主题：【原创】决定二战胜负的科技 -- 正宗鲁皮皮

本文应该属于英雄本色和科技版交叉的文章，可是既然俺已经被列为科技版的嘉宾，就先发在这儿。版主如觉不妥再转到英雄版。

众所周知, 最新的科学技术总是最先被应用于军事, 而军事领域堪称”变态”的要求也会催生出最新的科技. 发生在上个世纪的二战作为人类历史上最惨烈,最广泛,影响最深远的战争, 无可避免地应用了当时人类最先进的科技, 同时科技也在相当大的程度上决定了战争的进程和最终的胜负.

提到决定二战胜负的科技, 一般人会立刻想到原子弹和雷达.但大多数人都不会留意一个同样重要的科技: 近炸引信, 英文名为VT-fuze（Variable-Time）, 或Proximity fuze. 原子弹和雷达大家都津津乐道，我想是因为这两种科技后来都从良了， 原子弹的民用版本是核电站，雷达就更不用提，飞机轮船上都少不了它，连渔民老哥的捕鱼船上都用声纳雷达来指示水下有没有鱼；而近炸引信这东西好像只能装在炮弹上，别的一般老百姓好像没谁有兴趣在自个家里玩这玩意，所以时至今日，除了军事发烧友和专业人士知道VT-fuze这个词的人还不多，更多的人连引信这个词都不太熟。

用专业词语来解释引信，就是“利用环境信息和目标信息，在预定条件下引爆或引燃战斗部装药的控制装置”，说白了，就是用来引爆炮弹里的炸药的东西。在二战早期，引信主要有两种， 一种是接触式引信，另一种是时间延迟式引信。 接触式引信就是依靠高速飞行的炮弹接触到目标时产生的巨大冲击力而触发， 延迟式引信顾名思义就是炮弹飞行一段时间后引爆。接触式引信的例子就是当时广泛使用的炮击炮，炮击炮弹落地后爆炸；延迟式引信最常见的例子就是我军使用的手榴弹，拉弦后几秒以后才爆炸，所以才有解放军战士和敌人进行手榴弹接力的情景。

VT-fuze的要求最早由美国海军提出。当时太平洋战争鏖战正酣，日本人的飞机充分发扬武士道精神，美国水面舰艇吃了不少亏，当时的防空主要由防空火炮提供。通常的做法是用不同延迟时间的炮弹组成几种不同高度的火力网，炮弹飞行到一定的高度就会引爆，从而利用四溅的弹片杀伤敌机，一颗5英寸的炮弹爆炸后的有效杀伤范围大概在70米左右。 这样如果敌机够狡猾，改变飞行高度避开你的火力网，那么这种做法就收效甚微，此时就只能靠哪一颗幸运的炮弹能正中目标，可想而知这种事件发生的概率是多么小。

海军军需处就提出，能不能开发一种“智能”炮弹，这种炮弹能自动侦测距离目标的距离而捕捉最好的时机引爆。 其实海军有关部门在二战开始以前几年就有相关研究，只不过当时是想利用飞机引擎发出的热流来引爆，后来由于过于复杂的工程问题而停止了。

一开始有好几种想法，有基于声音的，有基于光的，有基于静电场的，有基于磁场的，后来选定的方法是基于无线电波的。其原理和雷达的原理很类似，引信发射无线电波，同时也在接收电波，如果附近有目标出现，目标反射回来的电波就会引信收到。由于相对的高速运动，收到的电波和发射出去的电波会有一个多普勒频差，所以接受波和发射波做混频就会出现一个低频的差拍信号，对这个信号放大，当幅度足够强时就意味着目标就在附近，于是就可以引爆战斗部了。基本原理如下图所示。

调节其中门限检测的阈值就可以调节引爆时距离目标的远近。

这个想法在当时堪称天才。当时一种想法是利用地面站发射电波而炮弹引信被动地接收目标反射回来的信号，这种想法没有被付诸实施因为战时地面站的协同是个问题，在手忙脚乱的时刻地面站对准那个目标不对准那个目标是个难以解决的难题，所以让引信自己处理电波的发射是个更好的主意。

平心而论，近炸引信并不是多么高深的理论，主要的难题是工程实践问题。当时的难题必须要放在上个世纪40年代的背景下来看。当时没有半导体和集成电路，连晶体管都没有，只有电子管，贴一些电子管的图片先。

普通的电子管本身是很脆弱的，一不小心落在地上就碎了。而引信是要用在出膛的炮弹上，炮弹的加速度可以高达20000个G, 同时每秒钟有500圈的转动。简直是没有什么比这更糟糕的工作环境了。学过高中物理的都知道F=ma这个公式，所以质量越小则受力越小。所以当时的一个很大的技术任务是作出更小的电子管。而且炮弹的容积也限定了必须要用小巧的电子管。最后Western Electric, Raytheon, Hytron, Erwood, and Parker-Majestic Companies.多家公司的工程师用手工做出了耳塞助听器大小的真空管。 海军的研究人员将这些真空管安装在一个板子上，从高处往水泥地上摔，然后检查完好率。结果竟然是出人意料地好，这些管子皮实得很。

不过一直有一个问题困扰着我，因为真空管的阳极电压一般需要高压，否则电子就没有足够的电场来发射，而二战时的近炸引信用真空管来完成，同时只能用电池供电，电池只能提供低压，那么这个高压从何而来？当时的技术好像还没有低压到高压的逆变器吧。我看了好多相关资料也没有找到答案。也许这个技术细节今天还在保密中？

当时设计中遇到的另一个问题出现在电池上。电池除了要能够承受巨大的加速度和向心力以外，还有一个寿命问题。一开始开发人员利用干电池来做电源， 可是很快发现不能承受炮弹出膛时的巨大冲击，同时在南太平洋的潮湿环境下，干电池的储存是个大问题，如果电池在实战之前就玩完了那么就真要了命了。研究人员开发出了一种与干电池相对的“湿电池”。这种电池利用电解液和化学物质的反应提供电力，但平时电解液不和反应物质接触，而是被密封在一个玻璃小容器里，当炮弹出膛时巨大的向心力将容器破坏，电解液流出，电池开始工作。这样一来电池的寿命也不再是个问题。

这些问题解决以后，组装的电路能否在如此大的加速度下工作还是个未知数。开发人员设计了一个试验来验证。他们让电路持续发出一个无线电波，然后在地面安装一个接收器，大概在1941年4月末的一天，一颗37毫米的炮弹携带这块测试的电路板上了天，而地面的接收器持续地收到了从炮弹在飞行中传来的信号。这实在是个值得开发人员庆祝的日子。作为一个60多年后的工程师同行，我能深深地体会到他们的付出，焦虑和兴奋。

1941年9月，完整的引信设计已经基本完成。剩下的工作是不断的改进和修正bug. 这阶段主要的问题是机械的破损，声电噪声干扰，和电池电压不稳。大量心血耗费在这些问题上。

经过一系列测试，近炸引信终于投入实战。 由于这个技术的极度敏感性，当时美国把这个技术列为头号机密，所有的开发都在极度保密中进行，而且实战的战场选择也颇为讲究。当时不将这种近炸引信用于陆军战场就是怕一旦有一颗哑弹落如敌手，让敌人学了去而造出类似炮弹对付自己， 可不是好玩的。所以当时太平洋海战就成了绝佳的武器试验场。日本飞行员喜欢作自杀式攻击， 不把自己的命当回事，那么配置近炸引信的炮弹正是他们最后的晚餐。近炸引信最露脸的战斗是1944年的马里亚纳海战，史称"马里亚纳打火鸡"，大家上网一搜就能找到详细描述。 更早一些的时候，大概在1943年，美国海军的水面舰只就曾利用近炸引信炮弹干掉了来袭的130架日本飞机中的90架，估计当时的小日本飞行员想破脑袋也想不明白为什么美国人的炮火这么准。后来美军统计过，常规引信炮弹击落一架敌机平均需要2000发，而近炸引信只要400发，效率是原来的5倍。哎，还是那句话， 科技，科技是第一生产力呀（也是第一毁灭力呀！）！邓公这句话振聋发聩。只是，这句话为什么要等到20世纪90年代才说？！

这几天在学习用Illustrator画矢量图，涂鸦一幅近炸引信打飞机的图。图中可见，炮弹的飞行轨迹原本无法杀伤目标，可是由于近炸引信的智能判断而及时引爆，得以将目标击落。 画完以后，觉得少点什么，想了许久，发现是飞机上的膏药旗。好在日本的膏药旗简单极了，三两笔就画好了。自我得意一下。

现在想来我原来很早就接触了近炸引信，只是自己没有意识到。我在1999年做硕士课题的时候，老板联系的是航天部下属的一个研究所的项目，当时的题目是随机码连续波雷达引信的设计。其原理和前文说述的近炸引信类似，只不过那时的设计中，发射的无线电波不再是简单的正弦波了，而是用随机码调制的正弦波，类似现在的CDMA系统，只不过CDMA系统里用伪随机码，而我们用的是真随机码。因为不存在多用户问题，也不存在信号捕获问题，我们用随机码的目的就是测距。回波信号和本地信号延迟后作相关，相关结果的最大值对应的延迟量就是目标的距离。当目标距离在杀伤范围以内就引爆。当时的我还不知道近炸引信的概念。当时的高工是哈工大毕业的高材生，据他讲， 这个系统的作战目标就是美国的F16。 高工当年也就是40岁上下，常年在贵州，人显得土土的。我清楚记得他到北京和我联调时穿的一件蓝色西服，右胳肢窝下接缝开了好大一个口子而自己浑然不觉，连底下搞焊接的小工都暗地里对他嘲笑不止，让人感觉中国的军工科研精英 实在可悲。而他也不止一次得和我聊过待遇低下的问题，而且还背着上级偷偷到人才市场投过简历。后来毕业以后就没有联系了，不知他现在是否已经下海，亦或依然在贵州的穷乡僻壤里为中国的军工事业作贡献。不管他最终选择什么，还是祝愿他一切都好吧。

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