下次把螳螂蝦丟到燒烤架上的時候,不要忘記那些甲殼類動物可能有一天能救你的命。加利福尼亞大學的科學家們正在研究—種特殊動物——雀尾螳螂蝦——的軍事應用價值,它們的“大拳頭”可能解開裝甲防護的技術謎題。
這種色彩斑斕的小蝦體長不到10厘米,生長在熱帶水域。它們有兩只“大棒”或“錘子”般的拳頭。能夠以每小時70千米的速度揮出。打擊力高達900牛,能輕易地砸開貝類、小魚的頭骨,甚至是魚缸的玻璃。研究小組的負責人戴維表示,這種小蝦的“拳頭”在4個月內(nèi)會持續(xù)敲擊超過50000次才會損壞,而后它們又會長出新的“拳頭”。
戴維和他的團隊正試圖揭示這種小蝦的“拳頭”質量輕且耐沖擊的秘密。早在2007年,戴維在觀看龍蝦時,就從它們那“拳頭”耐沖擊結構上意識到其中的軍事應用潛力。這種技術可以幫助人們開發(fā)出耐沖擊的防護服,避免內(nèi)臟受傷,也可以用于制造防護盔,防止沖擊造成腦震蕩。除了防彈衣,艦船甲板上各種槍炮的鋼鐵護板,也可以換用這種材料。戴維已經(jīng)致信美國海軍研究辦公室的年輕研究員提出這個研究項目,該項目會在3年中向一個機構每年提供17萬美元的資助,但目前尚未得到回應。加州大學表示,美國空軍科學研究辦公室已經(jīng)向戴維的團隊提供了60萬美元的研究經(jīng)費,支持他展開研究。
“如果你能搞懂這種結構的妙處,明白它們是怎樣做到經(jīng)受住成千上萬次的反復沖擊也不損壞,那么你就能把它們用到需要保護材料的地方,比如防彈衣。”美國空軍辦公室數(shù)學信息和生命科學主任休德龍(音)說?!拔覀兛紤]將這一技術用在直升機上,因為它們常常低空飛行,也可以用在A—10攻擊機上,用以替換現(xiàn)在采用的鈦合金裝甲。”A—10攻擊機,俗稱疣豬,單人亞音速攻擊機,是目前美國空軍的主力近距支援攻擊機。主要用于攻擊坦克、裝甲車群和戰(zhàn)場上的活動目標及重要火力點。它們能夠長時間盤旋于任務區(qū)域附近做300米以下的低空飛行。寬且直的機翼設計使其能于短距離起飛或著陸,能迅速的進出前線戰(zhàn)區(qū),并擁有可靠的低速飛行能力和驚人的續(xù)航力。因為它能夠以相對較低的巡航速度(僅每小時320千米),能有效發(fā)揮其作為一個對地攻擊機的優(yōu)勢,尤其是當一般高速戰(zhàn)斗機或轟炸機面對鎖定面積較小或緩慢移動的地面目標的時候。其優(yōu)良的戰(zhàn)場存活率,且能夠在戰(zhàn)斗中承受不少可觀的損傷。1991年的第一次波斯灣戰(zhàn)爭,讓A—10證明了自己的實力。144架A—10攻擊機—共摧毀了伊拉克1000臺以上的坦克、2000臺其他戰(zhàn)斗車輛以及1200個火炮據(jù)點,外加部分的雷達設施和機動性高的飛毛腿導彈發(fā)射器。整個戰(zhàn)爭期間僅僅只有5架A—10被擊落。且皆是未超過規(guī)范高度而遭擊落的。2005年3月,最新改進的A—10首飛,后定名為A—10C“雷電”Ⅱ。A—10攻擊機的改進升級是美國空軍自1972年以來對現(xiàn)役飛機實施的最重要的技術改造項目,耗資3億美元。2009年,美軍完成356架A—10攻擊機的升級任務。經(jīng)過升級改進,已有30年役齡的A—10攻擊機的使用壽命將創(chuàng)下美軍攻擊機服役55年的紀錄。老機新改、巧省經(jīng)費,老武備改出新戰(zhàn)力,這也是美空軍堅持多年的一條發(fā)展武備之路。A—10攻擊機將在2028年才從美國空軍除役,到時候將會被新式的F—35(聯(lián)合打擊戰(zhàn)機)給取代??哲姺矫孢€表示,這種技術可以幫助悍馬巡邏車抵御路邊炸彈,也能幫助無人機或直升機抵御敵方的火力。
研究人員認為。問題的關鍵是復制出“拳頭”的三部分結構。最外層的結構是堅硬的類似水晶的礦物質,硬化層后面是一層一層堆疊的稍軟的礦物質,可以吸收沖擊能量,最內(nèi)層的纖維結構則是相互平行,共同包裹著“拳頭”,就像是“拳擊手用布袋將拳頭裹起來”。
目前,研究人員已經(jīng)制成了材料樣品并開始測試,這種材料由環(huán)氧樹脂和玻璃纖維制成。能夠抵御子彈,且質量比鋼鐵輕。除了防彈材料,這種新技術也有望用于船舶領域——龍蝦在打擊獵物時,它們的“拳頭”在水中高速運動,能夠產(chǎn)生空泡效應,給獵物造成沖擊,但對龍蝦自己無害??张菪且环N物理現(xiàn)象,當物體在水中的運動速度超過50米/秒時,鈍頭航行器或安裝在頭部的氣體注入系統(tǒng)就可能產(chǎn)生低密度氣穴。以螺旋槳轉動為例,由于槳葉要劃動水流排向后方,因此,槳葉的吸水方向的水流壓力要小于排水方向的水流壓力,而且槳葉轉速越高,吸水方向的水流壓力就越小。而當槳葉轉速增加到某一數(shù)值,槳葉吸水方向水流壓力降到海水的飽和蒸汽壓力時,一部分海水就要汽化成為水蒸氣,并在槳葉的吸水面上出現(xiàn)氣泡溢出,這就是空泡效應。螺旋槳的轉數(shù)越高,空泡效應就越嚴重。艦艇的空泡效應不僅會使水流發(fā)生畸變,使槳葉產(chǎn)生空轉,從而降低槳葉的推進效能,還可能導致強沖擊波的出現(xiàn),并引起槳葉表層的腐蝕。如果科研人員能夠找出其中的原因,就能防止空泡效應對船只螺旋槳造成的損害。戴維認為,改良型的復合材料大概可以在2—3年內(nèi)完成,供軍方測試。屆時樣品使用的廉價環(huán)氧樹脂和玻璃纖維將會被換成碳纖維等高強度工程材料。