超导技术洞开未来前景

单惠民 车华 耿海军

在前不久举办的国家“863计划十五周年成就展”上，别开生面的机器人足球赛、神奇的数字化家庭、转基因羊与克隆羊等所带来的种种科技神话令开眼界，而其中另有一项科技成果也格外引人注目，这就是我国研制成功的世界上第一辆载人高温超导磁悬浮列车。这辆小车很像一只可供四人乘坐的小船，它悬浮在轨道上时只要轻轻一推，就会平稳地在轨道上运行起来。可别小看了它，这一成果具有重大意义。

●“超导”发现创造奇迹

超导体———一种神秘的现象，一种神奇的材料。它在温度、外界磁场强度和电流密度都小于临界值的条件下，具有导电时电阻和内部磁感应强度为零的性质。自1911年荷兰科学家卡末林、昂尼斯发现“超导”现象至今，世界各国的科学家从未间断过对“超导”的研究，特别是进入20世纪80年代以来，随着1987年中国、日本和美国科学家采用金属氧化物，将超导临界温度提高，使超导体前进了一大步，从而引起了一场前所未有的“超导大战”。近年来，世界各国纷纷投入巨资加紧研究与开发，不断推动超导技术产生新的飞跃。当日本宣布获得了17 5K的超导材料后不久，美、中、俄、联邦德国、丹麦等国也都相继有了突破性的研究报告，有的甚至已看到了308K的超导迹象，即已达到常温的转变温度。这表明，超导技术广泛应用的时代即将来临。

●材料明星不可思议

那么，为什么世界各国对“超导”技术的研究与开发如此重视呢？这主要是因为超导材料具有极其优越的物理特性：一是零电阻效应，二是约瑟夫逊效应，三是迈斯纳效应。超导体这些突出特性的重大意义，不亚于半导体的发现。甚至有专家预言，超导体的应用将导致一场新技术，特别是在军事领域的应用，将引起一系列巨大变革。

●军事应用前景广阔

超导体在军事领域的应用将十分广泛。采用超导体材料，可使许多重要的军用装备，如C4I系统、聚能武器、舰艇、飞机、坦克、装甲车辆、导弹等武器的性能得到大幅度的改善。

超导飞机设计制造大功率、小体积的发动机，对提高飞机的作战性能至关重要。目前，飞机所采用的均是磁流体发电，但利用普通磁体，很难使磁场强度高于15高斯，而如果利用超导磁体就能产生数万至几十万

高斯的磁场，从而大大提高磁体发电的输出功率。所以，超导技术的突破，为大容量、小型化磁流体发电机的研制成功提供了条件，这种超导发电机正在加速走向实用化。目前，有些国家已在研制几百至一千兆瓦的体积小、重量轻的超导发电机，预计机载大功率超导发电机将成为超导技术在军事上率先得到应用的重点项目。

超导舰船20世纪70年代以来，美、苏、英、日等国积极开展超导技术在海军舰船方面应用的研究，并不断取得成效。美国试制了7500马力的超导驱动系统；英国研制了650马力的超导电磁力推进装置；日本制成了世界上第一艘超导船。超导舰船由于取消了传统的螺旋桨推动部件，因而具有结构简单、维修方便、推力大、航速高、无震动、无噪声、无污染、造价低等诸多优点。潜艇应用超导推进系统后，能有效地消除噪音、降低红外辐射，从而不易被敌方发现，大大提高了舰船的快速机动能力和突防能力。

超导聚能武器聚能武器是把能量汇聚成极细的能束，沿着精确的方向，以接近或等于光速的速度发射出去，对目标进行杀伤。但目前在研制这些武器上几乎都遇到了能源问题。即如何在瞬间向聚能武器提供大量的能源，如激光武器，特别是大功率的战略激光武器耗能巨大，它要求在瞬间提供数十亿至数百亿焦耳的能量，而目前的储能装置储存的能量却非常有限，且体大笨重。而超导技术的发展，则为解决聚能武器能源问题提供了可能。

用超导材料制成的闭合线圈是一种理想的储能装置。因为只要线圈保持超导状态，它所储存的电磁能就会毫无损耗地长期保存下去，并可随时把强大的能量提供给聚能武器。超导储能装置使聚能武器如虎添翼，它有如给聚能武器提供了一个机动灵活、容量无比的弹药库。

超导C4I系统就目前来看，C4I系统的心脏———电子计算机，要想继续提高系统的性能和运算速度，功耗是一个实际的。为此，国外已积极开展超导计算机的应用研究，并已经研制出约瑟夫逊超导元件，利用这一元件可将电路速度提高一个数量级，功耗比同等功能的集成硅电路低三个数量级。超导计算机的突出特点是，可在元器件不发热、无电阻的情况下高效率地运行，C4I系统一旦应用了超导技术，其性能将获得空前的提高。

超导太空发射器1990年，日本研制出了一种新型的常温超导材料，它所具有的磁悬浮力相当于当时超导材料的300倍，它不仅可以用来制造高速磁悬浮列车，还可以用来发射航天飞机。如今，世界一些发达国家采用这种超导材料，已经研制出一种可以用来发射航天飞机的超导磁悬浮发射装置，它主要由一条3500米长的水平超导导轨和一条2000米高的垂直超导导轨相连接，形成一个近90度的陡坡。发射时，庞大的航天飞机在磁悬浮力的作用下，沿着水平方向前进并逐渐被加速，当到达终端的弧形轨道后，便随弧形轨道改变方向，并以每小时500—600千米的

速度沿垂直导轨向上飞行，在距地面1500米左右时飞离发射装置，与此同时，航天飞机的发动机开始工作，靠自身的动力直刺苍穹。

采用超导磁悬浮发射装置取代火箭发射航天飞机，可以减轻航天飞机的重量，增加有效载荷，并且推力大、耗能少、起飞速度大、安全可靠、可多次重复使用，从而节省了大量经费。

●超导攻关激战犹酣

随着超导技术的进一步发展，超导常温材料研制成功，超导装甲车辆、超导坦克、超导导弹等形形色色的超导武器也将纷纷亮相。事实上，早在1987年，美国就将超导技术的发展及实用化列入了国防部计划、SDI计划和“常规防御计划” （CDI）。美国前总统里根一份“发展超导技术的11点计划”，其中明确规定要从 1988年开始的几年计划中，拨专款1．5亿美元，以保证超导计划能尽快应用在各种军事系统中，并说在实用化方面美国必须走在日本的前头。而日本则不甘落后，在预测1994—2005年技术发展趋势时明确指出，在拟完成的三项重点技术计划中，首项便是液氮温区以上的超导材料实用化。

不难预测，21世纪的战场，将有越来越多的超导武器频频出现，而它们的应用必将引起未来作战理论、作战样式和战略战术等方面的一系列变革。

《报》 2001年5月16日