要:为军队院校的士官学员开设物理课,我们经常会碰到这样的情况:由于士官学员大部分基础相对薄弱,学习积极性相对缺乏。很多学员往往会觉得物理课难懂、难学,如果不在教学过程中注重方式方法,势必造成学员畏难情绪的产生,导致学习物理的积极性大大降低。实际上,物理学是一门非常有趣又有用的自然科学,它研究的内容十分广泛。相较于普通本科教育的学生而言,军队院校的士官学员,接触军事领域的装备使用较多,对物理知识的需求更倾向于用物理知识解决军事应用方面的问题。
  关键词:士官 教学
  中图分类号:G633 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)03(c)-0173-01
  
  为军队院校的士官学员开设物理课,我们经常会碰到这样的情况:由于士官学员大部分基础相对薄弱,学习积极性相对缺乏。很多学员往往会觉得物理课难懂、难学,如果不在教学过程中注重方式方法,势必造成学员畏难情绪的产生,导致学习物理的积极性大大降低。实际上,物理学是一门非常有趣又有用的自然科学,它研究的内容十分广泛。相较于普通本科教育的学生而言,军队院校的士官学员,接触军事领域的装备使用较多,对物理知识的需求更倾向于用物理知识解决军事应用方面的问题。下面谈谈如何将军事中的应用融入士官教学。
  
  1 创设情景,用军事知识引出课题
  学习新知识时,若能把军事应用与物理学联系起来,拉近知识与应用的距离,就可以使学员感到物理就在身边,消除学习物理知识的神秘感,让学员乐学物理。例如:在学习摩擦力的知识前,先提出这样的问题:有资料说,某国家已研制出所谓的“超润滑材料”,这种材料到底和摩擦力的知识有什么关系呢?然后介绍摩擦力相关知识,了解摩擦力在日常生活中的作用。摩擦是一种极为普遍的现象,摩擦在实际生活中的例子也很多,如抓住物体需要摩擦,皮带传动需要摩擦,铁钉固定在墙上也要靠摩擦等等。但摩擦也会给我们的日常生活带来麻烦。例如:机器开动时,滑动部件之间因摩擦而浪费动力,还会使机器的部件磨损,缩短寿命。我们有时希望地球上从来就没有摩擦力,但如果真的没有摩擦力,人们的生活又会发生什么样的变化呢?最后再将课题引入时所提出得问题,交给学员讨论,并得出这样的结论:可将“超润滑材料”用到军事上,一旦战争爆发,将这种超润滑材料洒到对方的公路上、铁路的铁轨上和飞机起飞的跑道上,使对方的战车、运兵车、火车无法运行,军用物资无法运送;飞机不能起飞,失去制空权……用以谋求战争的胜利,这种超润滑材料所起的作用还真有点战略意义呢!
  这样,我们既介绍清楚了摩擦力的概念,让学员对摩擦力形成了一个全面的理解,又能带给军队院校士官学员一些军事前沿领域的信息,寓教于乐,自然能够收到更好的效果。
  
  2 举例分析,将军事应用融入教学
  其实,在军事领域,有许许多多对物理知识的应用,在教学过程中,也可以将军事应用中的案例巧妙地融入课堂教学。例如,在磁场的知识里会介绍到物质的磁性。物体带有磁性会有一些相关的应用,但是,在军事领域我们并不希望所有物体都带有磁性,例如钢铁建造的战舰。地球是一个巨大的磁体,钢铁建造的战舰长期在地磁场的磁化、外力冲击等情况下,周围空间和内部就会产生磁场。被磁化的舰艇很容易受到磁性水雷、鱼雷等武器攻击,或是成为磁性探测设备的目标。例如,装有磁性引爆装置的水雷或地雷,只要敌舰或坦克等易磁化物在一定范围内即能引爆,这就扩大了水雷或地雷的杀伤范围和破坏力。与之相反,为了保护舰艇和坦克的安全,以免在运输过程中被其他潜艇和水面舰艇监测到,或免遭磁性引信水雷的攻击,军舰执行任务前都需要进行消磁作业,去除舰艇金属外壳上残留的磁场,此外,消磁还能提高军队的运行速度。
  当然,还有很多的概念都可以和军事应用相结合。
  
  3 任务引领,将实际案例作为课后作业
  在学员入校前的工作中,经常会碰到一些可以用物理知识抽象成理想模型后就可以解决的问题。例如,介绍完平抛运动的知识之后,要求学员分享炮弹发射的问题,炮弹被发射离开炮筒后做的是什么样的运动,射高和射程又分别是多少?这就可以在炮弹飞行的过程中忽略阻力,考虑到炮弹的飞行情况,以及飞行过程中的受力问题,将其所作运动看成是斜抛运动来解决。让学员比较这种运动和平抛运动的区别,同时要求学员在课下用解决平抛运动的思路来计算炮弹飞行过程中的射高和射程。
  当然,对于军队院校的士官学员,一些题目如果需要抽象思维较丰富或者推理演绎比较复杂,应该在留作课后作业之前点出问题解决的瓶颈口,并充分考虑学员的能力情况,把握好所留作业的难易程度。
  总之,将军事中的应用融入实践教学,可以大大提高军队院校士官学员的学习兴趣和积极性,为师生互动提供更好的交流方式。这一点是在实际教学工作中得到充分认可和肯定的。利用军事中的物理现象,可以更好地指导教员培养学员物理的学科情感,充分展示生活中的科学、世界中的科学、军事中的科学。让学员在学习过程中紧抓实际,既能帮助学员理解并掌握相关的物理知识,还能给开阔学员的视野,具备一定的用物理的方法解决实际问题的能力。
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专家称中国新猎雷舰已可实现”雷区自由航行” 来源:网络2013-01-01 17:23
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中国新型猎雷舰(科技日报图片)

现代水雷中有80%使用磁引信,对反水雷舰艇动力装置进行低磁化处理成为其建造的关键。近日,海军装备研究院研制成功的全军首台舰船磁性测量设备校准仪,使我海军反水雷舰艇真正实现,可“在雷区自由航行”。那么,扫雷舰如何与磁性水雷斗智斗勇?现代海战扫雷都有哪些手段?本期,科技日报特邀海军装备研究院设备低磁化专家、高级工程师庄飚为大家揭开这个谜底——

在现代战争中,我们见惯了导弹呼啸、舰炮齐鸣这些声、光、电组合起来的有形战场,那种气势蔚为壮观。殊不知,在这些壮观的背后,还隐藏着一个隐形战场,这就是磁。在磁场这个不可见战场上,扫雷舰艇与磁性水雷之间展开了一场扫雷与反扫雷的猎杀战。

为战舰扫雷披上防护外衣

舰艇磁隐身技术诞生于第二次世界大战,德国使用磁性水雷封锁英国,导致英国海军遭受重大损失,最终迫使其采用新技术降低舰艇磁场的特征信号,就此诞生了海军独有的磁隐身技术。现代水雷大都使用复合引信,世界各国的水雷中有80%使用磁引信。而反水雷舰艇或扫雷舰艇常常要充当“工兵”的角色,为其他舰船开辟航道。因此,反水雷舰艇作战平台自身的隐身防护性能尤其重要,它是完成任务的基础和首要条件。

海军装备研究院设备低磁化专家庄飚告诉笔者,扫雷舰艇自身磁场不能触发各种灵敏度的水雷磁引信。因为受地球磁场变化等因素影响,水雷磁引信在实际使用中不能将灵敏度设定得很高,以免误触发。因此,反水雷舰艇的磁场只要小到一定程度,就不会触发磁引信。

欧美国家对反水雷舰艇提出的要求是“在雷区自由航行”,也就是说其自身的磁场、声场等物理场信号几乎不会触发任何水雷引信。因此,现代反水雷舰艇的建造都不惜工本,采用木头、玻璃钢甚至无磁的金属材料来建造船体。同时,专用扫雷和猎雷装置也是各种高新技术的集成。

据庄飚介绍,现代反水雷舰艇的船体使用无磁材料,不需要进行磁性处理,其磁性主要集中在推进电机和发电机组等动力装置上。因此,对动力装置进行低磁化处理是反水雷舰艇建造中的关键环节。

“反水雷舰艇猎扫水雷的过程,就好比我们要把散落在地上的豆子收拢起来一样。开始可以用扫帚很快收起来很大一部分,但有些陷在泥土中不好清扫的豆子,就只好用筷子来一个一个捡。前者就是我们说的扫雷,后者就是猎雷。在现代反水雷作战中,由于水雷引信的智能化,其抗扫性能越来越强,很多水雷采用常规的扫雷手段很难将其清除,能直接扫起来的‘豆子’越来越少,更不用说猎雷了。可以说,现代海战中猎扫雷任务将变得越来越艰巨。”庄飚说。

磁隐身与反隐身相互制衡

据庄飚介绍,扫除磁性水雷主要依靠非接触方式,在扫雷舰后面拖带或是遥控艇上装载专用电磁扫雷具来实现。拖带的电磁扫雷具在使用过程中通常有两种方式:一种是按水雷来设定工作模式,使用通电电缆并利用海水的导电性,在水下产生一定强度和形状的磁场,只要达到水雷磁引信的触发条件,就可以引爆磁性水雷;另一种是按目标设定的方式工作,拖带一串磁体阵列,模拟出多种类型舰艇的磁场分布特征,通过雷区时就可以触发按某种舰艇磁场特征分布的智能磁性水雷引信,从而保证该型舰艇安全通过。

扫雷舰艇猎雷主要采用声纳或水下电视等手段,从而发现布设在海底甚至掩埋在海底泥沙中的磁性水雷。专用的水下猎雷平台、人员甚至动物在附近安放炸药用以摧毁水雷,这类似于陆上的排爆机器人或排爆手。从这个角度来讲,水下猎雷平台自身的隐身防护性能要非常得高。

设备磁隐身技术出现在二次世界大战以后,因水雷引信的快速发展,反水雷舰艇自身磁隐身性水平随之提高,全船磁场强度也大幅度降低。因此,上世纪下叶研制的新型反水雷舰艇,除采用无磁材料建造船体外,普遍采用了设备磁隐身技术。在本世纪初的海湾战争中,设备磁隐身技术得到了很好的应用。地面战斗结束后,欧美等国包括日本都派出了先进的反水雷舰艇,在伊拉克沿岸开展大规模的扫雷作业。这些反水雷舰艇都采用了磁隐身技术来控制设备磁场,能达到在雷区安全航行的水平。设备磁场控制中很重要的一点是磁场的稳定性问题,即:在舰艇使用寿命周期内,设备磁场要能始终稳定控制在一个很小的变化范围内。在未来,设备低磁化还要与反水雷舰艇消磁系统的整体设计相适应,才能有效地将全船的磁场特征信号强度降到最小。

目前,国外海军除了继续提高反水雷技术手段、提高发现和清除水雷的概率外,努力降低反水雷舰艇自身及水面和水上猎扫雷装备磁场特征信号、更好地保护自己免受磁性水雷攻击,仍是反水雷舰艇及其装备发展的首要任务。

但庄飚指出,现代水雷通过采用引信智能化等手段,已经很难用单一的扫雷技术手段清除。海底的水雷通过掩埋、外形特殊设计等手段,变得越来越“隐形”,使专门针对水下的猎雷平台变得无计可施,这正是反水雷武器系统面临的主要难题。

扫雷仍是海战难题

二战中,丘吉尔面对德国海军的水雷封锁,也只能在其演讲中愤懑地“诅咒水雷”。本世纪初的海湾战争中,美国海军利用信息技术优势肆意屠宰伊拉克军队的飞机、坦克。面对强敌,伊拉克只能利用水雷回击美国舰艇,迫使其退出战斗。可笑的是,美军面对水雷却一筹莫展,由于反水雷舰艇数量严重不足,整个海湾地区的扫雷任务几乎都由其欧洲盟国和日本的反水雷舰艇完成。从中可以显见,水雷仍然是世界各国海军一大痼疾。

海上反水雷作战,与工兵在陆地的扫雷作业“貌合神离”。后者可以有效依靠人力或简装平台,使用炸药等低廉武器快速开辟通道,而海军必须借助专用的反水雷舰艇平台,才能缓慢地在港口和航路上清理出一条比较安全的航道。同时,由于水雷正变得越来越“隐形”,还可能存在遗漏未能清除的水雷。因此,相比其昂贵的造价,反水雷舰艇的作战效能的确比较低,这也是世界各国海军很少大批量建造反水雷舰艇的原因。

套用一句俗语,“反水雷舰艇不是万能的,但没有反水雷舰艇是万万不能的”。世界各国海军大都秉持这样一种观点:保持适度规模的反水雷兵力是建设一支现代化海军力量所必须的。具体到国家,各国差异很大,这既与其海军舰艇规模有关,也与其对反水雷作战重要性的认识有很大关系。如,德国和日本海军反水雷舰艇所占的数量比例较高,规模较大。这两个国家,一个是二次世界大战中发起以磁引信为代表的现代水雷战的鼻祖,一个是在战争期间饱受封锁、吃尽美国“饥饿战争”(水雷战)苦头的最大受害者。

但是,反水雷舰艇在美国等西方国家地位比较尴尬,造多了不值,效能不高,如同“鸡肋”。因此,美国海军把在两大战略方向的反水雷任务当作包袱一样甩给欧盟和日本。同时,美海军为大幅提高反水雷作战效能,一直在研究新反水雷作战样式和装备。比如,未来用多功能舰替代目前的扫雷舰,就是在新建的濒海战斗舰上搭载建制反水雷装备。这种反水雷装备或反水雷作战模块已在“伯克”级驱逐舰上进行过实验和少量部署,美军称之为“大型反水雷水下无人作战平台”。此外,为提高猎扫雷效率,美海军一直重视使用舰载直升机拖带扫雷具来完成反水雷任务。在探测水雷方面,除了传统的声纳,国外海军也在开发利用激光、地震波和激磁波等技术来探测水雷。

可以预见,未来的反水雷战场上,除了已经发展成熟的专用反水雷舰艇、以直升机为平台的扫雷武器系统,以美军建制反水雷模块为代表的水下反水雷作战平台或将成为骨干猎扫雷力量存在。

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