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二刷《决战中途岛》:你看到了战争的残酷,我看到了一部电子通信技术百年史

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二刷《决战中途岛》(Midway),不仅看到了战争的残酷,还看到一部电子通信技术百年史。

中途岛海战时,美国的海军力量和经验都比日本弱小,之所以大获全胜,很大程度是强大的电子信息科技弥补了战力的不足。那时,美军飞机已经实现在空中进行语音呼叫。相比日本,除了电子管之外,美国在喉麦和天线两项技术上领先。男主贝斯特就是通过这样的语音通信方式,成功轰炸了第三艘航母 " 赤城 " 号。美军在航母上还装备了雷达,日军飞机来临的时候,可以提前预警,战斗机进行拦截……

电子管的发明,使得电子产业爆炸式发展

二战的武器装备升级,要追溯到电子管的发明。这里有个关键性人物——德福雷斯特。

1896 年,意大利人马可尼在英国做无线电通信装置的演示试验,首次获得了这项发明的专利权。他采用的是火花式技术,机器非常庞大,性能受限。当时他聘请英国物理学家弗莱明为顾问。1904 年,世界上第一只电子二极管在弗莱明的手下诞生了。

1899 年秋,轮到德福雷斯特上场,他在读博士研究生的时候,见过马可尼,被告知目前的 " 金属屑检波器 " 灵敏度差,影响收发效果。1906 年,他在弗莱明二极管的灯丝和板极之间巧妙地加了一个栅板,发明了第一只真空电子三极管。现在看来,电子三极管的发明堪称电子工业真正的诞生起点。

《硅谷百年史》讲到:100 年前,硅谷几乎是偶然进入到电子业的。山高皇帝远,没有无线电管制,旧金山湾区有了大量的业余电台和无线电爱好者。1907 年,这里有了第一个无线电报协会。

1909 年,斯坦福大学校友西里尔 · 爱尔威尔在 Palo Alto 创办了 Poulsen 无线电话和电报公司,后来改名联邦电报公司(FTC),最初采用的是丹麦工程师瓦尔德马发明的电弧技术,比马可尼最初用的技术要好。

1910 年,德福雷斯特为了躲官司,来到旧金山湾区寻找出路,希望搞搞广播业务。

他很快找到了机会,联邦电报公司聘用了德福雷斯特,并逐步采用了真空管技术。1912 年,FTC 赢得了无线电通信的最大用户——美国海军的合同,并成为硅谷地区第一家成功的初创公司。湾区建立了无线电发射塔,有 130 米高的世界最高天线。

1914 年,一战爆发,发烧友和小公司的技术成为了战略性产业,美国海军在全世界建立了无线通信站。军队的需求成为硅谷电子技术进步的巨大助推力。

真空管迅速发展了起来,可以放大微弱信号,并集检波、放大和振荡三种功能于一体。广播电台和收音机、留声机、电影、电台、雷达、无线电对讲、弹道控制乃至于计算机都迅速发展起来。

德福雷斯特成功把他的真空三极管等专利出售给了美国电话电报公司 AT&T。1915 年,AT&T 利用该技术成功架设了第一条横贯美国东西两岸的电话线路,从此垄断美国长途电话,获得巨额盈利后对基础科学大力投资。1947 年,AT&T 旗下的贝尔实验室在此基础上研发出了体积更小、功耗更低的晶体管。

德福雷斯特曾说:" 我发现了一个看不见的空中帝国 "。此话不假。

密码战,揭开了人工智能的序幕

1941 年 12 月 8 日,日军偷袭珍珠港。当时中国的密码专家迟步洲根据日本的电文信息分析出,日军可能在周末空袭珍珠港,但未获得美方重视。

可是仅仅过了半年,美军就意识到严重性。

原来,1942 年 1 月,日本一艘潜艇在澳大利亚被美军俘获。美军得到了宝贵的密码本,因此,密码专家们可以读懂一部分日军电文,并通过分析准确获知日军将进攻中途岛的情报。这些密码专家中最有名的就是喜欢穿睡衣的天才怪咖罗彻福特,令人惋惜的是,直到去世十年后,罗彻福特才终于获得了自己的荣誉——海军杰出服役奖。

中途岛战役发动之后,日军才全部改变密码。在战争进行中,美军对日本航向的动向并不怎么了解。英雄男主的高空俯冲轰炸机,是跟踪猎杀美军潜艇 " 鹦鹉螺号 " 未果的日本驱逐舰,才找到日军航空母舰的。

应该说,二战的轴心国里,德国的密码水平高过日本。其恩尼格码密码机不断在升级。德军密码机每次升级,都给同盟国破解密码带来了很大的困难。

道高一尺,魔高一丈,比德军更厉害的是图灵,他发明了名为炸弹的计算装置,后来发展为 " 巨人 colossus",采用了多达 1500 个真空管,可以成功破译德军的密码。这个故事,在电影《模仿游戏》中都有。

图注:模仿游戏剧照,图灵背影和他的计算机

图灵曾就读的剑桥大学一帮人矢志不渝,搞了一个公司叫 ARM。大家现在人手一部的手机,都用的是 ARM 架构的处理器。

图灵也因为战后的一系列关于 AI 创造性的设想,以及 1950 年发表的论文《机器能思考吗?》,被称为 " 人工智能之父 "。这是后话。

无线语音通信技术崛起

战前,可以采用莫尔斯码发送电文的电台,已经在全球广泛使用。但是操作起来比较复杂,需要有专门的通信兵。

而无线语音通话,却才刚刚发展起来。中途岛战役期间,美军飞机已经实现了清晰的语音通话,可以在空中进行语音呼叫。

相比日本,除了电子管之外,美国还有两个技术领先。一是喉麦(喉部通话器),采集的是咽喉发声系统的颤震,而不是经空气传送的声波,外部杂音小很多。二是天线,增益更高。

男主贝斯特就是通过这样的语音通信方式,带了两架轰炸机(埃德温 · 科勒格尔少尉和弗雷德里克 · 韦伯少尉),结果只有贝斯特的炸弹精确命中并成功轰炸了第三艘航母 " 赤城 " 号。

图注:剧照,贝斯特带有耳机和喉麦

不过,当时的技术还不是很成熟。中途岛战役期间,美军的战斗机就不止一次跟丢了本应护航的鱼雷机,美军 " 蹂躏者 " 鱼雷轰炸机饱受了日军零式飞机的 " 蹂躏 ",尤金 · 林赛少校绝望的最后一幕让人心碎。当然,正是低空飞行的鱼雷机吸引了日军的注意,使得高空轰炸机乘虚而入。

日军当时在飞机上也有了语音通信设备,但是声音效果不好,据说很多飞行员嫌设备碍事将之拆除了。日军的侦察机上还配置了可以拍发电文(通过莫尔斯码)的电台。因为屡屡延误,有架侦察机的通信设备还出现了故障,发现并通报美军舰艇出现了致命的延误。

通信设备在二战期间获得空前的重视。据说美军每辆坦克安装的通信设备费用高达 5000 美元,每架重型轰炸机上配置的通信设备价值 5 万美元。

二战中,摩托罗拉生产的步话机与背负式电台很有名。在当年,语音都是采用模拟技术产生的呼叫,没有办法象莫尔斯码那样去加密。语音呼叫传播距离近,而且交战另一方其实也可能听到。怎么破?美军想到了一个聪明办法,就是把 29 名印第安纳霍族人受训成为通信兵,用日军听不懂的方言交流。

其实,二战期间已经有跳频技术,这可以更好地实现语音的秘密通信,不容易被对手监听到。但这个技术在二战中被搁置,却在冷战期间得到了应用。

冷战后,技术解密。该技术演变为扩展频谱技术,取了个叫 CDMA 的名字,成就了一家著名的公司——高通。

我们熟悉的大哥大、2G、3G、4G、5G 技术正是一步步从最二战中最原始的无线呼叫发展而来的。

雷达技术迅速发展

雷达的发展主要是军事需要,已经很难去追溯到底谁最先发明的。

因为一战的原因,欧洲发展较快。而电子真空管的发明,明显助推了雷达发展。

1941 年 12 月,日军飞机攻击珍珠港的时候,美军部署在瓦胡岛上的地基长波雷达站已经提前发现了日军的轰战机群,但因为种种原因没有引起重视。

半年后的中途岛战役期间, 中途岛的雷达系统发现了即将入侵的日军战机 , 并立即派出了岛上的很多陆基飞机前去迎击。这使得日军一直在犹豫要不要第二次轰炸中途岛,从而耽误了时间。

美军在航母上也装备了雷达,日军飞机来临的时候,可以提前预警,战斗机进行拦截。

日本当时其实已经在研究雷达,但是在应用上晚了一拍。杜立特的轰炸机大队攻入日本本土,日本也没有预警。

日军航母上没有雷达,当美军的大批高空轰炸机借云层的掩护出现在上空时,日军是通过望远镜才发现的,而这显然已经晚了。

反潜技术,也是和雷达密切相关的,在军舰和反潜飞机上可以安装,通过雷达和声呐技术,可以发现潜艇。

日军没有装备雷达,中途岛战役电影里,可以看到鹦鹉螺号大模大样地混到了日本航母编队之中发射鱼雷,可惜鱼雷失效了。

中国电子产业在二战期间发源

当年的国民政府,也参与了电子信息领域的博弈。1943 年,迟步洲又破译了山本五十六出行密电,为太平洋战争做出了贡献。

刚刚从交大毕业的单宗肃于 1935 年夏来到南京,在原国民政府资源委员会设立的电气研究室里工作,经过一年多时间,用进口的材料,组装成功了 30 型直热式放大电子管。中央电工器材厂在湖南湘潭建立,抗战后先后搬迁到桂林、昆明和重庆(二厂)等地。中央电工器材厂制造的 15W 电台,据说用在了飞虎队的飞机里。国民政府因为单宗肃的卓越贡献,嘉奖了他。

1949 年 6 月,南京刚解放不久,单宗肃从美国深造回来,筹建新中国第一个电子管厂,并带领 7 名电工开始研制电子管。当年 12 月开发了 866A 型真空电子管,这也是新中国第一个电子管。

曾有人这么描述过:没有铁皮,单宗肃找来了旧脸盆;水压不够,单宗肃买来一只旧铁桶,把桶加高十几米打水加压;没有煤气,他买来一只旧汽油桶,用压缩空气翻出气泡,制成汽油气,代替煤气使用;没有压丝机,他找来一台牙科医生镶金牙压金子用的小压力机替代。

1951 年初,南京电工厂(后更名为南京电子管厂,也就是 772 厂))成立,华东工业部正式任命单宗肃为厂长兼总工程师。51 年初,他研究出了用于移动报话机的 2E22 型电子管。

中央电工器材厂在抗战后迁移到南京,成为了大名鼎鼎的 714 厂(南京无线电厂)。51-52 年,和天津无线电厂分头开发出了可以语音对话的报话机和步谈机,并在朝鲜战争中得到了应用。上面提到的 2E22 型电子管得到了应用。

《攀登者》制片方上海电影制片厂里还有多台上个世纪的无线电通信设备。陈小兵先生郑重地介绍:这是在实战中用过的机器!

图注:上海电影制片厂收藏的无线电台

图注:上海电影制片厂收藏的背负式对讲机,有经典的辐射状天线

1952 年,南京电子管厂研究出了五灯收音机使用的电子管。1952 年底,南京无线电厂率先生产出了走入千家万户的 " 红星牌 " 五灯收音机,就是用这个电子管做的。至此,中国结束了依靠国外元器件装配收音机的历史,揭开了自主制造的新的一页。今天名气很大的京东方,就源自 56 年建立的北京电子管厂(774 厂),当时是亚洲最大的电子管厂。

另一个人物是吴祖垲院士,他曾主持和参与了中国第一只日光灯、第一只黑白显像管、第一只彩色显像管等研发与生产,是中国电子束管之父。

抗战期间,他也曾经在中央电工器材厂工作并曾担任二厂(电子管厂)厂长,后去美国深造。1948 年春,吴祖垲归国后,国民政府资源委员会任命他为中央电工厂器材总公司辖下南京电照厂正工程师兼副厂长。建国后,吴祖垲曾担任南京电照厂(741 厂)厂长。741 厂后来改名叫华东电子管厂,地点也在南京。

栏目主编:王海燕 本文作者:戴辉 文字编辑:王海燕

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