闪电可以拿来当作武器吗?

原创 FFjet 航空知识

↑天空中的闪电↑

天空中耀眼的闪电大家一定都不陌生。通常,闪电以高达100兆伏的电压放电30千安培,在剧烈的高温作用下,闪电的内部,形成了我们今天的主角——等离子体。

↑看上去十分奇妙的等离子球↑

什么是等离子体?

等离子体是和固体、液体、气体同一层次的物质存在形式,它是由大量带电粒子组成的体系。在地球上,等离子体一般只存在于远离地表的电离层或闪电中,但是在整个宇宙中,我们目前已经知道的绝大部分物质(如各种星体及星体间的物质)都以等离子体形式存在着。

↑宇宙中等离子体无处不在↑

乍一看,等离子体和气体差不多,可是为什么说它是单独的一种物态呢?等离子体与固、液、气三态的组成最明显的不同之处在于,气/液/固三态都是由中性的分子或原子组成,而等离子体则由电子和离子组成。

当物质中的分子或原子电离后会产生大量的带电粒子,这些带电粒子可以在空间自由地运动和相互作用。虽然中性原子和带电粒子之间会频繁相互转化,但是电子和各种离子的数量大体不变,因此,等离子体的许多性质与固体、液体、气体显著不同,所以,人们往往称等离子体是物质在气/液/固之外的第四态。

等离子体为何神秘莫测?

在等离子体中,存在3种不同的力:热压力、静电力和磁力,这些力的存在会使等离子体内出现各种波动,例如声波、静电波、电磁波等等。而且等离子体中不同的带电粒子往往质量相差悬殊,导致它们对各种波动的响应不同。

简单说,你有很多种方法引起等离子体内部的变化,同时,等离子的内部并不是铁板一块,不同成分面对这些变化时的反应完全不同。显然,当复杂的刺激遇上了复杂的反应,最后的结果就是一团乱麻。

因此,一旦等离子受到外界力或者电磁波的扰动时,就会变得十分不稳定性。处于不稳定状态下的等离子体内部会出现各种螺旋、磁面撕裂、等离子体湍流等复杂的现象。

这种复杂的现象却可以让等离子体为我们所用,创造出性质独特的等离子武器。

正在研究中的等离子武器

01

等离子防空系统

1952年俄罗斯科学家提出等离子武器消灭高速飞行的小尺寸目标的反导防御概念。

这种反导防御系统利用射频波束或者激光波束在大气层中产生等离子体团,当目标进人等离子体团后,会因为在等离子体团中的高速非线性运动,产生不同于正常大气层中的运动力学关系而出现非正常的应力。这种应力会使目标自行解体。

现在,俄罗斯、美国等对此都有研究。

↑等离子防空系统↑

02

电离层等离子武器

电离层等离子武器可以通过射频波束对电离层进行局部加热 ,改变其状态,并在局部空间形成人工可控电离层,用于干扰通信和卫星或影响天气。

在这个过程中,还有可能利用局部人工可控电离层再产生新的低频波,通过这种低频波对地层的透射作用探测监视敌方的地下目标。

美国、俄罗斯、英国、挪威等国对此进行了长期研究。电离层武器的组成示意图如图所示。

↑电离层武器的组成示意图↑

03

等离子体隐身技术

等离子体隐身技术本身属有源隐身技术。它利用等离子体发生器、发生片或放射性核素在保护体表面形成一层等离子云,通过设计等离子体的特征参数(能量、电离度、振荡频率和碰撞频率等)使之满足特定要求,使照射到等离子云上的雷达波一部分被吸收, 一部分改变传播方向,从而达到隐身目的。

有时,机身表面的等离子云还能改变反射信号的频率,使敌雷达测出错误的飞机位置和速度数据,这同样可以实现飞机隐身的目的。

在苏联时期,机械制造科学生产联合体(NPO Mash)研制的3M25“流星”高超音速战略巡航导弹上就使用了等离子隐身系统。

↑使用了等离子隐身技术的3M25导弹↑

等离子体隐身技术具有很多优点:吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好;使用简便、使用时间长、价格便宜;无须改变飞机的外形设计,不影响飞行器的空气动力性能;由于没有吸波材料和涂层,大大降低了维护费用。

然而,现在等离子体隐身也存在着技术上的许多困难,并没有在飞行器上被广泛地应用,或许它并不是很好的隐身选项。下次有机会时作者将再详细探讨一番。

此外,俄罗斯进行的风洞试验表明:利用等离子体隐身技术还可以减少飞行器飞行阻力30%以上,可大大提高飞行器的飞行速度。

参考资料:

原标题:《闪电可以拿来当作武器吗?》