雷達,CDMA,計算機,火箭...今天在用的哪些科技是二戰就有的?

2019-06-20     紙上的宣仔

基本上可以這麼說,現如今人類的尖端科技里,完全是二戰後才提出模型並發展出來的,恐怕也就是雷射,核聚變,集成電路,量子計算/通信以及分子生物學了。按照大類,二戰期間就已經出現並且深深影響了人類發展的有:雷達,CDMA通信,電子計算機,噴氣式發動機,慣性制導系統,液體火箭,原子彈/核反應堆。。。大類我就知道這麼多,小的實在是舉不完。

雷達

最早的雷達是英國人開發出來的。在二戰期間,被用來放置在海岸線上執行不列顛本土的空中警戒任務,英國人把自己的雷達叫 Range and Direction Finding,也就是距離方位搜尋。它的性能十分粗糙,工作在HF波段,頻率20-30MHZ,精度非常差,而且只能測距,不能測高,無法實施持續有效的跟蹤也無法解算目標的速度和飛機類型。但就是這麼個東西,因為能夠早十幾分鐘感知到德軍機群的逼近,為英國空軍爭取了寶貴的反應時間,可以說立下了汗馬功勞。而沒有雷達的話,就比較慘,只能用聲波進行探測和粗略定位。。。

雷達的原理

位於英格國大巴多的Chain Home雷達天線發射塔,是一座高90m的鋼塔

沒有雷達的日本就只能用這種喇叭一樣東西搜集飛機發出的噪音來探測

雷達發展到今天,已經經歷了好多代技術疊代,功能也非常發達。從單脈衝的雷達發展到今天的有源相控陣雷達,從只能測距到現在可以同時跟蹤數百個目標,並且標記目標的方位,距離,速度,回波強度等信息。甚至還發展出了合成孔徑和逆合成孔徑雷達,直接對物體進行成像,極大提高了偵查能力。根據雷達的原理,還發展出了雷射雷達(LiDar)。如今,雷達在軍事領域必不可少,在民用領域也開始大放異彩。

現在的大型相控陣雷達一次可以跟蹤數百個目標

CDMA通信

CDMA Code Divisions Multiple Acess,翻譯過來叫碼分多址,是一種抗干擾的擴頻通信,專利申請人是著名艷星海蒂·拉瑪。第二次世界大戰期間被發明出來,並在了美軍的戰場軍事通信設備上。其思想初衷是防止敵方對己方通訊的干擾,在戰爭期間廣泛應用于軍事抗干擾通信。

CDMA原理,通過碼分多址,讓不同信號之間的碼型正交,這樣即使處在同一頻段下也沒有干擾

它的原理是,將需傳送的具有一定信號帶寬信息數據,用一個帶寬遠大於信號帶寬的高速偽隨機碼進行調製,使原數據信號的帶寬被擴展,再經載波調製並發送出去。接收端使用完全相同的偽隨機碼,與接收的帶寬信號作相關處理,把寬頻信號換成原信息數據的窄帶信號即解擴,以實現信息通信。這樣不僅可以有很強的抗干擾能力,而且可以讓多路信號在同一個信道上工作而不會有干擾,極大的節約了信道資源。這種通信現如今在3G,4G,5G上都有應用,可以說構成了現代民用通信的基石。

CDMA發明人海蒂·拉瑪

CDMA在我們今天的手機通信中起到的是基石般的作用

電子計算機

世界上第一台通用數字計算機是美國1946年開發的「埃尼艾克」,使用了18800個電子管,運算次數僅5000次每秒,可以通過執行複雜的積分計算測算炮彈和飛彈的彈道。但實際上,這台計算機並非是第一台電子計算機,只能說是通用性比較強。實際上,在二戰期間人工智慧之父提出的可計算理論和他參與開發的「科洛薩斯」邏輯計算設備已經可以算得上一台電子計算機了。這台計算機是數學天才阿蘭·圖靈設計,長4.9米,寬1.8米,高2.3米,重約4噸。主體結構是兩排機架,上面安裝了2500個大小形狀如同電燈泡的電子管,採用紙帶打孔的方式來進行數據的輸入和輸出。以上的幾種特點深刻影響了後面幾十年大型機的設計。圖靈的這台機器是專門用來破譯德國的「英格瑪」密碼機的。

早期的大型計算機(配圖不是科洛薩斯)

英格爾密碼機十分精巧複雜,逆向破譯的計算複雜度很高,想靠徒手計算破譯基本不可能

不過需要說明的是,這台計算機,以及後來的「埃尼艾克」計算機都不是馮·諾伊曼結構的,與我們今天使用的計算機相去甚遠。馮·諾伊曼在計算機上作出的共享影響更為深遠。不過阿蘭圖靈在可計算理論上的貢獻是超前的,並且奠定了人工智慧理論的基礎。

噴氣式發動機

噴氣式發動機是利用混合燃氣燃燒時產生的巨大熱量,推動燃氣渦輪轉動來驅動壓氣機旋轉,噴射出去的廢氣和吸入空氣的反作用力推動發動機向前運動。這種模式比起螺旋槳發動機,阻力更小,效率更高,推力更大。因此在二戰期間德國和英國都爭相研究這種體制的熱機。其中德國走的是軸流式渦輪噴氣發動機,而英國選擇了工藝難度相對較低的離心式渦輪噴氣發動機。二戰期間,德國的BMW生產的BMW003,搭載Me262戰鬥機進行了人類首次噴氣式飛機的飛行。二戰之後,戰敗的德國手上的噴氣式發動機專利連同航空 人才,被美國,蘇聯,英國打包帶走。而德國的軸流式噴氣發動機也成了今天所有噴氣式發動機的鼻祖。

軸流式噴氣發動機

離心式噴氣發動機

BMW-003發動機,基本上蘇聯和英國戰後第一代噴氣式發動機就是它的測繪仿製版

現如今所有噴氣式飛機的發動機都是軸流式噴氣發動機的子孫

慣性制導系統和液體火箭

其實這兩者捏到一起,就是彈道飛彈麼。不過鑒於慣性制導系統應用面非常廣泛,不僅是用在了飛彈上,飛機,艦船,各種導航設備上都可以使用,所以單拿出來了。二者首次應用都是在德國的 V-2火箭上。

V-2液體火箭,兩個貯箱儲藏燃料和氧化劑,並且有一個渦輪泵

現代火箭的兩種結構,帶渦輪泵的這一支就是V-2發展來的

慣性制導系統的原理其實很簡單,由陀螺儀,加速度計和測量裝置組成,陀螺儀那有一個高速旋轉的剛性金屬塊,由角動量守恆可知,安裝在陀螺儀支架上的金屬塊,將始終保持旋轉,並指向恆定方向。這時候如果飛彈的姿態有偏移,支架和金屬塊所成的相對角度就會有變化,通過測量就可以知道這個變化,從而計算出當前的姿態偏移量。而加速度計則是一個重物連著有彈性勢能的彈簧,當飛彈產生加速度的時候,重物會壓縮或拉伸彈簧,也會產生一個位置偏移,通過測量偏移量並進行一次積分和二次積分,就可以知道速度和位移的變化。

陀螺儀的原理

V-2飛彈上的陀螺儀(應該有3個,欠一個軸的陀螺)

V-2飛彈上的加速度計

V-2飛彈是目前所有彈道飛彈的鼻祖,也是運載火箭的鼻祖。而慣性制導系統也是GPS出現之前人類唯一可用的導航系統。

運載火箭和彈道飛彈直到今天仍然是人類最尖端的科技之一

原子彈和核反應堆

原子彈這個不多介紹了,至今也是人類揮之不去的噩夢,但同時超級大國也用它達到了恐怖平衡,使大國間戰爭爆發的幾率大大降低。

而製成核彈的一整套流程,分離,濃縮,反應堆等工藝,也構成了人類今天對核能利用的基石。鈾-235裂變所釋放的能量,可以用來製造毀滅,也可以用來發電造福人類。

核電站的原理

文章來源: https://twgreatdaily.com/zh-tw/L-8kGWwBmyVoG_1Zmr-G.html