誰先掌握太赫茲技術,誰就將佔據未來軍事制高點——

太赫茲︰第五維戰場“拓荒者”

來源︰ 解放軍報作者︰ 張乃千 謝琦責任編輯︰陳麗娜2017-03-31

為戰場做一次“CT”檢查——

復雜戰場環境下成像尋敵的理想技術

或許在不久的將來,一旦恐怖分子攜帶精心偽裝的爆炸裝置通過安檢儀,地面安檢人員就可以憑借儀器迅速識別爆炸裝置,將恐怖分子直接在地面圍剿。其中立下汗馬功勞的當屬這款有別于現有安檢儀的太赫茲儀器。

太赫茲技術的核心是太赫茲波,一種頻率從0.1-10THZ、波長從3毫米到30微米、介于毫米波與紅外光之間、頻譜範圍相當寬廣的電磁波。太赫茲具有輻射小、透射性好、通信傳輸容量大等突出特點,在醫學成像、雷達探測、電子對抗、電磁殺傷和通信技術等國防和民用領域具有廣泛的應用前景。

太赫茲波在電磁頻譜中佔有特殊位置,具備微波和紅外輻射所不具有的獨特屬性。利用太赫茲頻率高、波長短且在濃煙、沙塵等環境中傳輸損耗少等“獨門絕技”,可一眼“看透”牆體進而對房屋內部進行掃描,是復雜戰場環境下成像尋敵的理想技術。尤其是太赫茲技術在塑料凶器、陶瓷手槍、塑膠炸彈、流體炸藥和人體炸彈等檢測識別上更加“精準高效”,遂行相關任務的戰士不再需要靠近可疑地段或人員便可進行檢查。

正是由于太赫茲技術巨大的應用前景,美國、歐洲、俄羅斯、日本等在太赫茲技術研究上蜂擁而至,投入巨資。早在2004年,美國就將太赫茲技術列為改變世界的十大技術之一,啟動太赫茲成像陣列技術研究,並在隨後啟動了太赫茲電子學研究計劃,迅速推動了基于太赫茲的半導體技術、太赫茲高分辨率成像技術等方面的研究發展。目前,美國已經研制成功便攜式遠距離太赫茲成像雷達和放大器集成電路,將在小孔徑通信、高分辨率成像、提高爆炸物探測能力等創新應用領域發揮重要作用。

對物體進行三維立體成像——

特有的“指紋譜”可對各類物質進行精準識別

時至今日,提起太赫茲,人們依舊能在無形中感受到它的神秘。處于電磁頻譜開發“真空地帶”的太赫茲,無法運用光學理論和微波理論合理解釋,因而在上世紀90年代之前一度被人們“遺忘”。如今,隨著人們對太赫茲研究的不斷深入,太赫茲波獨具特色的性質使得其在軍事和安全領域有著廣泛的應用前景。

太赫茲的一大神奇之處就是對爆炸物極其靈敏的“嗅覺”。通過太赫茲波獨特的吸收特性,可完成對爆炸物等危險品的探測識別。2014年6月,德國研究人員利用太赫茲掃描儀幾秒鐘內便可確定其內部物質的太赫茲“指紋譜”,經過與數據庫的比對就能確定物品內部的具體名稱。

太赫茲技術還可對物體進行三維立體成像,對各類物體來個全身高精度寫真。美國研究人員利用頻率為1太赫茲的電磁波對航天材料進行安全體檢,可成功檢測出隱藏在材料內部的缺陷,避免相關設備由于材料的微小瑕疵在飛入太空後功虧一簣。該技術將在戰略導彈、航空航天結構材料監測評估中發揮重要作用,美國甚至已經利用太赫茲檢測系統來確保F-35戰斗機的生產質量。

除用于探測爆炸物外,利用太赫茲精確的“指紋譜”還可對各類物質進行分析識別。例如,利用太赫茲波可鑒別不同種類的毒品,通過測定“炭疽熱”粉末等對太赫茲波的吸收情況,可有效防止生物恐怖襲擊。事實上,正是通過與一些新興前沿學科領域交叉融合,太赫茲才與生物醫學、微納米技術、材料科學、光電技術等學科發生了巧妙的“化學反應”,這不僅為太赫茲技術研究提供了一大批新興技術手段,也為太赫茲世界描繪了更加寬廣的美好未來。

讓隱身無處遁形——

可實現全天候戰場態勢感知

太赫茲技術目前在軍事通信領域方興未艾。在無線通信發展百余年後的今天,軍事通信領域500MHz-5GHz頻段資源日趨稀缺,太赫茲這一曾被“遺忘”的波段,聚集了微波通信與光通信的諸多優勢,早已成為各軍事大國挖掘開發的“寶藏”。太赫茲的頻段相比廣泛運用的微波通信要高出4個數量級,可承載更大的數據傳輸量,進而可輕松解決戰場信息傳輸受制于帶寬的問題,滿足未來戰爭大數據傳輸速率的通信要求。

未來,利用太赫茲無線網絡傳輸高清影像資料,只要瞬間即可完成,這將在戰場偵察過程中發揮重要作用。雖然太赫茲波在大氣中傳輸時易受各類氣候條件影響,傳輸距離有限,但在某些特殊情況下,這一“短板”恰恰成為太赫茲通信的又一技術“專長”。由于大氣衰減可使信號根本無法傳播到敵人的無線電監听機構中,因此可實現隱蔽的近距離通信。

同時,戰場態勢感知也是太赫茲的一出“拿手好戲”。采用合成孔徑技術的太赫茲雷達所使用的太赫茲波長要遠遠小于微波雷達所采用的電磁波,因此具有更高的分辨率和信噪比,可獲取比微波雷達更清晰的目標外形特征,從而提高目標圖像的分辨率。此外,太赫茲合成孔徑雷達還具有優良的穿透沙塵煙霧的能力,可實現全天時、全天候戰場態勢感知,在軍事偵察、軍事測繪以及空間態勢感知等領域中有著廣闊的應用前景。

太赫茲還可讓隱身武器無處遁形。隱身技術主要靠形狀、吸波涂層、形成等離子雲吸收或改變雷達波傳播方向等來實現隱身,這些絕招太赫茲幾乎全部免疫。太赫茲波波長遠小于微波與毫米波的波長,因而可用于探測更小目標並實現更精確定位。同時,太赫茲波又包含了豐富的頻率和寬廣的帶寬,能以成千上萬種頻率發射納秒級脈沖,進而大大超出現有隱身技術的“屏蔽”範圍。

經過20多年的發展,目前大功率太赫茲波輻射源和高靈敏度探測技術等相關研究都取得了突破性進展,未來太赫茲技術將在軍事通信、戰場偵察、精確制導、反隱身和電磁對抗等軍事領域發揮重要作用。可以說,誰先掌握了太赫茲這一第五維戰場的重要頻段,誰就將佔據未來軍事制高點。

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