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解放军报军工版头条刊登283厂电缆深度科普文章

发布时间:2020-07-30    【来源:二院283厂】

近日,《解放军报》军工版头版刊登了283厂电缆深度科普文章。




原文如下:


航天科工集团二院某厂设计师张璐趣谈军用电缆——

小小电缆能量大

  解放军报 ■杨 菲

  电缆是武器装备的“血管”与“神经”,它所传输的电能与信息,维持着武器装备各个“器官”的正常运转。遍布武器装备“身体”里的电缆,无论哪条出现技术问题,都可能会造成武器装备的使用故障。

  说起电缆的起源,人们会联想到历史上富兰克林在雷电天气所做的“放风筝”实验。在这之后,富兰克林又做了一次大胆尝试,他把几米长的铁杆,用绝缘材料固定在屋顶,杆上拴着一根金属线,当闪电来袭时,闪电会通过铁杆、金属线直通地下,而房屋建筑完好无损。实验中,那根金属线就是后来人们所说的电缆雏形。

  就像打开了神奇的魔盒,一根小小的金属丝,随着科技的不断发展,衍生出多种类型电缆。不同类型的电缆,在武器装备及国防工程建设中发挥的功能不尽相同,起到的作用却不可或缺。

  粗有粗的道理,细有细的知识

  电缆拥有一个庞大的家族,种类极其繁多。为了保证电能与信息的传输安全,在不同需求下它们会穿上不同材质的“马甲”。

  “马甲”的颜色标识着电缆的种类。为了操作安全,避免事故的发生,线路颜色标识都有严格规定,必须依据国家标准,军工领域电缆还必须符合军用标准。黄色、绿色、红色、淡蓝色、黄/绿双色线、红黑色、棕色……不同颜色的“马甲”对应不同类型的电缆,方便对电缆种类的快速辨认。

  按照体量来分,电缆既有纤细苗条的“美娘子”,又有膀大腰圆的“大胖子”。无论是“美娘子”还是“大胖子”,粗有粗的道理,细有细的知识。

  纤细苗条的“美娘子”有着特殊能耐。生活中,大家比较常见的是铜线电缆,直径约为0.035毫米,略粗于头发丝。再细的,还有比头发丝还细的光纤电缆。别小看光纤电缆,它是5G的核心技术之一,这样1根电缆可以与上千根铜线电缆叠加起来的信号传输量相当。

  如果拿“腰细”作为量化标准,那么2017年国外某科研小组研发的纳米电缆创造了世界纪录。这种电缆的直径仅是3个原子的直径叠加尺寸。

  电缆的“腰”是越细越好吗?当然不是。同等材质之下,体型越粗的电缆承受的电流越大,可承载的设备越多。打个比方,越大的水库,越需要更宽的河道放水。然而,电压等级越高、输送容量越大、输电距离越远,就要求支撑电缆的设备越庞大。

  中远程弹道导弹和洲际导弹需要具备远距离跨区发射和对多种目标进行精确打击能力,这就需要为导弹提供更多的电流载运量。举个例子,俄罗斯新一代洲际导弹“萨尔马特”威力很大,它需要装配比成年男人大腿还要粗的电缆。

  在导弹制造领域,有一种说法:“为减轻每一克重量而奋斗。”导弹载重越轻,负荷就越小。如何让电缆在粗细之间找到完美平衡,是必须面对的技术问题。未来战争对导弹的机动灵活、快速反应提出了更高的要求,因而导弹上的电缆网结构需要高度的集成化、轻量化。

  总之,军事应用不同,所用电缆的种类也就不同。需要找准粗细之间的黄金分割比。

  上天入海神通广大

  “电,这个赫拉克勒斯,当它还在摇篮时就已推翻了迄今为止的一切定律,破坏了一切行之有效的标准……正是这种小小的几乎无法感觉到的电火花——它昨天还只能在莱顿瓶里发出噼噼啪啪的声音,产生手指节骨那样一英寸长的电花,如今一下子获得了巨大魔力,能越过陆地、高山和所有的大洲。”

  著名作家斯蒂芬?茨威格,在《越过大洋的第一次通话》文章中,将世界上第一条跨越大洋的海底电缆铺设列为决定世界命运的14个历史瞬间之一。茨威格将电比喻为赫拉克勒斯(古希腊神话中的大力神),完成的任务堪称人类壮举。

  1858年,美国实业家塞勒斯?韦斯特?菲尔德在欧洲与美国之间成功铺设跨越大西洋的2500英里海底电缆。英国维多利亚女王向时任美国总统詹皇?布坎南发出第一条信息,使人类信息传递产生质的飞跃。

  如今,100多年过去了,电缆不仅征服了海底,还征服了荒原、沙漠、冰川甚至太空。在军事应用上,电缆更是在很多大家难以想象的领域发挥着巨大作用。

  潜艇部队被称为“无声军种”。潜艇上所用的电缆,最基本的两个要求是高度阻燃和高度水密性。前者指在潜艇发生火灾后,主要电缆能保存线路的完整性,为此电缆常常采用特殊材料进行绝缘;后者指在深水区域电缆和插件之间有很好的水密性,以保证电缆能够正常工作。

  对于导弹而言,其内部电缆布线不同于卫星、火箭等太空产品,有着自身的特殊性。卫星、火箭等产品的电缆设计通常为一对一连接或一对多连接,这种电缆的线束结构较为简单,敷设设计相对容易。

  而导弹上的电缆集成度更高,尤其是导弹舱体内部的电缆,线路集成现象更为明显。电缆的线束结构有一个主线路,由主线路上分出多束电缆分支,这些电缆分支连接各个零部件,形成一个四通八达的网状结构。因此,导弹上电缆线束通常被叫做“弹上电缆网”。这也意味着一枚体积并不大的导弹可能容纳了成千上万根电缆。

  作为歼击机的主要武器之一,空空导弹具有反应快、机动性好、尺寸小、重量轻等优点。然而,空空导弹内部的工作环境恶劣,这要求产品必须特别“抗造”,其电缆网能够承受高低温、高空低气压、振动和冲击等严酷考验。

  作为机载武器,空空导弹是导弹界名副其实的“小个子”,内部空间“寸土寸金”,所用电缆只能最大程度地进行“瘦身”,并以最短距离实现立体集成。

  5G时代,电缆面临新一轮改进升级

  从那个与雷电“亲密接触”被激活的金属线,发展到各式各样纵横交错的电缆网,随着现代科技的迅速发展,电缆也在不断进化,被赋予新的功能与应用。从发展历程看,我国军用电缆主要经历了进口、仿制、自主研发三个阶段。

  1897年,光绪年间,清政府第一根地下电缆投入使用。当时国内还没有电缆生产能力,只能从国外进行采购。

  1939年,昆明电缆厂制造出第一根小拇指粗的电缆,才开始了国内电缆的仿制历程。

  第一代电缆又粗又重,电缆接点间距在3mm以上,耐高低温性能差。

  第二代电缆参考国外标准,接点间距一般在2mm以上,电缆体积和重量大幅减小,性能显著提升。

  第三代电缆则是自主研制、自建标准,电缆接点间距在1.27mm以上,电缆的轻量化、小型化、集成化等特点更为突出,耐辐射、抗干扰性明显提升,可以满足诸多特殊条件……

  总而言之,电缆的更新换代对军工行业的意义尤为重大。电缆接点间距越小,电缆体积与重量就会更小,消耗的能源也就更少。

  从装配工艺来说,电缆结构的高度集成化对总体装配的要求更高。国外专家曾提出了一种虚拟现实交互技术,即大家熟知的VR,利用该技术开展装配的可行性验证和效率评估。

  据先容,有的国外军工企业还成功研发了线缆布线工艺规划系统。该系统利用三维布线环境的真实特效,实现了对线缆的装配路径规划,有效提升了线缆的装配效率。

  从电缆材质来说,先进的材质工艺已经在不少军工企业投入运用。比如,国外多款战斗机已经大量应用二氧化硅电缆。这种电缆不仅耐高低温、高强度、高抗震,而且电能与信号传输速度更快、稳定性更好。

  军用电子设备的先进性是决定战场胜负的一个重要因素。随着5G技术、光纤通信的到来,武器装备的电缆会面临新一轮的改进升级,向更高、更广、更精的目标发展。

  上图:该厂电缆车间职工讨论立体集成电缆生产流程。

  马 帅摄


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