更小、更轻、更廉价的微机电系统

    今后几年,微机电系统(MEMS)在军事设备领域将变得和今天的微处理机一样普通。MEMS是用传统数据处理与控制系统集成最新型的敏感与传动功能的微小尺寸装置。MEMS通常由硅制成,多采用由微电子工业开发的部件的装配与封装技术。它之所以具有自己的特点,即将机械或结构部件(如带有电子装置的加速度计和微透镜)和一些电子装置(如微处理器和射频发射机)集成在一起,也包括流体、光学、电磁和电稳定系统。

    正如在微电子和通讯领域国防工业能推动商业开发一样,民用市场也将从MEMS的应用中获益。对新技术持保守态度的自动化工业仍然在特殊应用方面接受了MEMS。

    正在领导开发MEMS应用综合计划的美国国防高级研究计划局(DARPA)预测, MEMS装置(民用和军用)的总市场在2003年将达到每年65~115亿美元。其应用范围包括:航天飞机、微型空中飞行器或战场上士兵携带的设备等,要求质量轻、功耗低。其它情况如火炮发射弹药采用的制导、导航与控制装置等,源于小尺寸和固态结构的固有稳定性是其应用的明显的因素。

    MEMS不仅给现有系统带来优势,而且可能产生新的功能。例如,美国海军没有料到在没有实际子系统空间减少的情况下一种直径仅6.25英寸/158mm的武器可作为其新型的反鱼雷武器。美国海上水面战中心的Indian Head分部已采用MEMS开发了一种微型引爆器,并于2000年8月进行了成功的验证试验。该引爆器采用惯性测量装置(IMU)、流体紧凑型传感器、扁形雷管和点火装置,其体积仅115cm3,而且其成本只有原来的1/4。

    基于机械、环形激光器或光纤陀螺并采用传统加速度计设计的常规IMU已证明不适合火炮发射期间产生的振动;因此,少数设计采用MEMS基的IMU,以提供所需的稳定性,减少所占用空间。

    自从1984年以来, Charles Stark Draper实验室(Draper)在这个领域进行了许多研究和开发计划,包括参与由海军研究处(ONR)主办的许可弹药先进技术的验证。2000年2月,一个总体积为130cm3的组合IMU与GPS接收机被集成到127mm的弹体中,并成功发射。该技术也引入到Draper为DARPA先进技术验证所进行的宽域预警计划中。

    该实验室当前的项目包括由美国空军研究实验室(AFRL)投资的微机械IMU,它采用了一个GPS接收机,以评估其对安全距离使用的适应性。其它可能的应用包括美国空军的风力修正弹药散布器和美国陆军的精确制导迫击炮弹药。另外,在继续自己的研究和开发中, Draper已将其微机械惯性传感器技术转给罗克韦尔自动化公司。

1　抗震硅IMU

    雷锡恩导弹系统公司正在为美国海军开发的EX171增程制导弹药(ERGM)采用了由BAe航空系统公司战术产品分部与Sumitomo精密产品公合作开发的硅IMU。2000年秋天,该硅IMU在专用81mm迫击炮多发弹发射试验中抗震能力达16 000g,并在2001年1月的首次全弹制导发射飞行中有效地完成了它的功能。