高超音速飛彈現況(上)

就從開打已經超過百日的俄烏戰爭說起,俄國在入侵烏克蘭戰事不到一個月的時間,就於2022年3月18日發射「匕首」(Kinzhal)高超音速飛彈;於同年5月28日宣布:再次試射「鋯石」 (Zircon) 高超音速巡航導彈,成功命中了位於約1,000公里外,俄羅斯內海白海水域的海上目標。本文詳細說明目前的高超音速飛彈類型與原理⋯⋯

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高超音速飛彈的推進系統(Propulsion System)

前文介紹「高超音速飛彈」的種類分為:「彈道飛彈」(ballistic missiles)、「巡弋飛彈」(cruise missiles)、「滑翔飛彈」(glide missiles)。上述三類型高超音速飛彈的推進系統主要分為:「火箭引擎」(rocket engine)與「吸氣式引擎」(air breathing engine)– 前者自帶氧化劑、後者則是靠吸入空氣;兩者均是利用燃料與氧化劑(或加溫加壓後的空氣)進行燃燒、爆炸、噴射,產生向前的推進力(propulsion)⋯⋯

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高超音速飛彈(Hypersonic Missiles)

俄國於2022年2月24日發動「特別軍事行動」(Special Military Operation),並在入侵烏克蘭戰事進行不到一個月的時間,就於3月18日發射「匕首」(Kinzhal)高超音速飛彈1 擊毀烏克蘭的地面目標,藉以發揮戰場「威懾」(deterrence)作用 – 這是人類首度在戰場上使用「高超音速飛彈」(Hypersonic Missiles)。本文會站在科普的角度為讀者介紹「高超音速飛彈」的種類與科技。

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「波音787夢幻客機的引擎」( GEnX )

日益精進的科技所研發出來的新型發動機,可讓滿載乘客或貨物的飛機飛上四萬三千英呎的高空,航程飛越半個地球,這可以說是人類工程技術成就的奇蹟。新冠疫情肆虐使得美國關閉國際航線,使得法航從大溪地到巴黎的航線不得不喊卡。大溪地是在法國屬地波利尼西亞,飛往巴黎屬於法國國內航線,但是因為航程太遠必須停靠洛杉磯加油。因為美國不同意國際航班降落加油,法航就不得不另尋出路,答案是採用Boeing 787 夢幻客機直飛 -- 航程15,700公里,耗時16.5小時創下了世界紀錄。為什麼787夢幻客機做得到,主要由於它有兩具巨大超強、又省油的飛機引擎–「通用電氣」(General Electric, GE)所發展的新世代引擎 GEnX (GE next generation)。

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壓力警示——超彈性變色晶體

2020年四月,東京大學生產技術研究所及橫濱市立大學的研究團隊發現一種有機材料。受力時,晶體的螢光會由綠光轉為橘光。當應力被移除,晶體可以「彈」回原來的形狀,顏色也回復成綠色。結合超彈性(superelasticity)及力致變色兩種特性,科學家將這樣的材料稱之為「超彈性變色晶體(superelastochromic crystal)」。

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加熱、照光提升鋰電池充電速度

鋰離子電池(下稱鋰電池)的普及為我們實現「無線」生活的需求,同時也帶來了新的焦慮,促使我們追求電量相對更大、充電更快更好的電池技術,這些技術也是電動車能否真正普及的關鍵之一。針對快速充電的相關研究指出,在限制時間的高溫下充電或者是對電池照光都有助於提高電池的充電速度。

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協和號首飛五十周年:超音速客機重返市場之路

協和號曾經標誌著人類在商用超音速飛行領域的夢想成真,然而風光的時間並沒有維持太久,協和號受種種因素退出天空之後,至今民用客機飛行的速度和半世紀前幾無所異。雖然如此,商用超音速飛行仍是航空業無法忘懷的追求,除了數家民間公司仍在研發以外,NASA新世代的實驗性飛機也以此為目標,積極開發相關的技術,這一次不僅要追求更快,而且還要更好。

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【積體光路系列十三】奈米雷射簡介

在光學通訊或光學運算晶片上,光源是最不可或缺的元件,光的產生通常來自雷射 (雷射工作原理我們曾在雷射系列介紹過) 。如同積體電路一般,所有光學晶片上的元件都希望能越小越好,因此「奈米雷射(nanolaser)」便成為這個領域發展的重點目標之一。

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迎接物聯網時代,讓環境中的微震動來充電!

手機快要沒電的時候是不是會感到一絲焦慮,如果又剛好身邊沒帶行動電源或者找不到插座會不會覺得渾身不對勁呢?現在每個人身上帶的、家裡用的,需要用到電池的聯網裝置數量或許還算少,然而在可預見的未來,無論是交通工具、機台、感測器、消費性電子產品都將使用到IOT技術,其中有很多都是無線連接的所以必須要裝有電池,這麼大量的裝置如果全部都依照我們現有這種用完電拿去充電或者換電池的方式,那麼光是電量的管理,比如什麼時間什麼裝置要拿去充電,充電時家裡的插座夠不夠用等等問題,肯定得讓人大傷腦筋。

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美國海軍發表「室溫室壓超導體」專利

電流在超導體內能不受阻力的流動,可以100%傳遞電能,不損失能量也不排放廢熱。如果能在室溫實現超導體,將是一個顛覆性的科技。近日,美國海軍發表一份關於室溫超導體的專利。不同於其他同性質的專利,它並不著重於任何化學配方,而是描述一個能產生超導的物理機制。儘管專利內並沒有實驗數據佐證,其提出的方法可信度非常高。

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新一代製程的關鍵:13.5奈米的「極端」紫外光

■從1990年代至今,半導體界持續使用波長為248奈米和193奈米的光源製造電子元件。這段期間科學家和工程師不斷挑戰物理極限,使用相同的波長製造出更精細的元件,至今已經超過二十年。然而,半導體從1997年的250奈米節點到2018年的7奈米節點,很難再繼續微縮了。為了製作更小更快的電子元件,半導體製程需要波長越短的光線。下一個世代的半導體將會使用全新的光源:波長為13.5奈米的極端紫外光。

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到大海深處找風去

■評價一個風場的好壞,除了風速以外,風力能否持續——當一部分的能量被風機吸收轉換成電能之後,空氣的動能能否適時獲得補充——也是需要考慮的重要因素。空氣動能的補充有兩個來源,一個來自於水平方向上氣壓梯度所產生的空氣流動,另外一個則來自垂直方向上風速梯度造成向下傳遞的動能。可以想見,對於大範圍的風場而言,其發電能力將會受到向下傳遞動能補充速率的限制,而這個上限可以透過一個動能抽取速率(Kinetic Energy Extraction rate, KKE)的指標來量化,當KKE越高,代表單位面積的理論發電能力越強。

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大規模停電的電網特徵

■輸電系統由變電所、高壓電纜以及電塔構成,眾多的傳輸電纜連接起電網中一個個節點,我們才得以將電力運送到需要的地方,然而,當一個地方發生運作失當——無論是發電端、用電端的供需異常,或者是輸電網路本身的故障——輸電系統層層相連的結構反倒會使得故障連鎖性地擴散出去。

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