40纳米风险可控程序在军事应用上的优势
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纳米在军事领域的应用催化剂●纳米镍粉作为火箭固体燃料反应催化剂,可燃烧效率提高100倍●纳米材料制成的燃油添加剂,可节省燃油,降低尾气排放●纳米炸药比常规炸药性能提高千百倍特殊性能●把纳米技术用于武器制造,可大大提高武器弹头对目标的穿透力和破坏力●提高了武器装备的防护能力(未来防弹装甲车可能产生使导弹滑落或弹回去的奇迹)隐身性能●用纳米吸波材料涂在战略轰炸机、导弹等攻击性飞行器表面,能有效的吸收敌方防空雷达的电磁波●将纳米粒子添加于发烟剂中,能对阵地起到很好的屏蔽作用●与土壤混合,可遮蔽地下指挥所等重要设施原理(1)由于纳米微粒尺寸远小于红外及雷达波波长,因此纳米微粒材料对这种波的透过率比常规材料要强得多。
这就大大减少波的反射率,使得红外探测器和雷达接收到的反射信号变得很微弱,从而达到隐身的作用。
(2)纳米微粒材料的比表面积比常规粗粉体大很多,对红外光和电磁波的吸收率也比常规材料大得多,这就使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低,因此很难发现被探测目标,起到屏蔽作用。
微型武器●美国研制的小型智能机器人,大的像鞋盒子,小的如硬币,他们会爬行、跳跃甚至可飞过雷区、穿过沙漠或海滩,为部队或数公里外的总部收集信息●微型机电武器还可用于敌我识别、探测核污染和化学毒剂、无人侦察机纳米技术可以把现代作战飞机上的全部电子系统集成在一块芯片上,也能使目前需车载的电子战系统缩小至可由单兵携带,还可以潜在敌方关键设备中长达几十年之久。
现代战争消耗巨大,让人望而生畏。
从第二次世界大战到现在,武器弹药价格少则上涨几十倍,多则可达上千倍。
短短42天的海湾战争就耗资高达600多亿美元,使当时的美国总统布什心惊肉跳,难以承受,最后只好向英、法、德、日等盟国摊派,被戏称为“叫花子”盟主。
然而,进入纳米时代后,由于纳米武器装备所用资源少,成本极其低廉,未来造价昂贵的庞然大物型舰艇、飞机、坦克、火炮等将可能呈锐减之势,而纳米级战争将成为十足的低消耗战争。
纳米技术在军事应用的原理概述纳米技术是一种应用于材料、生物和化学领域的新兴技术,它的应用范围十分广泛。
在军事领域,纳米技术的应用可以提供突破性的优势,增强军事实力和作战能力。
本文将介绍纳米技术在军事应用中的原理。
纳米材料在装备中的应用纳米传感器•纳米传感器的原理是利用纳米材料的特殊性质,能够实时监测环境变化,如气体浓度、温度等。
•纳米传感器在军事装备中的应用可以用于监测化学、生物和放射性污染物,提供即时的战场情报。
纳米涂层•纳米涂层是一种薄而均匀的涂层,由纳米材料组成。
它可以赋予军事装备独特的性能,如抗腐蚀、防磨损等。
•纳米涂层在军事装备中的应用可以增加装备的耐久性和可靠性,延长使用寿命。
纳米光学材料•纳米光学材料是具有特殊光学性质的纳米材料,如光学吸收、荧光等。
•纳米光学材料在军事装备中的应用可以用于制造无形军装、隐身飞机等,增强隐蔽性能。
纳米技术在军事医学中的应用纳米药物传递系统•纳米技术可以用于制造纳米级的药物载体,通过优化药物的释放速度和有效靶向治疗疾病。
•纳米药物传递系统在军事医学中的应用可以用于治疗战场伤员和生化战的受害者,具有卓越的治疗效果。
纳米生物传感器•纳米生物传感器可以检测和测量身体内的生物标志物,例如血液中的病原体、荷尔蒙和癌症标志物等。
•纳米生物传感器在军事医学中的应用可以用于迅速监测战伤人员的健康状况,提供快速的诊断和治疗。
纳米人工肢体•纳米技术可以用于制造高度仿真的人工肢体,提供更好的运动控制和感觉反馈。
•纳米人工肢体在军事医学中的应用可以帮助受伤的士兵恢复行动能力,提高其战场适应性。
纳米技术在战场信息化中的应用纳米传输器•纳米传输器可以将信息传输到远距离,并提供加密保护,确保信息的安全性。
•纳米传输器在战场信息化中的应用可以实现实时通信和协同作战,提高指挥决策的效率。
纳米计算机•纳米计算机是利用纳米材料的特性构建的超小型计算机,具有高效能和低功耗的特点。
•纳米计算机在战场信息化中的应用可以提供强大的计算能力,支持复杂的模拟和推演,辅助决策制定。
新科技应用纳米技术在战争中的应用前景随着科技的不断进步与创新,纳米技术逐渐成为战争领域中的热门话题。
纳米技术,即利用纳米尺度的材料和现象进行设计与制造的技术,具有独特的特性和潜力,其应用前景也逐渐显现。
本文将探讨纳米技术在战争中的应用前景以及其带来的影响。
一、纳米技术在军事装备领域的应用前景1. 军事材料的改良与升级纳米技术的应用可以改良和升级军事材料,提高其性能和功能。
例如,利用纳米材料制造的抗弹衣可以提供更好的防护性能,减少士兵在战场上受伤的风险。
此外,纳米涂层技术可以使军事装备防水、防腐蚀等,更耐用和可靠。
2. 纳米传感器的应用纳米传感器可以用于实时监测和掌握战场信息,为决策提供准确的数据支持。
例如,纳米传感器可以被应用于侦测敌方军队的位置、数量、作战状态等信息,以便更好地调整作战策略。
3. 纳米导弹的研发与利用利用纳米技术来研发和制造导弹,可以使导弹具备更高的精确度和灵敏度。
纳米材料的应用可以提高导弹的稳定性和爆炸力,使其能够准确打击目标,从而提高作战胜率。
二、纳米技术在战争中的影响与挑战1. 对战争方式的改变纳米技术的应用将改变战争的方式和规模。
纳米机器人的使用,使得敌对双方可以实现无人化作战,减少人员损失,并能够获取更为准确和丰富的情报。
这将使战争更加智能化、精确化和高效化。
2. 对国防安全的挑战纳米技术的发展也带来了一些挑战和风险。
纳米技术的应用在敌对国家或恐怖组织手中,可能被滥用用于制造生化武器、窃取机密信息等,对国防安全构成威胁。
因此,国防部门需要加强监管和安全措施,以确保纳米技术的应用不会被滥用。
3. 对士兵素质的要求纳米技术的应用意味着军队需要具备更高的技术素质和专业能力。
士兵需要接受更为系统和复杂的训练,以应对这些新型装备和技术的使用。
因此,军队需要加强技术培训和人才引进,以提高军队的整体战斗力。
三、纳米技术在战争中的前景展望纳米技术的应用前景具有巨大的潜力和发展空间。
随着纳米技术的不断进步和发展,战争方式将变得更加智能和精确,同时能够减少人员伤亡和资源消耗。
纳米技术在军事上的应用论文纳米技术应用于军事领域的诸多方面,有效地提高了军队作战效能,同时也带有一定的风险,对未来战争将产生深远影响。
下面是店铺给大家推荐的纳米技术在军事上的应用论文,希望大家喜欢!纳米技术在军事上的应用论文篇一《纳米技术应用于军事领域产生的效应及其对未来战争的影响》摘要:蓬勃发展的纳米技术使人类对物质世界有了更为深入的认识,纳米技术的应用越来越受到人们的重视,军事领域也不例外。
纳米技术应用于军事领域的诸多方面,有效地提高了军队作战效能,同时也带有一定的风险,对未来战争将产生深远影响。
关键词:纳米技术;军事领域;效应;影响当物质的尺寸小到0.1~100纳米时,物质属性会发生很大变化。
如铜块被加工成纳米尺度的粉末,而后再压成块状,其导热速度是自然铜块的数倍;很多物质被加工到纳米尺度后,其导电性和光吸收能力提高数倍等等。
研究这些现象的技术被称为纳米技术[1]。
先进的技术总是最先应用于军事领域,纳米技术也是如此。
当这种技术刚刚兴起时,世界各主要军事大国便相继制定了繁多的军用纳米技术项目。
他们认为,在未来的战争中,纳米技术将极大地改善战场侦察和战场指挥手段,并加速武器装备小型化、信息化和一体化进程,甚至改变未来战争的模式[2]。
1 纳米技术在军事领域应用所产生的积极作用纳米技术在军事领域应用,将有效地提升指挥系统的性能、改进侦察技术手段、增强武器装备的作战效能和降低士兵伤亡率[3-4]。
1.1 提升指挥系统的性能高性能的计算机是军队指挥系统中不可或缺的硬件设施。
采用纳米技术制造的电子器件,具有更高效的信息接收、处理和发送能力,且其并行能力强。
以此作为核心的计算机,在处理大量信息的同时能够保证指令安全、准确、迅捷地发送到作战人员计算机中。
1.2 改进侦察技术手段纳米技术可用于制造微型卫星和纳米卫星。
微型卫星、纳米卫星易发射,体积小、重量轻,生存能力强且研发费用低。
多星组成卫星网,即可实现对地球表面的覆盖。
纳米技术在军事上的应用纳米技术不仅在材料、生物医学、半导体器件和微机电系统等领域中有着广泛的应用,而且在军事方面也有着不同程度的应用。
纳米技术在军事上的应用,主要体现在将纳米技术转化为微型武器系统的技术,其核心是利用微机电系统实现武器装置袖珍化,用微型武器替代现在的武器装备。
纳米技术采用量子器件,使武器装备的体积、重量、功耗成千倍地减小,同时使控制系统中的信息传输、存储和处理能力、智能化水平成千倍地提高,纳米技术将实现武器系统超微化、高智能化和集成化生产,使研制和生产周期缩短,成本降低。
纳米技术的发展有可能导致制造技术乃至整个军事技术的革命,甚至会对未来战争产生深远的影响。
下面我来举几个纳米技术应用于军事方面的例子:一丶“麻雀”卫星美国于1995年提出了纳米卫星的概念。
这种卫星比麻雀略大,重量不足10千克,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,具有可重组性和再生性,成本低,质量好,可靠性强。
一枚小型火箭一次就可以发射数百颗纳米卫星。
若在太阳同步轨道上等间隔地布置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。
我们都知道现在卫星都是很大的块头,发射一次火箭升天只能携带一两枚卫星上天这种发射成本先不说就是消耗的人力物力也是巨.大的,假如广泛应用这种麻雀卫星,发射一次小型火箭就能携带数百颗纳米卫星,648颗功能不同的卫星只要发射几次火箭就能全部搞定。
这种优势可想而知。
二丶纳米侦察与传感器纳米侦察与传感器,其显著特点是体积小且装有敏锐的传感器和电子设备。
可以使用无人驾驶飞机将这些探测器散布在战场的广阔邻域并确定每个探测器的位置,组成分布式战场传感器网络。
可以将各个探测器给出的信息采集起来,并将结果传送给指挥部,供上级决策。
并且纳米技术可以灵敏的“感觉”水流、水温、水压、等极细微的变化,并及时反映给中央计算机。
纳米材料在未来军事中的应用作者:曹睿来源:《世界家苑》2020年第01期摘要:納米材料以其一些特殊的性质,在各个领域都得到了广泛的应用,必将产生深远的影响。
本文展望了纳米材料的应用前景和未来发展方向。
关键词:纳米材料;未来;军事在电影《特种部队》中有一个场景,一个不大的圆柱体上,许多蚊子大小的飞行器向远处飞去,很快,基地里的电子设备都失去了作用,整个基地顿时成为一处不设防的空间。
这种形似蚊子的小型飞行器就是纳米材料制成的电子干扰器。
这种现象,在未来战争中将随时可能出现,目前,世界各国都把纳米材料的研究纳入了国家重点项目。
那么纳米到底是什么,什么又是纳米材料。
纳米材料在军事领域中有何应用。
1 纳米材料纳米是物理学上的度量单位,1纳米是10-9 m,它到底有多小,通俗一点说,一根头发丝的直径是100微米,1纳米就相当于一根头发丝粗细的十万分之一。
而纳米材料就是由纳米粒子作为基本单元构成的,是在三维空间中至少有一维处于纳米尺度范围(10-9~10-7m)的材料。
由于纳米材料的粒子尺寸小到了纳米数量级,使得纳米材料会产生一些新的特性,将会导致声、光、电、磁、热等发生很大的改变。
主要表现在四个方面:界面与表面效应,小尺寸效应,量子尺寸效应和宏观量子隧道效应。
简单来说,就是纳米材料会更轻、更高、更强。
2 纳米材料的智能化这些特性纳米材料在各个领域中都得到了广泛的应用,特别是在军事领域,纳米材料将会改变现有武器装备形态,乃至整个军事技术革命,甚至改变未来的战争形态。
在飞机外表面涂上纳米超微粒材料,可以有效的吸收红外光和电磁波,使得红外探测器及雷达得到的反射信号强度大大降低,很难发现被探测目标,因此起到很好的隐身作用。
在信息化战争中,隐身、侦察、干扰、窃密和反辐射是信息对抗的重要手段。
美国F-117A和B-2隐身飞机在战场上的投入使用,标志着隐身时代的到来。
21世纪将会有更多更先进的隐身武器脱颖而出,这将为纳米隐身材料的发展创造极为有利的条件。
40纳米风险可控程序在军事应用上的优势芯片制造技术在发展过程中每一个技术节点上都面临着极大的挑战。
以前,摩尔定律预言业界对需求有稳步增长,总是会有买家购买密度越来越高的FPGA,因此,可以逐步克服这些挑战。
军事设计人员根据设计任务中数字逻辑性能(以及价格敏感程度)的关键程度,而采用高密度逻辑元件以减小体积、重量和功率消耗,他们既是设计的“早期使用者”又是“追随者”,在整个设计周期中都可以发现他们的身影。
随着芯片制造技术向尺寸更小的新工艺技术节点迈进,制造商和数字设计人员都需要做出有一定风险的决定。
厂商要保证在合适的时间以合适的价格启动下一个工艺节点,而设计人员需要的是功能和性能的提高,能够抵消复杂的设计技术和芯片交付进度所带来的风险。
这些要求促使Altera加速开发40-nm芯片,在2009年年初为军事用户提供密度更高、速度更快的收发器技术。
军事用户可以放心的是,在制造设计和产品上已经采用了标准风险管理技术。
由于在40-nm FPGA的风险和机会问题上与军事客户及时沟通,Altera帮助数字设计人员有效的衡量如何在国防电子领域采用大容量与高功率效益元件。
军事用户需求FPGA军事用户有各种各样的设计需求,但主要集中在其当前设计FPGA的特性上(参见图1)。
密度极高的FPGA主要应用领域是雷达和电子战,以及保密通信中的大容量波形处理。
这类系统越来越多的采用了数字升频和降频、采样、快速傅立叶变换(FFT)、脉冲压缩和滤波功能,单芯片系统(SoC)解决方案支持分辨率更高的多个传感器通道,从而提高了现有传感器的辨别能力。
图1 军事客户需求的高层分析位于系统核心的FPGA目前,Altera公司Stratix IV 系列中的FPGA晶体管密度(可用晶体管)和处理器以及DRAM 处于同一水平上。
图2所示为处理器、内存和可编程逻辑晶体管密度的增长曲线。
图2 FPGA随摩尔定律的发展随着这些复杂元件的出现,可以通过FPGA设计实现算法更复杂、元件数量更少、更灵活的系统。
这种灵活性源自大量的设计投入和验证。
产品历史今天的军事应用主要使用130-nm、90-nm和65-nm工艺技术节点制造的FPGA。
Altera等厂商每一代FPGA产品除了符合摩尔定律的发展,而且还帮助军事用户在功率消耗管理、专用数字信号处理(DSP)逻辑和嵌入式内存等方面发挥了优势。
嵌入式软式核心处理器和整合微处理器为设计人员在元件整合上提供了更多、更灵活的选择。
而Altera和竞争对手在每一个芯片开发节点发布FPGA 产品时的主要竞争表现,在于率先实现高密度逻辑的投产上,然后是推出具有高速序列收发器的FPGA型号元件。
然而,这种产品发布齐头并进的形势在65-nm和40-nm工艺节点上发生了战略性转移,Stratix IV GX FPGA是最先具有收发器功能的元件。
过渡到40 nm的机遇台积电(TSMC)为Altera提供的65 nm FPGA测试芯片在设计和工艺技术上获得了相当的成功。
逻辑模块和收发器设计都成功通过了测试,可以放心进行生产,促使该公司充满信心地从65-nm架构过渡到40 nm。
早期40-nm工艺技术的Stratix IV 测试芯片同样获得了成功。
Altera和台积电并没有满足于65-nm产品的成功,而是看到了加速过渡到40-nm元件的机会,将工程资源集中在尽早为军事客户提供40-nm收发器元件上。
由此,进一步推进军用设计,在收发器技术节点上增强风险管理。
表1列出了Stratix IV 40-nm元件在国防系统中的优势。
表1 Altera Stratix IV 40-nm FPGA元件的技术优势过渡到40 nm的风险过渡到新技术节点有机会和优势,但是也要综合考虑所遇到的风险。
军用系统FPGA设计人员可能遇到的风险包括大容量Stratix IV元件的及时交付(最初交付和全面量产)、新元件的制造缺陷、价格不确定性,以及设计复杂度和元件利用率等。
还需要重点考虑的是在以前技术节点所设计的专用硅知识产权(SIP)的使用(或者最佳化)问题。
只有对这些风险进行研究和管理才能充满信心地采用40-nm Stratix IV元件进行设计。
机会和风险管理40-nm制造技术利用了65-nm架构的所有优点,二者在同一平台上进行开发。
这不但降低了方法上的风险,生产风险、设计复杂度和编译时间、跨平台设计导出等方面的风险都得到了有效控制。
生产系统设计人员为什么要关心FPGA的生产方法呢?军用电子用户可能是对深入了解可编程逻辑供货商最感兴趣的,原因是多方面的。
军用电子系统具有较长的设计和验证周期。
军用设计规划人员必须认真考虑是应该采用落后于竞争对手,但是经过市场检验的芯片技术,还是过渡到尖端技术,以提高元件速度和频宽。
衡量尖端技术风险最有效的方法是评估FPGA 生产技术的主动风险管理程序。
FPGA供货商进行决定时考虑的一个重要因素是现有的生产关系。
风险因素包括制造商关系是否牢固,有多少年的合作关系,制造商的技术领先地位等。
任何芯片技术节点的生产风险都可以表示为供货商进度风险和元件可靠性风险。
Altera与台积电的生产合作关系超过15 年,在40-nm上共同进行研究和开发。
这一投入的回报是Altera成为40-nm元件的首批客户。
在生产上的另一风险因素是收发器设计的连续性问题。
采用了一致性较好的方法以及拥有稳固的设计团队,收发器设计能够以最小的风险从一个芯片节点移植到下一节点。
如图3所示,Altera 在每一代Stratix收发器技术上都保持了相同的收发器设计团队。
图3 Altera收发器依靠同一个设计团队,建立在一致的工艺技术上Altera 在生产上采用了专利备援技术(图4),保证Altera 及其客户能够提高产量,降低生产风险。
该技术使Altera充满信心地采用最新工艺技术,而且降低了移植风险。
该技术支持每一个逻辑行在早期制造测试中分别启用和解除启用,从而显著提高了芯片可用率。
图4 Altera专利备源技术降低了量产的风险设计复杂度和编译时间设计大容量FPGA时的部分风险包括设计复杂度和编译时间对国防电子设计进度的影响。
如果不采用灵活的方法来管理设计软件,设计时间会急剧增长,如图5所示。
为控制风险,Altera在设计工具上进行了大量投入,为大容量Stratix IV FPGA推出了新一代工具。
图5 随着FPGA规模的提高,设计复杂度既是风险又是机会FPGA设计中的编译时间与设计工具环境、设计复杂度和约束环境有关。
用户对功率消耗和芯片的约束越多,布局布线的时间就越长。
Altera的QuartusR II设计软件通过平行处理、宽总线操作系统,以及用户工具(渐进式编译和逻辑锁定)支持,实现了设计划分和分区锁定,从而降低了FPGA 布局布线的编译时间风险。
实现跨平台FPGA设计随着FPGA复杂度的不断提高,很少有设计是从头开始逐步完成的。
重新使用IP模块是军用FPGA设计的关键,可以从第三方购买这些模块,也可以在工程组织中对其进行包封,重新使用。
购买或者重新使用高速序列数据内部核心是实现系统设计的低风险方法,特别是这些内部核心得到商用性能标准认证的情况。
然而,对于算法模块和非常专业的IP,人们对使用第三方应用程序心存疑虑。
在这种情况下,相对于降低开发风险,人们更关心通用性和性能风险。
在国防项目中实现小型“模块”IP 时,有四种特殊的风险。
第一是使用相似的FPGA设计工具和元件,将IP模块从一个设计移植到另一设计。
虽然不用从头开始建立每个建构模块,从而降低成本,但是存在着IP模块不能正确包封的风险。
这意味着重新使用模块时,可能要满足不需要的时序约束。
解决这一问题最好的方法是提供详细的内部IP文件档和第三方合成工具。
第二是在不同代FPGA之间移植IP模块的风险(例如,从90 nm或者65 nm向40 nm移植)。
对于FPGA供货商提供的IP,在所有尺寸上重新发布这些IP模块,以提高性能。
但是,IP 移植到更现代的元件中时,其性能和时序会受到影响。
几乎所有FPGA 供货商都提供设计分区工具,评估对IP的影响,对模块进行改进。
在需要实现大批量、成本敏感、抗辐射能力较差的应用时,面临的第三种风险是把IP从FPGA 移植到ASIC的问题。
大部分关于FPGA至ASIC设计的建议是采用认证过的第三方IP。
而对于HardCopyR ASIC设计,IP移植几乎没有风险。
FPGA和ASIC的设计软件相同,从同一个HDL设计中产生FPGA和ASIC网表,甚至电压变化都相同。
最后也是最大的风险是IP在不同FPGA供货商之间移植的问题。
几家公司开发了“FPGA 未知”应用层来嵌入运算产品,该项目得到政府客户的支持,他们希望在国防产品中采用两家供货商这种模式。
在国防电子领域,“中途换马”的风险非常大,但是采用Quartus II 等单流程软件设计系统能够大大降低这种风险。
结论如表2所列,对40-nm FPGA技术机会和风险的评估主要集中在产品及时面市、设计效能和数字信号处理换代上。
可以根据国防客户特殊的项目需求和进度安排进行更深入的风险分析。
表2 40-nm FPGA 设计的风险和机会对于大部分新技术,采用全功能Stratix IV FPGA需要对很多应用的架构进行改进。
采用可编程逻辑或者可重新配置软式核心处理器,能够有效地实现军用嵌入式系统的管理和处理功能。
采用Stratix IV 进行设计,借助大量的逻辑资源,更多的IP通过简洁的VHDL程序代码实现,军用系统开发人员在设计过程和资源重新使用上将得到相当大的回报。