛時，它們蜂擁而起，等待噴氣發(fā)動機(jī)的進(jìn)氣道將它們一古腦吸進(jìn)去。機(jī)器蠅的鈦合金尖頭會將旋動的渦輪葉片打斷，任熾熱如火的碎片如雨點(diǎn)般撒向數(shù)千磅重的噴氣燃料和機(jī)械彈藥。用五角大樓的話來說，微航器是一種潛在的極限倍增器。

看來這些預(yù)見很符合未來科技的發(fā)展，因?yàn)槲褰谴髽怯匈Y金支持的4大機(jī)構(gòu)（陸軍、海軍、空軍科研部及國防先進(jìn)科研項(xiàng)目局）正在認(rèn)真處理這些設(shè)想。這一課題總共投入了5000萬美元以上的經(jīng)費(fèi)，主要用于研制拍動式翼體、極微小的噴氣發(fā)動機(jī)，以及大小如分子的電子包等。

研究拍動

“制造微航器，比縮微一架大型飛機(jī)還要復(fù)雜，”工程師們說，“假如人們固定機(jī)翼的理論應(yīng)用于昆蟲，其計(jì)算結(jié)果一定像大黃蜂一樣，不能飛。他們必須采用別的什么方法才行。”這就是迪金森這些生物學(xué)家所涉足的領(lǐng)域，他們有志于創(chuàng)立一套昆蟲飛行理論，以便用機(jī)械方法制造微型機(jī)器蟲，使昆蟲飛行原理得以應(yīng)用。

升力的產(chǎn)生和飛行后的控制，涉及到許多空氣動力學(xué)因素。這些因素中，最為重要的特性可以概括為空氣動力學(xué)專家所稱謂的“雷諾數(shù)”。印地安那州立圣母院大學(xué)宇航與機(jī)械工程系教授托馬斯·繆勒說，大型高速客機(jī)，如波音747具有極高的“雷諾數(shù)”，大大超過1億。隨著飛機(jī)尺寸變小，速度減慢，相關(guān)“雷諾數(shù)”也隨著下降。一個固定翼6英寸的微航器，巡航速度為每小時30英里時，其“雷諾數(shù)”約為13萬，結(jié)果很難控制。如果將飛機(jī)縮到一只大昆蟲大小，“雷諾數(shù)”要降到2萬以下。在這么低的“雷諾數(shù)”下，固定翼飛機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑一定很大，以至于不能實(shí)現(xiàn)直角急轉(zhuǎn)彎，而這種轉(zhuǎn)彎正是微航器要達(dá)到的，例如通過某地下室的通風(fēng)管道。

要將微航器制作成墻上的蒼蠅，首先，機(jī)翼必須要像蒼蠅一樣，換言之，要能鼓動翅膀。“微航器的尺寸和“雷諾數(shù)”要與一只很小的鳥相一致，”繆勒說，“小鳥的翼面及翼形特性，我們了解不多，但人類對昆蟲和小鳥本能飛行的研究已有很長的歷史。”2000年6月，繆勒請了國際著名的鳥類和昆蟲飛行專家同微航器設(shè)計(jì)師一起出席研討會。研討的題目是：在極低“雷諾數(shù)”條件下，固定翼、拍動翼和旋翼飛行器的各種狀況。會議得到最重要的信息之一是，盡管昆蟲能拍動它們的翅膀，卻根本不能像鳥一樣飛行。

“如果你具有昆蟲一樣的身材，你就不能像小鳥一樣飛行，”伯克利大學(xué)的迪金森說，“你必須從根本上重新思考問題。”鳥翼從表面上看同機(jī)翼沒有多少共同之處，但是用方程式來描述客機(jī)或信鴿的飛行，其結(jié)果基本是一致的。“用于研究飛機(jī)的靜態(tài)氣動學(xué)對鳥類研究也很實(shí)用。”

飛行功率

微航器設(shè)計(jì)師面臨的最大挑戰(zhàn)，是早期載人飛行先驅(qū)者們經(jīng)歷過的同樣問題，即尋找高效輕型的動力裝置。壓電電動機(jī)雖然效率高，但仍須供電。翼面所覆蓋的光電材料，在一定程度上能起些作用，但最后還是因?yàn)椴晒饷娣e太小而無法生成足以鼓動翅膀，或驅(qū)動電子元件的能量。雖然蓄電池可以提供短暫的飛行功率，但是太重。

專家一致的意見是，微航器必須自帶動力裝置。現(xiàn)在有3種技術(shù)方案。功率最大的要數(shù)13毫米的微型噴氣發(fā)動機(jī)，其性能已由英國國防部評價(jià)與科研局在2000年范保羅國際航展上作了演示。其持續(xù)飛行時間可達(dá)1小時。發(fā)動機(jī)的啟動或關(guān)閉非常簡單，全由一個簡便的開/關(guān)閥門來實(shí)現(xiàn)，性能可靠，操作簡便。

愛普斯坦正在研究的方案與此略有不同。他的實(shí)驗(yàn)室已獲得美國陸軍科研部500萬美元的經(jīng)費(fèi)支持，用于開發(fā)微型渦輪噴氣發(fā)動機(jī)，用生產(chǎn)計(jì)算機(jī)芯片同樣的工具和技術(shù)，最終實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

與全球定位系統(tǒng)連接

在研制微航器過程中，要讓這些微小的機(jī)器戰(zhàn)斗群體發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，看來是最難對付的挑戰(zhàn)。愛普斯坦說；“促進(jìn)系統(tǒng)縮微化的動力，來自微電子技術(shù)的發(fā)展。”他指出，縮微電子元件應(yīng)包含重量只有6克的全球定位系統(tǒng)接收機(jī)，大約是12片阿斯匹林的重量。

另外，給微航器輸入指令也并非難事。紅外線端口，能使微航器現(xiàn)場編程。一旦上戰(zhàn)場，即可通過紅外線端口在機(jī)群中傳遞協(xié)調(diào)指令。

最近，洛杉磯大學(xué)的一些化學(xué)家宣布了一項(xiàng)重大突破，說微航器體積可以再縮小。他們精心設(shè)計(jì)了一種輪烷分子環(huán)狀組合結(jié)構(gòu)，專門觀察晶體管的開/關(guān)動作。該工藝可以在一個微小芯片的1%的面積上放置10個超強(qiáng)計(jì)算能力的奔騰處理器。另外，由于輪烷分子晶體管可以光控開/關(guān)，所以能免去體積龐大的電纜連接。微航器終有一天能具備F-22那樣強(qiáng)勁的計(jì)算能力。

如果將喬治亞理工學(xué)院的毫微噴氣發(fā)動機(jī)和洛杉磯大學(xué)的分子晶體管合并，也許會造出更新更小巧的機(jī)器斗士。毫微微航器其體積之微小，可以匿藏于真蠅之中。

迷你飛行器取代偵察機(jī)

美軍將很快用迷你無人駕駛飛行器取代戰(zhàn)斗機(jī)執(zhí)行偵察任務(wù)，戰(zhàn)斗偵察機(jī)就要像美國騎兵一樣成為一個歷史名詞了。

迷你無人飛行器目前處于試驗(yàn)階段，美軍的地面部隊(duì)已經(jīng)開始利用這些微型工具進(jìn)行近距離偵查工作。有了這些直徑可能只有12厘米大小的無人飛行器，指揮官不必再擔(dān)心將先頭部隊(duì)送入未知的危險(xiǎn)之中。正是這個原因促使美國五角大樓將發(fā)展無人飛行器和水下偵察器排在首要的位置。

目前美軍開發(fā)的微型飛行器包括：

龍眼——這種飛行器僅重2.27公斤，翼展為114.3厘米，可以被拆解為5塊，并裝入一個背包中。龍眼的發(fā)射方式也很簡單，就像射彈弓一樣。它可以對5公里以內(nèi)的情況進(jìn)行偵察 ，飛機(jī)上配備了攝像機(jī)和紅外線傳感器。

MAV——這種由美國陸軍主持開發(fā)的微型飛行器的飛行距離大約為10公里，它可以連續(xù)數(shù)周進(jìn)行偵察活動。它的外形有點(diǎn)像裝咖啡豆的罐子，并分為多種型號，最小的一種大約只有0.5公斤重，直徑大約為12厘米。MAV上配備了攝像頭、紅外線傳感器、聲感設(shè)備和金屬探測器等。它的飛行速度高達(dá)160公里/小時。