关于作者

中国科学院应用研究与发展局高级工程师,从事金属材料和稀土材料的研究与开发工作。曾任中科院应用研究与发展局材料能源处长,副总工程师,中国材料研究学会副秘书长,中国薄钢板成形技术研究会秘书长,国家稀土办专家组成员。编写发表多篇新材料及新能源方面科普文章和专著。中国科普作家协会会员。

红外热敏材料与响尾蛇导弹

王宁寰
2014年01月08日
美国研制的“响尾蛇”导弹AIM—9,是世界上第一种红外制导空对空导弹。红外装置可以引导导弹追踪热的目标,如同响尾蛇能感知附近动物的体温而准确捕获猎物一样,命中率极高。
美国科学家研制的响尾蛇空空导弹 
美国科学家研制的响尾蛇空空导弹
该导弹长近3米,直径120余毫米,弹体由铝管制成。弹头前端有一个玻璃罩,内部装有热敏感材料制成的热源探测器件及系统,也就是寻找目的系统。
响尾蛇导弹通过不断改进,性能不断提高,已经发展成多品种系列化,其中,“超级响尾蛇导弹”成为战果最辉煌的空空导弹。这种导弹先后总共生产10万多枚,在近年来世界各地局部战争中,屡建奇功。

响尾蛇导弹命中率极高的原因

由于现代战斗机都是采用喷气式发动机,喷管喷出的高温气体中含有大量的红外线辐射。飞行员驾机上天,已经不是用导弹单纯攻击敌机的机身。而是首先想方设法绕到敌机后部,瞄准器对准敌机的喷火口,一按电钮,响尾蛇导弹就向敌机尾喷管飞驰而去,并且咬住不放,直到击中尾喷管使敌机炸毁。它们均采用非致冷硫化铅红外探测器,并用超小型电子管放大器进行信号处理,且只能在目标尾后进行探测,且距离为10千米以下,有效攻击范围仅为目标尾后2~3千米。
空战中的响尾蛇导弹 
空战中的响尾蛇导弹
一般来说,飞机一旦被响尾蛇导弹咬住,必死无疑。但也有例外,据说有一位飞行员,发现机舱仪表屏突然亮红灯报警,说明敌人的响尾蛇导弹向他飞来,他心里计算,离击毁飞机还有十秒钟时间,按飞行条例规定;他完全可以跳伞,放弃飞机。但飞行员十分镇静,突然他灵机一动,调转机头向太阳飞去,响尾蛇导弹也跟踪着向太阳飞去,此时飞行员突然驾机一个猛子向下扎去。响尾蛇导弹来不及反应,以为太阳的热源就是飞机尾喷管,于是一直向太阳飞去。这个飞行员以他良好的心里素质,灵活的头脑和丰富的科学知识,保护了飞机也保护了自己。
时至今日,“响尾蛇”成为世界上产量最大的红外制导空对空导弹,也是实战中被广泛使用的少数导弹之一,参加过越南战争、马岛冲突和海湾战争。各型“响尾蛇”导弹都采用红外制导,发射后,导弹控制舱前面的导引传感器,探测目标发出的红外辐射,使导弹自动跟踪目标飞行,直至击中目标,最大的优点是可发射后不管,减轻了飞行员的心里负担。
马岛战争中英国垂直起降“海鹞”战斗机 
马岛战争中英国垂直起降“海鹞”战斗机
几十年来,颇有威力的“响尾蛇”导弹经历了许多著名战争和冲突的考验,身影也遍及世界许多国家和地区,可谓大名鼎鼎。1981年8月,美国海军的两架F-14“雄猫”战斗机曾在1分钟内击落利比亚的两架苏-22式攻击机,使用的就是“超级响尾蛇”导弹。1982年马岛战争中,英军10架“海鹞”式战斗机发射27枚“超级响尾蛇”导弹,击落了24架阿根廷飞机。西方传媒称它是“具有划时代意义的空中杀手”。

响尾蛇导弹发明受动物学家启发

动物学家发现,在没有月光的森林里,伸手不见五指。小动物出来觅食,什么也看不见,只能依靠鼻子的嗅觉和爪子的触觉来寻找食物,摸到一个果子就把它吃了。可是响尾蛇却不一样,它高昂着头四面环顾,一低头就咬住一个老鼠,再一低头又咬住一只兔子,真是百发百中,令人赞叹!科学家纳闷;难道响尾蛇的眼睛是夜光眼,可以在黑暗中识别各种动物?于是就抓了一条响尾蛇进行研究,结果发现响尾蛇的眼睛是近视眼。难道响尾蛇的耳朵特别灵,可听到小动物爬行的微弱声音?研究结果发现响尾蛇根本就是个聋子。一条又聋又瞎的响尾蛇还有什么其它特殊功能吗?
响尾蛇 
响尾蛇
于是,科学家把响尾蛇放在一个暗室中,分别照射各种不同波长光线。当照射普通七色光时,响尾蛇毫无反应,当照射到红外线时,响尾蛇突然高抬起头对着红外光源。若换个方向照射红外光,响尾蛇又突然调过头来,紧盯着红外光源。接着,科学家经过仔细研究,终于发觉在响尾蛇的鼻子上部长着第三只眼睛—红外热感应器官。原来,动物身上都会发出一种不可见的红外光,我们人看不见,其它动物相互也看不到。唯有响尾蛇的第三只眼能看见。使响尾蛇能清楚地分辨出各种动的形状和位置,准确的一口咬住。 原来它的秘密在于,响尾蛇在眼和鼻孔之间有一个颊窝,是热能的灵敏感受器,可用来测知周围敌人(温血动物)的准确位置。颊窝一般深5毫米,只有一粒米那么长。这个颊窝是个喇叭形,喇叭口斜向朝前,其间被一片薄膜分成内外两个部分。里面的部分有一个细管与外界相通,所以里面的温度和蛇所在的周围环境的温度是一样的。而外面的那部分却是一个热收集器,喇叭口所对的方向如果有热的物体,红外线就经过这里照射到薄膜的外侧一面。显然,这要比薄膜内侧一面的温度高,布满在薄膜上的神经末梢就感觉到了温差,并产生生物电流,传给蛇的大脑。蛇知道了前方什么位置有热的物体,大脑就发出相应的“命令”,去捕获这个物体。
在这里,响尾蛇的神奇本领告诉我们,世界真奇妙!动物真奇妙!
响尾蛇的外热感应器官在夜间能看到老鼠 
响尾蛇的外热感应器官在夜间能看到老鼠
据说,响尾蛇还有一个惊人的本领,就是死后一小时内照样能咬人至死。许多人上了当,难道响尾蛇变成“鬼蛇”还要报复人吗?
通过研究,科学家终于解开了响尾蛇死后咬人的秘密。美国的研究指出,响尾蛇即使在死后一小时内,确实仍可以突然弹起袭击人。美国亚利桑那州凤凰城“行善者地区医疗中心”的研究者发现,响尾蛇在咬噬动作方面有一种反射能力,而且不受脑部的影响。研究员访问了34名曾被响尾蛇咬噬的伤者,其中5人表示,自己是被死去的响尾蛇咬伤。即使这些响尾蛇已经被人击毙,甚至头部切除后,仍有咬噬的能力。
一直以来,科学家只知道响尾蛇的头部拥有特殊器官,可以利用红外线感应附近发热的动物。而响尾蛇死后的咬噬能力来自何处并不明白,通过研究发现,这种能力还是来自这些红外线感应器官的反射作用;即使响尾蛇的其它身体机能已停顿,但只要头部的感应器官组织还未腐坏,即响尾蛇在死后一个小时内,仍可探测到附近15厘米范围内发出热能的生物,并自动做出袭击的反应。科学家根据这一原理发明出许多相应器件和装置,广泛运用于军事领域。
想一想,世界上的动物头脑结构多么精巧,为了捕食和生存,竟然长出这样完整的一套红外薄膜热感应接受和处理系统。真可为巧夺天工,无与伦比。这就为人类研究和发展红外敏感材料和红外探测技术,提供了基础信息和知识,从这点说,响尾蛇成了人类的老师。