超靈敏磁力傳感器：中國最新反潛技術(shù)曝光，超靈敏磁力傳感器令西方不安
近日，俄媒稱中國突破最強(qiáng)水下探測技術(shù)，或?qū)⒔K結(jié)美國水下作戰(zhàn)優(yōu)勢的報道在網(wǎng)上引起熱議，另外，駐澳部隊首次依法履行職責(zé)協(xié)助澳門救災(zāi)的行動也引發(fā)廣泛關(guān)注。下面就讓我們回顧一下近幾天不容錯過的軍情。
中國反潛技術(shù)或終結(jié)美水下優(yōu)勢
俄羅斯媒體報道稱，中國研制出超靈敏磁力傳感器技術(shù)的消息令西方極為不安。文章稱，中國在可預(yù)見的未來或?qū)⒋蛟祛愃泼绹乃路礉摼W(wǎng)絡(luò)，但基于不同的物理原理。這將掀起潛艇革命，因為一旦中國的水下偵測網(wǎng)絡(luò)建成，一切潛艇降噪努力均喪失意義。英美無線電技術(shù)專家認(rèn)為，這一發(fā)明或令北約潛艇在與中國交戰(zhàn)時蒙受巨大損失，因為對中國而言，發(fā)現(xiàn)美國海軍靜音潛艇已不再是難題。
對于水下戰(zhàn)場的爭奪，是自冷戰(zhàn)以來各大國始終關(guān)注的話題。特別是構(gòu)建能夠發(fā)現(xiàn)和追蹤敵方潛艇的水下反潛網(wǎng)絡(luò)，在水下作戰(zhàn)體系中，具有與潛艇性能同等重要的地位。
冷戰(zhàn)時期，以美國為核心的北約組織海上力量，即在鄰近蘇聯(lián)核潛艇活動區(qū)域的北海和地中海鋪設(shè)全面覆蓋的反潛偵測網(wǎng)絡(luò)。這一網(wǎng)絡(luò)的存在，使得蘇聯(lián)海軍的戰(zhàn)略核潛艇和攻擊核潛艇在預(yù)定作戰(zhàn)海域變得寸步難行，從而直接終結(jié)了蘇聯(lián)核潛艇的數(shù)量及隱蔽性優(yōu)勢，甚至在 1980 年代中后期成為抵消蘇聯(lián)第 2 次核打擊力量的重要技術(shù)手段。
反觀我國所面臨的水下戰(zhàn)場競爭態(tài)勢，盡管我國有著遼闊的近海區(qū)域，可以供潛艇自由出入，并且有條件構(gòu)建自主的水下偵測網(wǎng)絡(luò)，但由于我國在潛艇預(yù)警、偵測技術(shù)上的相對落后，以及水下作戰(zhàn)思想的不完善，使得我國長期以來還不具備應(yīng)對美、日、韓等周邊國家潛艇威脅的技術(shù)能力，從而對我國水下力量乃至潛射核力量都構(gòu)成巨大威脅。
如今，中國研制出超靈敏磁力傳感器技術(shù)，并在未來將這一技術(shù)運用于水下偵測網(wǎng)絡(luò)，不但將縮小中國與周邊國家的水下作戰(zhàn)能力差距，甚至可能在技術(shù)上實現(xiàn)“彎道超車”，抵消美日等國新一代潛艇的隱蔽性優(yōu)勢。這將大大提升中國的水下作戰(zhàn)能力。
此外，如果能在南海海域應(yīng)用新技術(shù)構(gòu)建水下偵測網(wǎng)絡(luò)，將顯著增強(qiáng)我國新一代戰(zhàn)略核潛艇向更廣闊大洋實施機(jī)動部署的能力，并在未來大大提升我國的戰(zhàn)略核威懾力。
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超靈敏磁力傳感器：中國研制出超靈敏磁力傳感器技術(shù) 能捕獲一切潛艇
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中國新打造的SOSUS系統(tǒng)原理圖
中國科學(xué)院研制的新型磁力儀可在數(shù)公里外捕捉到最微弱的磁場。這種儀器的基礎(chǔ)是超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID），利用了量子力學(xué)原理。SQUID能記錄外部磁場影響下電子干涉情況的改變，這種改變具有非連續(xù)的階梯式特性。據(jù)俄羅斯自由媒體網(wǎng)站8月26日發(fā)表《中國打造“吞噬”北約潛艇的“怪獸”，中國科學(xué)家接近實現(xiàn)潛艇革命》的文章稱，中國研制出超靈敏磁力傳感器技術(shù)的消息令西方極為不安。英美無線電技術(shù)專家認(rèn)為，這一發(fā)明或令北約潛艇在與中國交戰(zhàn)時蒙受巨大損失，因為對中國而言，發(fā)現(xiàn)美國海軍靜音潛艇已不再是難題。
中國海軍SOSUS系統(tǒng)的模型
熟悉軍事的人士都知道，為了對付中國潛艇活動，美海軍在第一島鏈的水下布設(shè)了一條反潛聲吶陣，可嚴(yán)密監(jiān)視中國海軍特別是潛艇部隊的訓(xùn)練和進(jìn)出島鏈情況。這條反潛鏈條結(jié)合美國和日本的水面反潛艦艇、空中的P-3C反潛巡邏機(jī)以及部分“弗吉尼亞”級攻擊型核潛艇，共同組成了一個高效地反潛網(wǎng)絡(luò)，其對于中國潛艇的情報，大都來自于這個網(wǎng)絡(luò)。這條水下監(jiān)視線是由部署在海底的多個聲吶基陣組成，每個陣內(nèi)有幾百個水下聽音器，對于高噪聲的潛艇探測距離可達(dá)300公里，從而為各類反潛平臺提供反潛信息。
中國海軍SOSUS系統(tǒng)中有水下無人滑翔機(jī)
就是這樣一個曾令中國海軍聞之色變的網(wǎng)絡(luò)，如今在中國也變成了現(xiàn)實。從新世紀(jì)開始，中國就開始積極構(gòu)建有效地反潛網(wǎng)絡(luò)，先后在東海和黃海建立了“水下光纖綜合探測系統(tǒng)”，在南海建立了“岸基光纖線列陣水聲綜合探測系統(tǒng)”，完成了初步的水下探測網(wǎng)絡(luò)建設(shè)。近期，為了保護(hù)中國日益壯大的094A型戰(zhàn)略核潛艇隊伍的安全，中國海軍更是在南海海域部署了12艘“海翼”號高技術(shù)滑翔機(jī)，從而打造出更加完善的SOSUS系統(tǒng)——反潛水下監(jiān)視系統(tǒng)，基本完成了對海南島東南部海域水下的監(jiān)控覆蓋。
運-8Q反潛機(jī)已進(jìn)駐海南島
在中國海軍的SOSUS系統(tǒng)中，應(yīng)用了一種全新的技術(shù)，這種技術(shù)目前中國居于全球領(lǐng)先地位，叫做超導(dǎo)量子干涉儀（SQUID）。SQUID利用了量子力學(xué)原理并結(jié)合中國科學(xué)家自行開發(fā)的一套新算法，可在數(shù)公里外捕捉到水中物體對地球磁場最微弱的干擾變化，其獲取的信號通過海底光纖傳入岸上的超高速信息處理中心，從而讓有經(jīng)驗的反潛專家鎖定敵方水下來襲平臺的準(zhǔn)確位置。一旦中國將這技術(shù)應(yīng)用于水下偵測網(wǎng)絡(luò)，那么，不管是美國、日本還是北約的一切潛艇降噪努力均喪失意義。因為即便先進(jìn)如美國的“海狼”級核潛艇，如果為了自身安全而關(guān)閉發(fā)動機(jī)及所有設(shè)備，不發(fā)出任何聲響，但仍將被基于SQUID技術(shù)的超敏感磁力儀網(wǎng)絡(luò)發(fā)現(xiàn)，從而招致中國海軍反潛力量——如運-8Q反潛機(jī)（高新-6號）、054AF和056A護(hù)衛(wèi)艦的圍攻。
先進(jìn)的水聲雙體測量船已準(zhǔn)備交付海軍
分析認(rèn)為，由于充分認(rèn)識到美日潛艇對中國近海的侵害越來越嚴(yán)重，所以中國對于反潛戰(zhàn)的認(rèn)識也日益豐富，除了應(yīng)用最新SQUID技術(shù)的SOSUS系統(tǒng)外，中國的很多海軍平臺都在提升反潛作戰(zhàn)能力，比如裝備先進(jìn)的艦殼聲吶和拖曳聲吶的054AF和056A護(hù)衛(wèi)艦，達(dá)到和P-3C反潛機(jī)水平的運-8Q反潛機(jī)，直-8F和卡-28反潛直升機(jī)，日夜巡行太空的海洋監(jiān)視衛(wèi)星，即將服役的6000噸級雙體水聲測量船等，都是中國大力構(gòu)建的反潛網(wǎng)絡(luò)中的有效組成部分。很有可能，中國將在水下平臺和運-8Q上均應(yīng)用最新的SQUID技術(shù)，從而打造出領(lǐng)先全球的中國版的反潛網(wǎng)絡(luò)。假若這一說法成真，那將意味著中國開始掌握最先進(jìn)的反潛技術(shù)，從而讓美日引以為豪的先進(jìn)潛艇，變成中國海軍可以獵殺的獵物。好樣的，中國科學(xué)家！（作者署名：軍評陳光文）
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超靈敏磁力傳感器：超靈敏度！量子傳感器提供了前所未有的核磁共振
UPV/EHU物理化學(xué)系量子技術(shù)信息科學(xué)(QUTIS)小組的一項研究，已經(jīng)為量子傳感器制作了一系列協(xié)議，可以通過使用最小劑量輻射的單個生物分子核磁共振來獲得圖像，研究結(jié)果發(fā)表在《物理評論快報》上。核磁共振(NMR)有多種應(yīng)用，如醫(yī)學(xué)成像、神經(jīng)科學(xué)和藥物和爆炸物的檢測。在量子傳感器的幫助下，核磁共振(NMR)已經(jīng)適應(yīng)了納米尺度的工作，它有可能影響生命科學(xué)、生物學(xué)和醫(yī)學(xué)等學(xué)科，并提供無與倫比的精度和靈敏度的測量。作者Jorge Casanova博士和Ikerbasque教授Enrique Solano說：
博科園-科學(xué)科普：我們希望量子傳感器和動態(tài)解耦技術(shù)的結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)單個生物分子的核磁共振成像。這種量子增強(qiáng)的核磁共振“將能夠解決微小皮石樣品中的化學(xué)變化，產(chǎn)生具有無與倫比靈敏度的生物傳感器，并為生物分子和生物過程的結(jié)構(gòu)、動力學(xué)和功能提供新的見解。提高核磁共振裝置靈敏度的一個基本工具是施加大磁場，使我們的樣本極化，增強(qiáng)信號，增強(qiáng)相干性”。例如在核磁共振成像(MRI)中，人體受到超導(dǎo)線圈產(chǎn)生的大磁場的作用。然而當(dāng)這些樣品與量子傳感器連接時，存在一些問題，因為樣品振動的速度可能比傳感器跟隨的速度快得多。
圖片：CC0 Public Domain
在發(fā)表在《物理評論快報》(Physical Review Letters)上的論文中，作者們開發(fā)了一種協(xié)議，允許量子傳感器測量任意樣本中的核和電子自旋，即使它們發(fā)生在大磁場中。這些方法利用低功率微波輻射橋接傳感器與樣品之間的能量差。該協(xié)議比以前技術(shù)需要更少的能量，這不僅將傳感器的工作狀態(tài)擴(kuò)展到更強(qiáng)的磁場，而且防止了使用傳統(tǒng)協(xié)議和微波功率時產(chǎn)生的生物樣品加熱。因此，這項研究工作開辟了一條新的研究路線，為在生物樣品和大型生物分子研究中安全使用納米核磁共振技術(shù)鋪平了道路。
博科園-科學(xué)科普｜研究/來自: 巴斯克大學(xué)
參考期刊文獻(xiàn):《物理評論快報》
DOI: 10.1103/PhysRevLett.122.
博科園-傳遞宇宙科學(xué)之美
超靈敏磁力傳感器：超靈敏的超聲波傳感器
3月22日消息，IMEC公司在硅光子芯片上開發(fā)了一種光學(xué)機(jī)械式超聲波傳感器，由于采用了創(chuàng)新的光學(xué)機(jī)械波導(dǎo)，它具有前所未有的靈敏度。由于這種高靈敏度波導(dǎo)，20微米的小型傳感器的檢測極限比相同尺寸的壓電元件好兩個數(shù)量級。該傳感器的低檢測限將使超聲波和光聲成像的新的臨床和生物醫(yī)學(xué)應(yīng)用得以發(fā)展，如深部組織乳腺攝影和潛在腫瘤組織的血管化或神經(jīng)支配的研究。
斷層超聲和光聲成像能夠利用超聲波傳感器陣列構(gòu)建二維或三維圖像，然而，壓電式超聲波傳感器有一些局限性。
首先，檢測極限與傳感器的尺寸成反比，這對于小聲學(xué)波長的高分辨率成像來說是個問題。高分辨率的圖像需要小的壓電傳感器，而小的壓電傳感器本身就有較高的檢測極限，導(dǎo)致圖像有噪聲。其次，壓電傳感器依靠其機(jī)械共振來增強(qiáng)信號振幅，這意味著它們在共振頻率周圍的小范圍內(nèi)工作，以避免高檢測極限。最后，壓電傳感器的矩陣需要為每個傳感器元件配備一根導(dǎo)線，這會阻礙應(yīng)用。
"我們所展示的傳感器將成為皮膚或大腦等原本不透明組織中深層組織成像的游戲規(guī)則。對于皮下黑色素瘤成像或乳腺攝影等應(yīng)用，它可以更詳細(xì)地觀察腫瘤和周圍的血管，有助于更詳細(xì)的診斷。"IMEC基于波的傳感器和執(zhí)行器研究員Xavier Rottenberg說。
IMEC的解決方案是基于使用新的CMOS兼容處理技術(shù)制造的高靈敏度分肋光學(xué)機(jī)械波導(dǎo)。其靈敏度比最先進(jìn)的器件大兩個數(shù)量級。低檢測極限可以改善超聲應(yīng)用中成像分辨率和深度之間的權(quán)衡，對于光聲成像來說至關(guān)重要，因為光聲成像中的壓力比傳統(tǒng)超聲成像技術(shù)低三個數(shù)量級。此外，它還可以實現(xiàn)低壓應(yīng)用，如穿透顱腦功能成像，它受到骨的強(qiáng)超聲衰減的影響。
這些微小(20微米)傳感器的細(xì)間距(30微米)矩陣也可以很容易地與光子多路復(fù)用器集成在片上，為小型化導(dǎo)管等新的應(yīng)用提供了可能，因為傳感器矩陣只需要連接很少的光纖，而不是壓電傳感器情況下的每個元件一個電連接。
