軍事領(lǐng)域是MEMS技術(shù)最早的應(yīng)用領(lǐng)域之一,，對(duì)推動(dòng)MEMS技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展起到了重大作用。當(dāng)前,，世界各國都非常重視MEMS技術(shù)在軍用設(shè)備中應(yīng)用的研究。美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局(DARPA)把MEMS技術(shù)確認(rèn)為美國急需發(fā)展的新興技術(shù),，并資助了大量MEMS項(xiàng)目,，大力發(fā)展小型慣性測量裝置、微全分析系統(tǒng),、RF傳感器,、網(wǎng)絡(luò)傳感器、無人值守傳感器等項(xiàng)目,，應(yīng)用于單兵攜帶,、戰(zhàn)場實(shí)時(shí)監(jiān)測、毒氣以及細(xì)菌檢測,、武器安全,、保險(xiǎn)和引信、彈道修正,、子母彈開倉控制,、超低功率無線通訊信號(hào)處理、高密度低功耗的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器件,、敵我識(shí)別系統(tǒng)等方面,。MEMS在軍用設(shè)備中的應(yīng)用日漸廣泛和深入。
1 MEMS技術(shù)對(duì)武器平臺(tái)的優(yōu)化在海上武器應(yīng)用方面,，MEMS引信／保險(xiǎn)和引爆裝置已成功地用于潛艇魚雷對(duì)抗武器上,。引信／保險(xiǎn)和引爆裝置的工作包括三個(gè)獨(dú)立步驟：發(fā)射魚雷后解除炸藥保險(xiǎn)、引爆(引信)和防止在不正確時(shí)間爆炸(保險(xiǎn)),。使用鍍有金屬層的硅結(jié)合巧妙的封裝技術(shù),，MEMS引爆裝置要比傳統(tǒng)裝置小一個(gè)數(shù)量級(jí)，可安裝在6．25英寸的魚雷上,，這是其他技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)的,。在陸地應(yīng)用方面，包括靈活且堅(jiān)固的爆破裝置,、發(fā)射裝置和其他使用MEMS慣性制導(dǎo)系統(tǒng)的武器平臺(tái)。MEMS加速度計(jì)能承受火炮發(fā)射時(shí)產(chǎn)生的近10．5 g的沖擊力,，可以為制導(dǎo)導(dǎo)彈提供一種經(jīng)濟(jì)的制導(dǎo)系統(tǒng),，同時(shí)使導(dǎo)彈的可靠性、性能及服務(wù)時(shí)間提高5倍一l0倍,，啞彈的數(shù)量減少一個(gè)數(shù)量級(jí),。MEMS慣性傳感器用于靈巧彈頭和鉆地彈頭中，其抗震能力足以使其能夠做到彈頭鉆入地下后,，仍能對(duì)其進(jìn)行制導(dǎo),、控制并引爆,。MEMS輪胎壓力傳感器已經(jīng)用在美國軍隊(duì)裝甲運(yùn)兵車的輪胎中。在空中應(yīng)用方面,，采用MEMS傳感器和致動(dòng)器可實(shí)現(xiàn)對(duì)流體的準(zhǔn)確控制,，例如對(duì)噴氣引擎的紊流控制。長期以來,，紊流對(duì)航空航天一直是個(gè)問題,，發(fā)動(dòng)機(jī)中的紊流降低了軸流速度，從而使推力減小,，機(jī)翼上的紊流造成飛行拖滯,。有了MEMS技術(shù)以后，使得在微觀尺度上對(duì)流體進(jìn)行控制成為可能,。其原理就是在特征面上布置微傳感器陣列,，探測流體壓力和溫度的細(xì)小變化，然后通過控制器讓微致動(dòng)器陣列準(zhǔn)確地對(duì)消這些細(xì)小變化,。當(dāng)然同樣的方法也可以完全應(yīng)用在飛機(jī)或?qū)椕善ど?，形成“智能蒙皮”，從而提高飛行速度和穩(wěn)定性,。MEMS技術(shù)還使智能可重構(gòu)外形的機(jī)翼和空間柔性結(jié)構(gòu)成為可能,。2 RF—MEMS技術(shù)的軍事應(yīng)用射頻微電子機(jī)械系統(tǒng)(RF．MEMS)是指利用MEMS技術(shù)制作各種用于電子通訊的射頻器件或系統(tǒng)，其研究目的是把半導(dǎo)體有源器件,、微加工元件和MEMS器件集成到一塊芯片上或微系統(tǒng)上,，從而實(shí)現(xiàn)單芯片上的射頻系統(tǒng)，使產(chǎn)品集成化,、微型化,、智能化，成倍提高器件和系統(tǒng)的功能密度,、信息密度跟互連密度,，大幅度地節(jié)能降耗。現(xiàn)代軍事電子信息系統(tǒng),，正朝著綜合化,、大容量、多功能,、超寬帶的趨向發(fā)展,。同一作戰(zhàn)平臺(tái)上往往需要搭載多個(gè)子系統(tǒng)，如通信系統(tǒng),、偵察系統(tǒng),、定位系統(tǒng)、干擾系統(tǒng),，這使得擔(dān)負(fù)信息出入口功能的天線數(shù)量也大大增加,，從而導(dǎo)致平臺(tái)裝載面減少,、重量增加以及電磁兼容性等問題。電控可重構(gòu)天線能夠在不改變天線機(jī)械結(jié)構(gòu)的情況下,，通過電控手段改變其關(guān)鍵參數(shù),，如工作頻率、方向圖,、極化方式等,，使一副天線實(shí)現(xiàn)多副天線的功能 j。美國軍方開展的可變波束天線研究,，僅用1 Xn的單元實(shí)現(xiàn)n X n的相控陣天線,。隨著RF．MEMS開關(guān)技術(shù)的成熟，國內(nèi)外研制的可重構(gòu)天線也開始更多地采用RF-MEMS開關(guān),。相比其它開關(guān),，RF．MEMS開關(guān)具有低插人損耗、高隔離,、線性,、寬帶(0．1 GHz～120 GHz)、低功耗等特性 J,，并且還能與單片微波集成電路(MMIC)集成,。自1998年N．S．Barker研制了第一個(gè)RF—MEMS移相器以來，目前已有多種RF—MEMS移相器的報(bào)道,。RF．MEMS移相器具有較低的插人損耗,、寬帶寬、小體積的特點(diǎn),。用RF—MEMS移相器替代傳統(tǒng)的微波移相器,，提高了相控陣?yán)走_(dá)、衛(wèi)星通信,、移動(dòng)通信設(shè)備中的抗干擾能力和靈敏度,，降低了這些設(shè)備的重量、體積和成本,。因此,，研究RF—MEMS移相器在軍事上具有重要的意義。基于MEMS技術(shù)的軍用微型機(jī)器人美國貝爾實(shí)驗(yàn)室,，早在2O世紀(jì)90年代,，就開發(fā)出一種直徑為400m的齒輪。其后,，諸多大學(xué)和研究機(jī)構(gòu)利用MEMS技術(shù)制造出了各類微型馬達(dá)和微型齒輪，這些器件是微型機(jī)器人的基本單元,，催生了微型機(jī)器人的誕生,。微型機(jī)器人是基于MEMS技術(shù),，有擬人功能，代替人完成任務(wù)的光機(jī)電一體化系統(tǒng),，尺寸一般很小,，可自主、半自主或人工遙控工作,。根據(jù)體積可分為厘米,、毫米和微米尺寸機(jī)器人，有一定智能,，可在微空問進(jìn)行可控操作或采集信息,，其最突出的優(yōu)點(diǎn)是能執(zhí)行常人無法完成的任務(wù)，而且可批量,、廉價(jià)制造,。美國研制的一種可探測核生化戰(zhàn)劑的微型機(jī)器人，只有幾毫米大小,。還有一種構(gòu)想中的“黃蜂”微型機(jī)器人,，只有幾十毫克重，可攜帶某種極小彈頭,，能噴射出腐蝕液或?qū)щ娨?，攻擊敵方裝備的關(guān)鍵電子部件。美國五角大樓認(rèn)為軍用微型機(jī)器人的發(fā)展將有可能改變下一世紀(jì)的戰(zhàn)場,。“智能塵?！笔俏⑿蜋C(jī)器人的一種，它由微處理器,、無線電收發(fā)裝置和使它們能夠組成一個(gè)無線網(wǎng)絡(luò)的軟件共同組成,。將這類微塵散放在一定范圍內(nèi)，它們就能夠相互定位,，收集數(shù)據(jù)并向基站傳遞信息,。近幾年，由于硅片技術(shù)和生產(chǎn)工藝的突飛猛進(jìn),，集成有傳感器,、計(jì)算電路、雙向無線通信模塊和供電模塊的微塵器件的體積已經(jīng)縮小到了沙粒般大小,，但它卻包含了從信息收集,、信息處理到信息發(fā)送所必需的全部部件。未來的智能塵埃甚至可以懸浮在空中幾個(gè)小時(shí),，向相關(guān)作戰(zhàn)人員提供實(shí)時(shí)或近實(shí)時(shí)的戰(zhàn)場信息,，包括通過有人和無人駕駛的地面車輛、無人駕駛飛機(jī)、空中,、海上及衛(wèi)星中得到的高分辨率數(shù)字地圖,、三維地形特征、多重頻譜圖形等信息,。系統(tǒng)軟件將采用預(yù)先制定的標(biāo)準(zhǔn)來解讀傳感器的內(nèi)容,，將它們與諸如公路、建筑,、天氣,、單元位置等前后相關(guān)信息，以及由其他傳感器輸入的信息相互關(guān)聯(lián),，從而為交戰(zhàn)網(wǎng)絡(luò)提供諸如開火,、甲車的行動(dòng)以及爆炸等觸發(fā)傳感器的真實(shí)事件的實(shí)時(shí)信息。
微型飛行器(Micro Aerial Vehicle,，MAV)的概念是由美國于20世紀(jì)90年代最先提出的,，由于其具有特殊的用途而倍受關(guān)注。微型飛行器的姿態(tài)控制系統(tǒng)中的微型地平儀,、微型高度計(jì),，導(dǎo)航系統(tǒng)中的微型磁場傳感器和微型加速度計(jì)、微陀螺儀等,，飛行控制系統(tǒng)中的微型空速計(jì),、微型舵機(jī)等，在微型飛行器上應(yīng)用的微型攝像機(jī),、微型通訊系統(tǒng)等,，都需要MEMS技術(shù)的支持，以減少體積和重量,，改善飛行器的性能,。微型飛行器具有導(dǎo)航及通信能力，可用手?jǐn)S,、炮射或飛機(jī)部署,，具有偵察成像、電磁干擾等作戰(zhàn)效能,，被認(rèn)為是未來戰(zhàn)場上的重要偵察和攻擊武器,，具有價(jià)格低廉、便于攜帶,、操作簡單,、安全性好等優(yōu)點(diǎn)。目前,，微型飛行器的研究主要集中在美,、日,、德等發(fā)達(dá)國家，正在研究的MAV主要有三種,，一種是像飛機(jī)一樣的固定翼式,，第二種是跟昆蟲和鳥類一樣的撲翼式，第三種是跟直升機(jī)一樣的旋翼式,。美國MLB公司研制出翼展為45 cm的微型飛行器Bat，該機(jī)飛行時(shí)問20 min,，飛行速度大約為64 km／h,，飛行高度457 m；德國的IMM公司已經(jīng)研制出了一種直徑1．9ms,、長度5．5 ms,、重量91 mg、最大轉(zhuǎn)速達(dá)l0萬轉(zhuǎn)／分鐘的微型電機(jī),，同時(shí)利用這種微型電機(jī)制成了一架串列式雙旋翼的微型試驗(yàn)直升機(jī),；日本東京大學(xué)的毫米級(jí)微型飛行機(jī)器人能在交變磁場中扇動(dòng)翅膀；印度,、澳大利亞等國家也都在研制不同用途的微型飛行器?，F(xiàn)代戰(zhàn)場上，已經(jīng)能見到微型飛行器的身影,。在阿富汗戰(zhàn)場上,，美軍已開始使用一種名為“微星”的微型飛行器進(jìn)行情報(bào)收集，海軍陸戰(zhàn)隊(duì)士兵可以通過便攜式電腦操縱“微星”,，可偵察前方5 km的情況,。5 基于MEMS技術(shù)的軍用微納衛(wèi)星微納衛(wèi)星通常指質(zhì)量小于100 kg，具有實(shí)際使用功能的衛(wèi)星,。它是基于微電子技術(shù),、MEMS技術(shù)、微光電技術(shù)等技術(shù)發(fā)展起來的,，體現(xiàn)了航天器微小化的發(fā)展趨勢,。根據(jù)衛(wèi)星質(zhì)量，10 kg～100 kg的衛(wèi)星稱為微型衛(wèi)星(microsat),，1 kg一10kg的衛(wèi)星稱為納米衛(wèi)星(nanosat),，0．1 kg～1 kg的稱為皮衛(wèi)星(picosat)，0．1 kg以下的稱為飛衛(wèi)星(femtosat),。微納型衛(wèi)星具有功能密度與技術(shù)性能高,、投資與運(yùn)營成本低、靈活性強(qiáng),、系統(tǒng)建設(shè)周期短,、風(fēng)險(xiǎn)小等優(yōu)點(diǎn),，受到了航天、軍事,、工業(yè)以及研究機(jī)構(gòu)的廣泛關(guān)注,，成為各國軍方都非常重視的航天技術(shù)發(fā)展方向之一。2002年2月7 H,，由DARPA出資,，Aerospace公司生產(chǎn)的兩顆繩系皮衛(wèi)星從近地球軌道上的“母”衛(wèi)星O．PAL(Orbiting Automated Picosat Launcher)上送入太空。此次試驗(yàn),，驗(yàn)證了MEMS技術(shù)在太空中的穩(wěn)定性及可靠性,，對(duì)促進(jìn)MEMS技術(shù)在微納型衛(wèi)星上的應(yīng)用及發(fā)展起到重要作用。由于微納型衛(wèi)星具有低軌道,、信號(hào)損耗小,、機(jī)動(dòng)靈活、抗毀性能強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn),，很適合于戰(zhàn)場環(huán)境的監(jiān)視,、偵察、目標(biāo)定位,、通信中繼等,。作為未來高技術(shù)戰(zhàn)爭的“殺手锏”，在建立以衛(wèi)星為核心的C I(指揮,、控制,、通信、計(jì)算機(jī)和情報(bào))一體化系統(tǒng),、提高戰(zhàn)術(shù)武器的隱蔽性,、突防能力等方面，微小衛(wèi)星有極大的需求背景,。而由微小衛(wèi)星構(gòu)成“衛(wèi)星攻防系統(tǒng)”更是能有效的防止敵國反衛(wèi)星武器攻擊,。皮衛(wèi)星可以與主衛(wèi)星組成網(wǎng)絡(luò)，相互協(xié)同運(yùn)行,，當(dāng)敵方反衛(wèi)星武器進(jìn)行攻擊時(shí),，皮衛(wèi)星可以為主衛(wèi)星發(fā)送信息，使主衛(wèi)星及時(shí)采取措施,，免遭攻擊,；皮衛(wèi)星還可以誘惑、吸引敵方反衛(wèi)星武器,，保護(hù)主星,；皮衛(wèi)星也可用做反反衛(wèi)星武器，對(duì)敵方反衛(wèi)星武器進(jìn)行攔截,。目前,，全世界范圍內(nèi)眾多研究機(jī)構(gòu)在進(jìn)行新一代微納衛(wèi)星的研制,，比如Dartmouth學(xué)院的Thayer工程系的學(xué)生研制的DARTSat，加州工學(xué)院研制的PloySat,，臺(tái)灣NSPO(National Space Program Office)研制的YamSat,，都相當(dāng)具有代表性。信息,、信息處理和通信網(wǎng)絡(luò)是每一次軍事活動(dòng)的核心,。縱觀歷史,，軍隊(duì)統(tǒng)帥都將“信息優(yōu)先權(quán)”視為勝利的關(guān)鍵,。基于MEMS技術(shù)制造的各類微型傳感器,、微型飛行器、微型機(jī)器人和微納衛(wèi)星可以快速,、準(zhǔn)確并且廣泛地收集沖突區(qū)域信息,，能給軍隊(duì)統(tǒng)帥提供準(zhǔn)確、全面的戰(zhàn)場情報(bào),。同時(shí),，MEMS技術(shù)也能使武器平臺(tái)更靈敏、更準(zhǔn)確并且更具殺傷力,。所以,，MEMS技術(shù)是未來軍用武器裝備中的支撐技術(shù)和關(guān)鍵技術(shù)。在軍事領(lǐng)域中迅速應(yīng)用MEMS技術(shù)將是保持軍隊(duì)技術(shù)優(yōu)勢,、維護(hù)國家安全的重要戰(zhàn)略,。
