CHƢƠNG 3 : CÁC ỨNG DỤNG KHÁC CỦA SÓNG ĐIỆN TỪ
3.4 Sóng điện từ trong kỹ thuật quân sự
Thành tựu lớn nhất của KHQS Việt Nam thời gian qua là việc Viện Khoa học và Công nghệ quân sự đã chế tạo thành công loại sơn hấp thụ sóng radar.
Hình 3.4: Tàu Hải qn VN ứng dụng Sóng điện từ (Ảnh minh họa)
Các nhà khoa học thuộc Viện Hóa học-Vật liệu (Viện Khoa học và Công nghệ quân sự) vừa nghiên cứu chế tạo thành công loại sơn hấp thụ sóng radar có ký hiệu PD/RAP-MEH sử dụng để sơn phủ các loại vũ khí trang bị kỹ thuật (VKTBKT) nhằm giảm thiểu thiết diện phản xạ hiệu dụng, nâng cao khả năng ngụy trang của vũ khí trang bị kĩ thuật đối với các thiết bị trinh sát, phát hiện và điều khiển sử dụng bức xạ sóng radar trong dải băng X (từ 8 đến 12GHz).
Chống bom mìn tự chế bằng sóng điện từ
ĐVO) Đây là cơng nghệ sử dụng phƣơng pháp làm nhiễu sóng điện từ để bảo vệ các xe quân sự trƣớc các loại bom mìn tự chế đƣợc kích nổ bằng sóng radio. Sau khi đã trải qua nhiều cuộc thí nghiệm trên hiện trƣờng
66 Bom xung điện từ - viết tắt theo tiếng Anh là EMP-Loại vũ khí này đƣợc thiết kế để phá hủy các cơ sở vật chất có sử dụng điện và điện tử ở một mục tiêu nhất định.Hầu hết các thiết bị điện và điện tử nhƣ máy vi tính, vơ tuyến, tủ lạnh, xe hơi, điện thoại... sẽ bị vơ hiệu hóa nếu bị bom EMP tác động.
Tổ hợp nghi binh S-300.
Nhằm vô hiệu hóa hệ thống định vị vệ tinh và dẫn đƣờng quán tính, các nhà khoa học quân sự Belarus đã chế tạo các thiết bị ứng dụng nhằm mục đích gây nhiễu các tín hiệu từ vệ tinh. Các bộ khí tài này có tên là Optima–3 và Tuman–2.
Hai bộ khí tài này có thiết kế rất đơn giản, gọn nhẹ và tiện dụng, có thể lắp đặt trên mọi phƣơng tiện khác nhau và có tầm gây nhiễu xa đến 130 km. Bộ thiết bị này đã đƣợc Iran sử dụng để gây nhiễu hệ thống GPS của máy bay trinh sát UAV RQ -170 hiện đại nhất của Mỹ và bắt sống chiếc máy bay này.
Camera hồng ngoại trong quân sự mục đích dùng để phát hiện tấn cơng hay truy tìm mục tiêu.
Hình 3.5: Camera hồng ngoại
Tia rada
Để dò thám quân địch, các ống nhịm có thể nhìn xun màn đêm các máy bay tàn hình có thể ẩn núp đƣợc khơng bị máy móc thiết bị của địch phát hiện.
Tia hồng ngoại
Trong quân sự đây cũng là một thiết bị rất quan trọng thƣờng dùng để vơ hiệu hóa hệ thống điện tử của đối phƣơng. Điều khiển từ xa còn đƣợc dùng để điểu khiển các phƣơng tiện quân sự (máy bay, xe tăng, tàu ngầm...) không ngƣời lái hoặc các thiết bị nổ.
Máy bay khơng ngƣời lái có nhiều tính năng ƣu việt cho các nhiệm vụ quân sự nhƣ Chuyển thuốc men, phƣơng tiện chở hàng...
Tên lửa không gây thƣơng vong : Loại tên lửa mới đã chứng tỏ khả năng phóng hàng loạt đợt sóng và tiêu diệt nhiều mục tiêu trong thử nghiệm đầu tiên
67 VRU611 - máy thu phát vơ tuyến điện sóng ngắn đơn biên quân dụng , đƣợc sử dụng để liên lạc khơng phải tìm kiếm và vi chỉnh trong dải tần số từ 30MHz đến 15,9999MHz.
Hình 3.6: Máy phát vơ tuyến điện (Ảnh minh họa)
Lựu đạn điện từ :dùng vũ khí điện từ khơng phải để tiêu diệt phƣơng tiện của ngƣời ngoài hành tinh mà để kích nổ các quả mìn và thiết bị nổ tự tạo
3. 5. Sóng điện từ ứng dụng trong giao thông 3.5.1 Camera bắn tốc độ
Nguyên lý của súng bắn tốc độ
Đây là công cụ hỗ trợ của lực lƣợng cảnh sát giao thơng và có "tầm ngắm" trong khoảng 300m. Hoạt động của súng dựa trên nguyên tắc phản xạ ánh sáng.\ Máy sẽ dựa trên vận tốc ánh sáng (tƣơng đƣơng 30cm/một nano-giây), tính tốn từ lúc phát đến lúc thu là bao lâu và suy ra khoảng cách.
68 Ở giai đoạn ―thô sơ‖, ngƣời ta đo khoảng cách từ máy đến vật bằng cách phát sóng laser. Khi tia này phản xạ lại vào bộ thu, máy sẽ dựa trên vận tốc ánh sáng (tƣơng đƣơng 30cm/một nano-giây), tính tốn từ lúc phát đến lúc thu là bao lâu và suy ra khoảng cách. Súng laser phóng ra một chùm rất ngắn tia laser sau đó đợi nó phản hồi lại từ chiếc xe. Súng sẽ tính tốn số nano-giây cần thiết để tia laser đó đi và về, rồi chia cho 2 để tính ra khoảng cách tới chiếc xe…
Ngày nay, loại súng chỉ hiển thị tốc độ ngƣời ta đã ít dùng, thay vào đó là súng có kèm máy ghi lại hình ảnh đối tƣợng bị bắn.
Lịch sử ra đời.
Hình 3.8. Camera bắn tốc độ năm 1905
Camera bắn tốc độ với kích thƣớc đồ sộ thời kỳ đầu.
Camera bắn tốc độ hay camera cƣỡng chế tốc độ ra đời từ năm 1905. Về cơ bản, nguyên tắc hoạt động của camera thời kỳ đầu cũng tƣơng tự nhƣ loại hiện đại. Camera sẽ chụp 2 bức ảnh của chiếc xe di chuyển từ điểm đầu đến điểm cuối trên khoảng đƣờng đã đo sẵn từ trƣớc.
Cách đó 60 năm, đã từng có nhiều hãng cố gắng phát triển một loại camera hữu dụng, trong đó đáng chú ý nhất là cơng ty Gatsometer BV của Hà Lan do tay đua đƣờng trƣờng Maurice Gatsonides đứng ra thành lập. Ban đầu, ông phát minh ra một loại camera bắn tốc độ chỉ vì mục đích cải thiện kỹ năng lái và điều khiển tốc độ khi ôm cua. Về sau, sản phẩm của ơng nhanh chóng trở thành hệ thống giám sát đƣờng tự động đầu tiên trên thế giới. Hiện nay, Gatsometer là nhà cung cấp các hệ thống camera bắn tốc độ lớn nhất thế giới. Đồng thời, đây cũng là hãng sản xuất loại rađa đầu tiên ứng dụng cho hệ thống giám sát giao thông đƣờng bộ.
69 Trở về chủ đề chính, loại camera bắn tốc độ đầu tiên bắt đầu đƣợc giới thiệu từ thập niên 1960. Sử dụng film để ghi lại hình ảnh, những chiếc camera thời kỳ đầu vẫn tiếp tục duy trì vị trí độc tôn cho đến tận thập niên 1990 khi ―đàn em‖ kỹ thuật số lộ diện.
Hiện nay, dựa trên chức năng, camera bắn tốc độ đƣợc chia thành 3 loại chính: di động, cố định và tầm trung. Nếu tính theo cơng nghệ ứng dụng, trên thị trƣờng sẽ có 3 loại camera bắn tốc độ là laser, truvelo và SPECS.
Camera bắn tốc độ di động.
Camera bắn tốc độ di động là thiết bị quen thuộc đối với ngành cảnh sát. Còn đƣợc gọi là ra-đa, camera bắn tốc độ di động sở hữu nhiều hình dạng và kích cỡ khác nhau, từ loại đặt trên phƣơng tiện giao thông, giá 3 chân, cầm tay đến ẩn giấu (thƣờng ở những vị trí mà bạn ít ngờ tới).
Loại camera này đi kèm với các thiết bị dị tìm tích hợp của riêng nó, cho phép ngƣời dùng ghi lại tốc độ của các phƣơng tiện một cách chính xác dù có chuyển động hay khơng. Bên cạnh đó, chúng cịn có thể xác định tốc độ ngay cả khi ngƣời sử dụng di chuyển hoặc đứng ngƣợc chiều với dịng giao thơng.
Camera bắn tốc độ di động ứng dụng công nghệ laser phát ra chùm tia sáng về phía phƣơng tiện đang chạy tới gần. Thời gian chùm tia phát hiện và ghi lại mục tiêu trong phạm vi hoạt động 800m là 0,3 đến 0,7 giây.
Sau đó, ra-đa sẽ chiếu chùm tia trƣớc đó với tần số và góc cụ thể ngang qua đƣờng. Khi chiếc xe chạy vào ―lãnh thổ‖ của nó, ra-đa sẽ phản chiếu khiến chùm tia thay đổi tần số do chuyển động tƣơng tác giữa ra-đa và phƣơng tiện. Mức độ tăng/giảm tần số phụ thuộc vào vận tốc di chuyển của chiếc xe.
Thêm nữa, camera bắn tốc độ di động có thể dị tìm hƣớng di chuyển chiếc xe mục tiêu. Tần số vẫn là cơng cụ chính: nếu nó tăng, tức là chiếc xe đang đến gần còn giảm đồng nghĩa với việc chiếc xe đang lùi ra khỏi vị trí của ngƣời sử dụng.
Để xác định vận tốc, camera bắn tốc độ di động phải phụ thuộc vào mức độ tăng/giảm của tần số. Do các chùm tia đƣợc chiếu theo một góc cố định (khoảng 20°) so với mặt đƣờng nên sự thay đổi tần số sẽ đƣa ra một con số thấp hơn vận tốc thực của mục tiêu. Ra-đa sẽ tính tốn góc xiên bằng lƣợng giác học rồi mới xác định vận tốc theo hƣớng di chuyển.
70
Hình 3.9. Camera bắn tốc độ cố định
Camera bắn tốc độ cố định có thể đƣợc gắn trên cột đèn, cầu vƣợt hoặc cầu giao với đƣờng bộ tại các thành phố lớn. Loại camera này phát hiện vận tốc của phƣơng tiện giao thơng nhờ cụm máy dị điện tử áp lực (những sợi dây nhỏ) nằm bên dƣới mặt đƣờng. Khi một chiếc xe chạy qua một trong các máy dị, tín hiệu điện tử sẽ kích hoạt camera. Nếu chạy với vận tốc lớn hơn giới hạn cho phép, chiếc xe sẽ bị chụp lại bằng máy ảnh số. Vận tốc đƣợc xác định dựa trên khoảng thời gian chiếc xe chạm đến sợi dây thứ hai.
Camera bắn tốc độ cố định sẽ ghi lại ngày giờ, địa điểm, hƣớng di chuyển, vận tốc, vận tốc giới hạn trên đoạn đƣờng đó (để so sánh) và làn đƣờng chiếc xe đang chạy. Camera cố định có thể phân biệt các làn đƣờng và xác định chiếc xe phạm lỗi trong dịng phƣơng tiện giao thơng. Đƣợc đặt theo góc nghiêng (ngang hoặc dọc), camera có thể đọc biển số xe dễ dàng dù bạn nấp đằng sau chiếc xe khác đi chăng nữa. Tại những đoạn có nhiều làn đƣờng, mỗi làn sẽ đƣợc trang bị một cụm máy dò áp lực và camera ống kính góc hẹp riêng biệt. Thêm vào đó, một chiếc camera ống kính góc rộng sẽ có nhiệm vụ quan sát tồn bộ các làn đƣờng cùng một lúc.
Camera bắn tốc độ tầm trung.
Còn đƣợc biết đến dƣới cái tên camera nhận diện biển số tự động (ANPR), camera bắn tốc độ tầm trung là thiết bị đơn giản nhất trong số 3 loại. Không ứng dụng laser, chùm tia, GPS hay các phát minh hiện đại khác, camera tầm trung đƣợc liệt vào hàng cổ điển với những phép tính đơn giản.
Nguyên tắc hoạt động của camera bắn tốc độ tầm trung khá dễ hiểu: biết khoảng cách từ điểm A đến điểm B cũng nhƣ thời gian khởi hành của chiếc xe đồng nghĩa với khả
71 năng xác định vận tốc trung bình giữa hai điểm. Sử dụng tia hồng ngoại và cơ sở dữ liệu của phƣơng tiện, hệ thống sẽ nhận diện chiếc xe qua biển số.
Ngoài hai cái tên kể trên, loại camera này còn đƣợc gọi là hệ thống camera cƣỡng chế tốc độ (SPECS) hoặc thiết bị chống vi phạm tốc độ (SSVD).
Tần số
Trong số 3 loại camera bắn tốc độ, SPECS đƣợc cho là hệ thống hoạt động hiệu quả cao nhất.
Đối với camera bắn tốc độ ứng dụng laser, có một dải tần số đƣợc thống nhất trên toàn thế giới. Bắt đầu từ năm 1960, dải tần mang tên X band (10.525 Ghz +/- 50 Mhz and 24.150 Ghz+/- 100 Mhz) đã đƣợc dùng để ―bẫy‖ các phƣơng tiện giao thông. Hiện nay, dù đã đánh mất vai trò nhƣng X band vẫn đƣợc ứng dụng cho loại cửa điện tự động (tuy nhiên, cụm máy dị ra-đa vẫn có thể thu tín hiệu và gửi thơng số khơng chính xác).
Trong thập niên 1970, dải tần số thấp hơn mang tên K band (24.150 Ghz+/-100Mhz and 24.050-24.250 Ghz) ―xuất đầu lộ diện‖ trong khi tại châu Âu Ka band (33.4GHz- 36GHz. +/- 100Mhz) vẫn còn đƣợc áp dụng cho đến những năm 1980. ―Thành viên‖ cuối cùng tham gia vào dải tần là Ku band (0.70 – 12.75 GHz. +/- 100Mhz).
Loại camera nào tốt hoặc tệ nhất?
Thật khó để khẳng định loại camera nào trong số 3 cái tên kể trên là tốt hoặc tệ nhất. Nhìn chung, cả 3 đều hoạt động hiệu quả trong lĩnh vực riêng của mình. Tuy nhiên, nếu nhìn nhận một cách khách quan thì SPECS xứng đáng là hệ thống tốt nhất.Ƣu điểm đầu tiên là ít sử dụng cơng nghệ cao nên tránh đƣợc các bộ phận phức tạp (máy dò ra-đa, bộ gây nhiễu…) Thứ hai, SPECS khơng gây tranh cãi vì nó tính tốn vận tốc trung bình của 1 chiếc xe trong khoảng cách dài thay vì đo đạc tại một điểm cố định. Do đó, việc cố gắng đi chậm lúc gần đến camera SPECS rồi mới tăng tốc trở lại vẫn không giúp bạn tránh khỏi bị phạt đâu nhé.
3.5.2. Tàu đệm từ a) Khái niệm:
Tàu điệm từ là một phƣơng tiện chuyên chở đƣợc nâng lên, dẫn lái và đẩy tới bởi lực từ hoặc lực điện từ. Phƣơng pháp này có thể nhanh và tiện nghi hơn các loại phƣơng tiện công cộng sử dụng bánh xe, do giảm ma sát và loại bỏ các cấu trúc cơ khí. Tàu đệm từ có thể đạt đến tốc độ ngang với máy bay sử dụng động cơ cánh quát hay phản lực; tức là tới khoảng 500-580km/h. Tàu điệm từ đã đƣợc sử dụng trong thƣơng mại từ năm 1984.
72 Ngun lí vận hành của nó khá đơn giản, vận dụng tính chất hút – đẩy từ tính (đồng tính đẩy nhau, dị tính hút nhau), làm cho tàu lƣớt trên không theo hƣớng nhất định nhờ sự vận chuyển điện cơ tuyến tính.
Các nam châm tự kéo đồn tầu về phía cuộn dây tỉnh, đạt phía trƣớc trên đƣờng dẫn. Lại có một hệ thống từ phụ nâng tàu cách cuộn dây tỉnh 10mm. Nam chân dẫn có cả cả ở hai bên sƣờn tàu và đảm bảo cho tầu bám sát đƣờng tàu. Do khơng có ma sát với đƣờng rây, tàu đệm từ có thể chạy nhaanh gấp đơi tàu hỏa thông thƣờng.
Hình 3.10: Cơ chế nâng tàu lên bằng lực từ và Cơ chế đẩy tàu đi bằng lực từ
Hiện tại trên thế giới có hai hƣớng phát triển tàu lƣớt đệm từ.
Hƣớng thứ nhất gọi là thường đại hình mà Đức là đại biểu: lợi dụng lực hút điện từ thong thƣờng theo đƣờng thẳng mà nâng tàu lên khơng. Loại tàu này có khoảng cách trên không nhỏ, thƣờng là khoảng 10mm, tốc độ 400-500km/h. Hƣớng thƣ hai gọi là siêu đạo hình mà Nhật Bản là đại biểu: Tạo ra lực đẩy cực mạnh nâng tàu lên khơng. Loại tàu này có khoảng cách trên khơng lớn, khoảng 100mm, tốc dộ đạt đến trên 500km/h. Hiện Nhật, Đức , Pháp, Hàn Quốc, Nga, Trung Quốc đều đã nghiên cứu chế tạo thành công tàu lƣớt đệm từ.
c) Tiện ích:
Các tàu truyền thống của đƣờng sắt ngày nay thƣờng chạy với tốc độ 100-150km/h phổ biến khắp nơi. Các tàu tốc độ cao đạt tới 200-300km/h. Việc nghiên cứu thực tiển cho thấy tốc độ tối ƣu của tàu siêu tốc dối với tàu truyền thống là 300km/h.
Tàu đệm từ chỉ cần 1/3 năng lƣợng mà xe buýt tiêu tốn, hoặc 1/5 năng lƣợng máy bay cần đến trong điều kiện tƣơng tự.Đó là nhờ khối lƣợng nhẹ, lực cản do ma sát thấp và các ứng dụng thiết bị điện tự hiện đại.
Quả thật, đây là sự kết hợp hồn hảo giữa các tính năng ƣu việt của các loại phƣơng tiện giao thong: tốc độ, tiết kiệm năng lƣợng, ổn định, an tồn, ít ơ nhiễm, dễ bảo trì, vì thế tàu lƣớt đệm từ có sức hấp dẫn rất lớn trong tình hình thiếu nhiên liệu, ơ nhiễm mơi trƣờng trầm trọng nhƣ hiện nay.
73 Mơ hình tàu cao tốc đang đƣợc ứng dụng và mở rộng do tính tiện lợi và ƣu thế so với máy bay trong việc lƣu thong giữa các thành phố, giữa các nƣớc lân cận dƣới 1000km. Sau Pháp, Nhật Bản, Đức, Tây Ban Nha và Hàn Quốc, nhiều nƣớc khác cũng đang tiến hành xây dựng nhiều hệ thống tàu điện tốc hành.
* Tàu tốc hành ở Đài Loan:
Hình 3.11: Tàu điện cao tốc Đài Loan
* Eurostar ở Anh-Pháp:
Đây là TGV Pháp đƣợc thiết kế đặc biệt chạy trên đất liền lẫn trong đƣờng hầm dƣới lòng biển Manche ( gọi là Chennel Tunnel, tawys là Chunnel) nối Paris ( nhà ga Gare du Nord) với Anh ( nhà ga Waterloo International) và Bỉ.