摘要：详细阐述了纳米电子技术及微机电技术在军事计算机、微小卫星、飞机侦察和干扰、导航制导、武器装备、单兵系统等军事领域的应用前景。介绍了部分军事强国在纳米科技领域的发展和部署状况，分别了我国纳米科技和纳米电子技术的发展现状，并指出发展纳米科技和纳米电子技术对占领未来电子信息战制高点具有战略意义。

关键词：纳米技术；纳米电子技术；微机电系统；电子信息战中图分类号：TN40；TH70 文献标识码：A文章编号：1671-4776（2003）11-0013-051 纳米技术及纳米电子技术发展概况纳米技术是指在0.1～100 nm的尺度空间内研究电子、原子、分子的内在运行规律和特性的崭新技术。1990年7月，首届国际纳米科学技术会议在美国巴尔的摩举行，标志着纳米技术的正式诞生。它是现代科学和技术相结合的产物，涉及到几乎现有的一切基础性科学技术领域，并派生出纳米功能材料学、纳米电子学、纳米信息学、纳米生物学、纳米机械学、纳米显微学、纳米化学、纳米物理学和纳米测量学等学科。按照微电子产业的摩尔定律，每18个月左右，芯片的速度增加一倍、尺寸减小一半[1]。如果这个定律持续起作用，那么到2010年左右，微电子技术的发展就会接近其物理极限，因为在纳米空间，电子的波动性质将明显地表现出来，以电子为基本粒子的微电子技术将面临挑战，于是，纳米电子技术应运而生。纳米技术与微电子技术相结合出现的纳米电子学，立足于最新的物理理论和最先进的工艺手段，按照全新的理念来构造电子系统，可以超越集成电路的物理和工艺限制，研制出体积更小、速度更快、功耗更低的新一代量子功能器件。目前，以北威州纳米研究联合会和埃森大学为首的多家德国科研机构已研制成功单电子纳米开关，即在纳米电路中用１个电子实现硅芯片半导体电路中10万个电子才能实现的“通”、“断”特性。美国的IBM和日本的日立也相继研制成功了单电子晶体管。科学家称，这种电路有可能成为未来更小、更精确和能耗更低的芯片的基础[2,3]。当尺度由微米级降至纳米级，器件的集成度将大幅度提高，同时还具有器件结构简单、可靠性高、成本低等诸多优势。微电子技术曾在20世纪70年代引发了信息革命，而纳米技术将可能成为下一个技术革命时代的核心。2 纳米电子技术在军事领域的应用技术革命在带来产业革命的同时，也必将引起军事领域的重大变革。美国认为纳米科技是国防工业的未来，世界上各主要军事大国，也都投入大量经费，开展研制试验，制造纳米武器。作为军事信息技术重要基础的军用微电子技术，如果一旦得到纳米技术的支撑，将促使以微电子技术为代表的当代信息技术实现向以纳米技术和分子器件为代表的智能信息技术的巨大转变。纳米电子技术对未来军事作战领域的驱动力，将远远超出当前微电子技术对信息战的影响，也必将在世界范围引发一场真正意义的新军事革命，并把电子信息战水平推向更新、更高级的发展阶段。2.1纳米计算机系统计算机是信息系统的核心，而且现代战争系统离不开计算机。采用纳米技术制造的微型晶体管和存储器芯片将使存储密度、计算速度和效率提高数百万倍，大大缩小计算机的体积和重量，而能耗却可降低到今天的几十万分之一。一旦这种具有原子精密度的新型计算机取代现有的计算设备用于军事作战，必将实现信息采集和处理能力的革命性突破，从而提高Ｃ４Ｉ系统的可靠性、机动性、生存能力和工作效能。 2.2 纳米航天及航空技术2.2.1纳米卫星1993年，美国Aerospace公司就在奥地利召开的第４４届国际宇航大会上提出了纳米卫星（质量约0.1～10 ｋｇ）的概念。这种卫星比麻雀略大，质量不足10ｋｇ，各种部件全部用纳米材料制造，采用最先进的微机电一体化集成技术整合，体积小、质量轻、生存能力强，即使遭受攻击也不会丧失全部功能；研制费用低，不需大型实验设施和跨度大的厂房；易发射，不需大型运载工具发射，一枚小型运载火箭即可发射千百颗，若在太阳同步轨道上等间隔布置648颗功能不同的纳米卫星，就可以保证在任何时刻对地球上任何一点进行连续监视，即使少数卫星失灵，整个卫星网络的工作也不会受影响[4]。纳米卫星的发展极为迅速，美国、俄罗斯等航天大国和许多中小国家均投入大量人力物力加紧研制。目前，我国第一颗“纳卫星”也正在研制之中。美国是世界上最依赖太空能力的军队，不论是通信、高效的监督和侦察，还是通过全球卫星定位系统和间谍卫星来运行的精确制导武器系统，都离不开卫星等太空设施。美国能够在全球迅速部署兵力，依靠的也是庞大的卫星系统。可以毫不夸张地说，美国现在打的每一次战争都是太空战争，若能令其失去太空资源，则必将大大挫伤美国的战斗力。2.2.2太空升降机太空战将成为未来战争的热点，由于现用航天飞机和宇宙飞机运载能力较低，发射次数有限，安全性也较差，前一阶段美国科学家甚至为此呼吁暂停使用现有的航天飞机。另一方面，一些发达国家正在加紧研制能够满足太空作战需要的新式太空运载工具。巴基球是由60个碳原子聚集一起形成的足球状结构，在此基础上研制出碳纳米管，其强度比钢高100倍，而重量只有钢的1/6，50000个碳纳米管并排在一起只相当于一根头发丝的直径。这种碳纳米管或类似结构的材料被设想用于制造“太空升降机”，在未来的太空军事化应用中发挥重要作用。2.2.3纳米飞机侦察和干扰系统应用了纳米技术的各种微型飞行器可携带各种探测设备，具有信息处理、导航（带有小型ＧＰＳ接收机）和通信能力。美国黑寡妇超微型飞行器长度不超过15ｃｍ，成本不超过1000美元，重50ｇ，装备有ＧＰＳ、微摄像机和传感器等精良设备，见图１。德国美因兹微技术研究所科学家研制成功微型直升机，长24ｍｍ、高8ｍｍ、质量为400 ｍｇ，小到可以停放在一颗花生上。这些纳米飞机的主要功能是秘密部署到敌方信息系统和武器系统的内部或附近，监视敌方情况，同时也可对敌方雷达、通信等电子设备实施有效干扰。它们可以悬停、飞行，且很难被敌方常规雷达发现。据说它还适应全天候作战，可以从数百公里外将其获得的信息传回己方导弹发射基地，直接引导导弹攻击目标。

2.3微机电系统、“纳米武器”和“纳米军队”在军事领域，大型武器装备的新发展历来受到格外关注，然而纳米技术和微机电系统的应用，即将使人们用肉眼几乎难以发现的纳米武器装备跃上战争舞台。微机电系统可以说是纳米技术的核心技术，也是目前纳米电子技术最尖端的应用。所谓微机电系统，主要是指外形轮廓尺寸在毫米级、构成元件尺寸在微米至纳米级的可控制、可运动的微型机械电子装置。微机电技术并不是通常意义上的简单的系统小型化，因为当每个部件都小到纳米级以后，宏观的参数如体积、重量等都变得微不足道，而与物体表面相关的因素如表面张力和摩擦力就显得至关重要了。新的物理特性使纳米器件非常坚固耐用，可靠性很高。日本是利用纳米技术发展微型机电系统的最大投资国，制定了１０年发展规划；美国自１９９４年，就将微机电技术列入《国防部国防技术计划》的关键技术项目中。近１０多年，微机电技术获得了实质性突破。科学家们成功地制出了纳米齿轮、纳米弹簧、纳米喷嘴、纳米轴承等微型构件，并在此基础上制成了纳米发动机。这种微型发动机的直径只有200 μｍ，一滴油就可以灌满四五十个这种发动机，见图２。与此同时，微型传感器、微型执行器等也相继研制成功。这些基础单元再加上电路、接口，就可以组成完整的微机电系统了。纳米技术的发展正在使微机电系统走向现实，而以后者为基础的神奇“精灵”，不仅将改变我们的生活现状，更将主宰未来战争的舞台。 2.3.1微型导弹由于纳米器件比半导体器件工作速度快得多，制造出的智能化微机电导航系统，可以使制导、导航、推进、姿态控制、能源和控制等方面发生质的变化，从而使微型导弹更趋小型化、远程化、精确化。这种只有蚊子大小的微型导弹直接受电波遥控，可以悄然潜入目标内部，其威力足以炸毁敌方火炮、坦克、飞机、指挥部和弹药库，起到神奇的战斗效能。目前，美国、日本、德国正在研制一种细如发丝的传感致动器，为成功研制微型导弹开拓了技术发展空间。 2.3.2纳米微型军这是一类能像士兵那样执行各种军事任务的超微型智能武器装备，目前正在研制的主要是执行侦察监视任务、破坏敌方电脑网络、信息系统、武器火控和制导系统的“间谍草”、“机器虫”、袖珍遥控飞行器、“蚂蚁雄兵”和微型攻击机器人等。例如“蚂蚁雄兵”，这是一种通过声波或其他方式控制的微型机器人，比蚂蚁还要小，但具有惊人的破坏力。它们可以通过各种途径钻进敌方武器装备中，长期潜伏下来，一旦启用便各显神通，有的专门破坏敌方电子设备，使其短路、毁坏；有的充当爆破手，用特种炸药引爆目标；有的施放各种化学制剂，使敌方金属变脆、油料凝结或使敌方人员神经麻痹、失去战斗力。若“蚂蚁雄兵”与微型地雷配合使用，还能实施战略打击。据美国国防部专家透露，美国研制的“微型军”有望在１０年内大规模部署。2.3.3纳米机器人[5]纳米机器人是纳米科技最具诱惑力的重要内容。纳米机器人将包含有纳米计算机，这种可以进行人机对话的装置一旦研制成功，可在１ｓ内完成数１０亿次操作。这种机器人可用于弥补部队人力的不足、降低部队在使用生化武器和核战争中的风险、增加机动能力、提高部队的自动化程度。这将大大改变人们对战争力量对比的看法，使未来战场模式与格局产生根本性变革。2.4高集成度的单兵系统由于纳米信息系统具有超微型化、高智能化等特点，目前车载、机载的电子战系统甚至武器系统都可浓缩至单兵携带，其隐蔽性更好、攻击性更强，同时系统获取信息速度加快，侦察监视精度提高，而系统的重量却大大减轻［６］。应用纳米技术的单兵系统能明显提高士兵的态势感知能力、通信能力和杀伤力。预计到２０２５年，一个单兵的杀伤力可能相当于今天的一辆坦克。 美国陆军的“陆地勇士”计划通过士兵系统，把数字通信能力提供给在前线作战的单个步兵，把他们连入数字化战场，分享数字化战场提供的优势。“陆地勇士”系统由５个分系统组成：综合头戴分系统、武器分系统、士兵计算机／电台分系统、防护服和单兵装备分系统。通过士兵计算机／电台系统，士兵能以实时或近实时方式接收指挥官的命令，能从ＧＰＳ接收机或其他信息源接收目标数据、位置数据和战场态势信息等，也可以把自己收集到的情报传回指挥部；头盔中将配备微光放大器、显示器、空气调节器等设备；电池一直是便携设备的瓶颈，而应用纳米技术制造的嵌入式燃料电池已经取得初步成果，这将使单兵系统能够连续工作更长时间。除美国之外，英国陆军有未来步兵技术计划；荷兰正在研制士兵数字助理；澳大利亚、加拿大、俄罗斯和以色列等都有类似的计划，计划将于2005～2010年装备部队。另外，借助于纳米技术，士兵的防护服也将开发出前所未有的功能。2002年３月，美国五角大楼正式宣布将“未来战袍”研制项目授予麻省理工，并为这个项目拨出了至少5000万美元的专门研究经费。这个“神奇的战袍”用特殊的纳米材料制成，除具有隐形、防导弹打击、自动治疗等功能之外，还具备感知可能来临的危险的能力，无论是炭疽袭击，还是子弹飞来，战袍都能够相应地做出反应。如果空气中二氧化氮的指标突然升高，战袍会突然将头盔中的透气口关闭；如果远处有人向士兵开枪，战袍也将启动防弹功能，因为子弹在发射时会冒出火花，而这个光线能够被战袍感知，这些都是纳米传感技术和纳米电子技术广泛运用的结果。据悉，“未来战袍”将在2007年结束基础研究工作，开始进行试验。 3国内外纳米科技的发展和部署状况在世界范围内，各个国家纷纷投入巨资抢占纳米技术战略高地。2000年１月美国前总统克林顿在加利福尼亚理工学院演说中宣布启动“国家纳米技术倡议”，把纳米技术置于国家最优先发展的地位。美国政府以５亿美元的预算支持纳米技术研究与开发，将纳米计划视为下一次工业革命的核心［７］。目前，美国已在纳米结构组装体系、高比表面纳米颗粒制备与合成以及纳米生物学方面处于领先地位，在纳米器件、纳米仪器、超精度工程、陶瓷和其他结构材料方面略逊于欧共体；德国19家研究机构建起纳米技术研究网，在纳米材料、纳米测量技术、超薄膜的研发领域具有很强的优势；日本除继续推动早已开始的纳米科技计划外，每年投资２亿美元推动新的国家计划和新的研究中心建设，目前已在纳米器件和复合纳米结构方面占有优势，在分子电子学技术领域也有很强的实力，紧随德国之后；法国决定于2001～2005年投资10亿法郎建立一个占地８公顷、建筑面积为６万平米、拥有3500人的微米／纳米技术发明中心，配备最先进的仪器设备和超净室，成立一个微米纳米技术发明中心，目前该中心已进入实际运行阶段并取得初步研究成果；英国现已有上千家公司、30多所大学、７个研究中心进行纳米技术研究。另外，瑞典、澳大利亚、韩国、新加坡等国家也都在大力研究开发纳米技术［8,9］。我国纳米技术的研究与世界先进水平同步，个别方面走在世界前沿。为迎接纳米技术挑战，我国已在国家层次上制定纳米科技发展战略和规划，中国科学院、北京大学成立了各自的纳米科技研究中心。我国的研究力量主要集中在纳米材料的合成和制备、扫描探针显微学、分子电子学以及极少数纳米技术的应用等方面，在纳米碳管、纳米材料的若干领域已取得出色的研究成果。我国现有１００家纳米技术企业，十几条纳米生产线，国家纳米技术产业化基地也已在天津成立。 4结束语21世纪是生命科技和信息科技调整发展和广泛应用的时代，而纳米科学和技术将促进包括生命科技、信息科技在内的几乎所有技术的飞速发展。世界格局内纳米科技日新月异的发展对我们提出了严峻的挑战，在一些发达国家，军方对纳米技术的投入和研究成果已经超过了其他领域。相对其他学科，我国对纳米技术的研究起步并不晚，迄今为止也投入了相当力量，但是对纳米技术尤其是纳米电子技术在军事上的应用研究还十分薄弱。目前，世界范围内纳米技术还不很成熟，至少需要１０年左右的时间才可能大规模运用于军事作战，这为我们研究纳米技术和发展军事应用提供了一个空间。未来战争仍将以电子信息战为主，而纳米电子技术无疑是电子信息战的制高点。我国应该吸取由于微电子产业的落后而导致武器装备落后的教训，把纳米电子技术在军事领域的应用研究放在战略高度，把握契机，发挥特长，争取掌握高超的制敌之术，弥补现有武器装备力量的不足，实现我国国防事业的跨越式发展。