「德培论趋势」军工新材料

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中国股市近百家上市企业都属于军工领域，各个大国俨然已经把目光、把科研力量全面投向了下一代兵器的研制和开发，新一轮军事革命正在扑面而来。例如现在有一些新的军事装备，闻所未闻、从未在战场上投入使用。

美国可以说是引领着当今人类军事技术、军事产业的一轮革命，即信息化的军事革命；而这也是我国的军队的奋斗目标。

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航空母舰与材料工业

一、滑跃起飞与阻拦索着陆

作为我国第一艘以搭载固定翼飞机的航空母舰，辽宁舰从乌克兰引进并进行改装，并不是电磁弹射，前端有一个滑跃式甲板，可以保证飞机从14°左右的角度起飞，达到起飞要求速度；而着陆时又需要飞机尾钩钩住间隔布置在甲板上的阻拦索。

辽宁号

去年12月3日，在地中海执行任务的俄罗斯苏-33舰载机结束在叙利亚作战任务后，在“库兹涅佐夫海军元帅”号航母上降落时滑出甲板，飞行员弹射逃生。对于事故原因，俄官方宣称，由于拦阻索断裂造成苏-33舰载机滑出甲板坠海。

可见阻拦索的质量实际和材料工业有关。

二、蒸汽弹射起飞

随着喷气式时代的到来，虽然发动机推力增大不少，但是为了超音速飞行，机身加固重量增加的更多，而且舰载机机体还要更进一步加强才能耐受降落时的冲击，在短短的一百多米距离上使得喷气式舰载机正常起飞只能使用额外的推力帮它一下，蒸汽弹射器便应运而生。

蒸汽弹射器示意图

蒸汽弹射器是现代核动力航空母舰上的重要的飞机起飞装置，一般通过核动力装置产生的热能产生蒸汽，推动飞机短距起飞。蒸气弹射器总体来说还是非常复杂的，包括：起飞系统、蒸汽系统、归位系统、液压系统、预力系统、润滑系统、控制系统等。这样的弹射其反应时间是有限度的。

补课时间

蒸汽弹射器至今使用已经超过半个世纪，也存在缺陷：

首先是蒸汽弹射器的维护工作量很大，据报道，单纯的维护、运转蒸汽弹射器的费用，就占到了整个航母全部设备维护资金的80%。而美军一艘核动力航母上，需要整整500人来专门维护运转蒸汽弹射器。蒸汽弹射器原理看似简单，其技术要求却很高。核心是高温高压材料，各个部分都要频繁承受髙温高压蒸汽的冲击，如何保证各系统在这样严酷的环境下稳定工作就是最大的难题。

其次，蒸汽弹射机要消耗大量的淡水。美军航母弹射1架飞机，要消耗1吨淡水，这也会对舰上系统造成不小负担。

最后，现在美军的蒸汽弹射器的长度和气缸容积几乎达到极限，很难再提高能量，这就无法满足未来更重的舰载机。

三、电磁弹射起飞

由于蒸汽弹射器存在体积庞大、运行维护成本高、消耗大量蒸汽等缺陷，因此军事领域又盯上了新的弹射器，即电磁弹射器。

简单说就是利用电磁感应力，进行弹射的装置。

电磁弹射器的重量和体积大约只有蒸汽弹射器的一半，且与未来海军的“全电力系统”能更好融合，将弹射器的控制对接到全舰的其他动力系统中，便于统一操纵，而反应速度也特别快。

实现电磁弹射了以后，飞机的出勤率、效率以及整个飞机储备的重量都会得到大幅度地提高。据港媒披露，我国第二艘国产航母或将将装备电磁弹射器。

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各大国磨刀霍霍

“一年装备一个舰队，下水一个舰队，开工一个舰队”，造舰如同“下饺子”。与大型主战舰艇纷纷入列相辅相成的是，近年来，中国海军进一步加强了北海、东海、南海这三大舰队之间的协同演习频度和密度。对此，美国也感到很紧张，认为如果中国按这样速度发展下去，再过十年，中国的兵舰将比肩甚至超过美国。

今年6月，排水量超过1.2万吨的驱逐舰055型导弹驱逐舰下水，估计明年也可以列装部队。先进的武器和雷达系统，高度的信息化和自动化水平，使得055型导弹驱逐舰在世界同级舰中处于领先地位。

055型舰装112个垂发装置

112单元的数量少于韩国“世宗大王”级驱逐舰和美国“提康德罗加”级巡洋舰的128单元，但055的垂直发射系统口径850mm，大于美国MK-41和MK57垂发系统的口径（分别为635mm 和710mm）。衡量055型导弹驱逐舰的战斗能力强弱，光靠“数坑”是不够的，“坑”的尺寸和深度，同样也是值得考虑的一点。

就目前来看，中国不仅仅在数量上、结构上，尤其在科技上发展迅速。当然，美国在这一领域的发展上拔得头筹，例如开发排水量近1.5万吨的朱姆沃尔特级驱逐舰，再如F22、F35等新型战斗机大多还未真正进入战场。所以在军备发展领域，美国领先，各大国磨刀霍霍。

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新一轮军事革命来袭

以美国、中国、俄罗斯等国带头的新一轮军事革命正扑面而来，挑战了以往在军事上的极限。这种极限挑战按常规、传统的军事理论和经验是不可想象的。

激光武器

美国新型武器激光武器系统，造价约4000万美元，单次发射的费用仅仅在1美元左右。由于其发射的是激光，而光的速度是每秒30万公里，这相当于洲际弹道导弹速度的5万倍。这一激光炮一旦付诸于实施，现技术下的导弹都跟不上。

无人机

最近我国彩虹5无人机首次无干预自主降落，试验成功，站在了这项尖端技术的前列。

电磁炮

电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进动能杀伤武器。与传统大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同，电磁炮是利用电磁系统中电磁场产生的洛伦兹力来对金属炮弹进行加速，使其达到打击目标所需的动能，与传统的火药推动的大炮，电磁炮可大大提高弹丸的速度和射程。

一般火炮的射击速度约为0.8千米/秒，步枪子弹的射击速度为1千米/秒。而电磁炮可将3克重的弹丸加速到11千米/秒，将300克的弹丸加速到4千米/秒。有的专家甚至预言，将来的速度可达100千米/秒。

而且电磁炮因无需炸药，造价也很便宜。

电磁炮在2009年前后，出现发射十次后炮管断裂的问题，现在美国的电磁炮已经上舰，我估计材料已经过关了。

歼20

中国的歼20隐身战斗机又迎来了重大改进——它换发动机了，而且是国产“太行”发动机。歼-20早期采用的是两台俄罗斯生产的AL-31SEP3发动机，如今歼-20选择了国产“太行”发动机，对比以前的型号来说，推力、寿命以及可靠性都有所增加，装备该发动机的歼-20也改名为歼-20A2。这一切也要归功于铼镍超级合金技术，有效提高单晶叶片的各项性能和使用寿命。

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材料突破之于军事工业

以上例子都有一个指向——这些现代化兵器的发明、版本升级都源于对材料的重大突破；换而言之，科技军工的重大突破，首先都要通过材料。例如未来第六代战斗机或将全身都配置雷达，全方位观测敌机，而且还可以通过发射雷达毁掉对方导弹……所有这些都是突破了我们以往的极限，而这个前提和基础就是材料。

一、复合材料

铝合金

铝合金一直是军事工业中应用最广泛的金属结构材料，也是武器轻量化首选的轻质结构材料。

铝合金的发展趋势是追求高纯、高强、高韧和耐高温，在军事工业中应用的铝合金主要有铝锂合金、铝铜合金和铝锌镁合金。

新型铝锂合金应用于航空工业中，预测将为飞机减重8%～15%，因此，铝锂合金同样也将可能成为航天飞行器和薄壁导弹壳体的候选结构材料。

钛合金

钛合金在300℃～550℃温度下有一定的高温持久强度和很好的低温冲击韧性，我刚才提到的发动机耐高温部分都是含钛合金。

70 年代以来，钛合金在军用飞机和发动机中的用量迅速增加，从战斗机扩大到军用大型轰炸机和运输机，它在F14 和F15 飞机上的用量占结构重量的25%，在F100 和TF39 发动机上的用量分别达到25%和33%。可以说，钛合金的突破让战斗机升级换代。

钨合金

钨的熔点在金属中最高，其突出的优点是高熔点带来材料良好的高温强度与耐蚀性，在军事工业特别是武器制造方面表现出了优异的特性。如今我们利用其特性研制了各种穿甲弹的战斗部。

碳/碳复合材料

碳/碳复合材料即碳纤维增强碳基本复合材料，它把碳的难熔性与碳纤维的高强度及高刚性结合于一体，使其呈现出非脆性破坏。

值得注意的是，只有碳/碳复合材料是被认为唯一可做为推重比20以上，发动机进口温度可达1930～2227℃涡轮转子叶片的后继材料；为发动机升级换代起到一个前提性支撑的作用。

陶瓷基复合材料

将陶瓷和金属结合将两者本身的性能合二为一，在承受高温方面已经超过了金属耐热材料，并具有很好的力学性能和化学稳定性，是高性能涡轮发动机高温区理想的极好材料。

在未来材料的发展过程中，单项的材料远远无法支撑我们现代兵器的需求，于是大量复合型材料横空出世，在这过程中就涉及到工艺技术——不仅仅是发现材料，而且要把材料复合化。

我认为材料复合化是一个大的发展方向。

二、超材料

隐身化是军队、军备的一大发展方向，这就涉及到超材料，如美国的F-35战斗机与DDG1000大型驱逐舰均应用了超材料隐身技术。超材料实现隐身与传统隐身技术的区别是，超材料使入射的电磁波、可见光或声波绕过被隐藏的物体，在技术上实现真正意义上的隐身。

现有的超材料主要包括：负折射率材料、光子晶体、超磁材料、频率选择表面等。与常规材料相比，超材料主要有3个特征：

一

具有新奇人工结构；

二

具有超常规的物理性质；

三

采用逆向设计思路，能“按需定制”。

超材料示例

“电磁黑洞”是一种采用电磁超材料制造的人工黑洞，能够全向捕捉电磁波，引导电磁波螺旋式行进，直至被黑洞吸收，使基于引力场的黑洞很难在实验室里模拟和验证的难题迎刃而解。

现在人类已经可以实现在纳米的层面上重新对材料进行排列组合，诞生自然界没有的新材料，这么一来，也颠覆了对武器装备的传统概念。盾和矛不断地交替发展，所有这些实际上都体现在材料上。

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现代军事工业的四个发展方向

当下军事革命扑面而来，闻所未闻的新兵器不断涌现。

以超高速飞行器为例

这类飞行器，“超高速”到什么程度？现在的导弹速度大概在1.2～2马赫之间，日本此前研制XASM-3超音速反舰导弹，采用整体式火箭冲压发动机，最大飞行速度可超过3马赫。但是超高速飞行器速度至少在5～10马赫，其中，中美位于全世界前列，正面大量广进行试验，俄罗斯在后追赶。超高速的运载无人机、侦察机、导弹，以5～10马赫速度飞行，导弹以1.5马赫的速度追到猴年马月也追不上你怎么打得下来？——除了激光炮。

矛和盾此起彼伏地推进着科学技术的发展，而所有这些新型装备都需要对原有的材料进行颠覆。所以军事革命的突破，表现在隐形和反隐形上，表现在超高速的飞行器上，也表现在无炸药。什么叫无炸药？我刚才提到的电磁炮、激光炮都是无炸药。

同时军事革命的突破也表现在军队的人工智能化。最为典型的例子就如我在《芯片新格局》中曾提到，俄罗斯在叙利亚的军事集团开始积极使用机器人和网络中心战元素。

所以总而言之，现代军事的四个发展方向：

隐形和反隐形

超高速飞行器

无炸药炮弹武器

军队人工智能化

这四个方向都不断有突破，且都指向一个前提——材料首先要突破。简而言之，我认为，扑面而来的新一轮军事革命的战略制高点就是材料。

对于广大关心股市军工板块、关心军事工业的投资者来说，不妨沿着材料革命的这条思路来寻找黑马。

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