《流浪地球2》劇照。電影片方供圖

　　在熱映的科幻電影《流浪地球2》中，人類利用相控陣技術引爆了月球。相控陣是什麼技術，為什麼能拿來炸月球？

　　相控陣技術一般應用在天線領域，比如航天領域的各種雷達天線。而雷達天線，通常又可以分為兩大類：一類是像鍋一樣的反射面天線，這也是人們對雷達天線的一般印象﹔另一類就是相控陣天線。這種天線的外形通常是一個扁扁的長方體，有點像“切菜板”。

　　鍋一樣的反射面天線，隻發射一束電磁波，搜索目標時需要靠自身轉動，才能實現波束掃描，看起來就像“扭脖子”一樣四處轉動﹔而相控陣天線，是很多天線單元排成陣列，通過控制單元發射（接收）電磁波的相位，來控制波束掃描方向的變化，不扭動脖子也能實現一定角度內的波束掃描。

　　如果將電磁波比作水波紋，那麼相控陣天線的單元，就像是扔進水面的石頭。控制不同石頭扔進水裡的時間和位置，所產生的不同水波紋可以實現波峰疊加。同理，根據電磁波的干涉，相控陣天線單元發射的電磁波，也可以實現波峰的疊加，在特定方向形成波束，實現更遠的搜索范圍。

　　《流浪地球2》裡使用相控陣技術控制核爆，正是利用了這個原理。把相控陣天線裡每個單元換成核彈，形成圓形排列，讓核彈從外圈到內圈依次引爆。爆炸產生的沖擊波，也有類似電磁波的傳播機理，經過精密計算，設定不同時間間隔的爆炸延遲，所有核彈爆炸的沖擊波能量疊加到中心位置，瞬間產生超高溫，實現氦3核聚變。

　　如此一來，相控陣技術，就實現了引爆月球的設想！

　　雖然這是科幻電影裡的劇情，但實際上，相控陣技術離我們並不遙遠。比如大家習以為常的天氣預報，氣象局是怎麼提前知道天氣信息的呢？這裡面就有相控陣技術的功勞。採用相控陣技術的氣象雷達，快速對大氣進行掃描，並從空氣中的水粒子等對象的反射信息中，獲取天氣的信息——實時的風速、風向，天上這片雲會不會下雪等。再結合其他探測裝備的信息，氣象人員就能夠快速精准對天氣進行監測和預報。雖然“不知天上宮闕，今夕是何年。”卻可預知未來的“雨疏風驟”。

　　地質災害發生時，常伴隨著惡劣天氣，這時光學設備無法正常觀測，為了更加准確地評估受災情況，相關單位就可以利用相控陣技術高分辨成像雷達，對災區進行全天時全天候監測工作，為救災工作提供第一手的資料。

　　在5G時代網上沖浪的我們，其實也在享受著相控陣技術帶來的便捷。在各種報道中常常聽到的MIMO天線，正是利用相控陣技術，在同一時間將單元的能量分給多個用戶，像一棵樹那樣通過不同的樹枝分叉同時輸送能量，從而提高傳輸距離和信息吞吐量。極窄的波束，可以用更強的信號更加精准地服務，給我們提供了更好的上網體驗。

　　相控陣技術還應用於航空領域。隨著航空業的繁榮發展，航空飛行器逐漸增多，相控陣天線可以快速分析出飛機的位置，全方位掌握飛行動態，防止發生空中交通事故。

　　隨著我們科技創新的腳步越走越快，會有越來越多看似“科幻”的黑科技逐漸成為現實，我們不妨打開腦洞，大膽設想，畢竟你們負責幻想，我們可以負責實現。

　　（程慧 麗璇   作者系中國航天科工二院23所設計師）

分享讓更多人看到