二刷《決戰中途島》:你看到了戰爭的殘酷,我看到了一部電子通信技術百年史
原標題:二刷《決戰中途島》:你看到了戰爭的殘酷,我看到了一部電子通信技術百年史

摘要:中途島海戰時,美國的海軍力量和經驗都比日本弱小,之所以大獲全勝,很大程度是強大的電子信息科技彌補了戰力的不足。

二刷《決戰中途島》:你看到了戰爭的殘酷,我看到了一部電子通信技術百年史

二刷《決戰中途島》(Midway),不僅看到了戰爭的殘酷,還看到一部電子通信技術百年史。

中途島海戰時,美國的海軍力量和經驗都比日本弱小,之所以大獲全勝,很大程度是強大的電子信息科技彌補了戰力的不足。那時,美軍飛機已經實現在空中進行語音呼叫。相比日本,除了電子管之外,美國在喉麥和天線兩項技術上領先。男主貝斯特就是通過這樣的語音通信方式,成功轟炸了第三艘航母“赤城”號。美軍在航母上還裝備了雷達,日軍飛機來臨的時候,可以提前預警,戰斗機進行攔截……

電子管的發明,使得電子產業爆炸式發展

二戰的武器裝備升級,要追溯到電子管的發明。這里有個關鍵性人物——德福雷斯特。

1896年,意大利人馬可尼在英國做無線電通信裝置的演示試驗,首次獲得了這項發明的專利權。他采用的是火花式技術,機器非常龐大,性能受限。當時他聘請英國物理學家弗萊明為顧問。1904年,世界上第一只電子二極管在弗萊明的手下誕生了。

1899年秋,輪到德福雷斯特上場,他在讀博士研究生的時候,見過馬可尼,被告知目前的“金屬屑檢波器”靈敏度差,影響收發效果。1906年,他在弗萊明二極管的燈絲和板極之間巧妙地加了一個柵板,發明了第一只真空電子三極管。現在看來,電子三極管的發明堪稱電子工業真正的誕生起點。

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《硅谷百年史》講到:100年前,硅谷幾乎是偶然進入到電子業的。山高皇帝遠,沒有無線電管制,舊金山灣區有了大量的業余電臺和無線電愛好者。1907年,這里有了第一個無線電報協會。

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1909年,斯坦福大學校友西里爾·愛爾威爾在Palo Alto創辦了Poulsen無線電話和電報公司,后來改名聯邦電報公司(FTC),最初采用的是丹麥工程師瓦爾德馬發明的電弧技術,比馬可尼最初用的技術要好。

1910年,德福雷斯特為了躲官司,來到舊金山灣區尋找出路,希望搞搞廣播業務。

他很快找到了機會,聯邦電報公司聘用了德福雷斯特,并逐步采用了真空管技術。1912年,FTC贏得了無線電通信的最大用戶——美國海軍的合同,并成為硅谷地區第一家成功的初創公司。灣區建立了無線電發射塔,有130米高的世界最高天線。

1914年,一戰爆發,發燒友和小公司的技術成為了戰略性產業,美國海軍在全世界建立了無線通信站。軍隊的需求成為硅谷電子技術進步的巨大助推力。

真空管迅速發展了起來,可以放大微弱信號,并集檢波、放大和振蕩三種功能于一體。廣播電臺和收音機、留聲機、電影、電臺、雷達、無線電對講、彈道控制乃至于計算機都迅速發展起來。

德福雷斯特成功把他的真空三極管等專利出售給了美國電話電報公司AT&T。1915年,AT&T利用該技術成功架設了第一條橫貫美國東西兩岸的電話線路,從此壟斷美國長途電話,獲得巨額盈利后對基礎科學大力投資。1947年,AT&T旗下的貝爾實驗室在此基礎上研發出了體積更小、功耗更低的晶體管。

德福雷斯特曾說:“我發現了一個看不見的空中帝國”。此話不假。

密碼戰,揭開了人工智能的序幕

1941年12月8 日,日軍偷襲珍珠港。當時中國的密碼專家遲步洲根據日本的電文信息分析出,日軍可能在周末空襲珍珠港,但未獲得美方重視。

可是僅僅過了半年,美軍就意識到嚴重性。

原來,1942年1月,日本一艘潛艇在澳大利亞被美軍俘獲。美軍得到了寶貴的密碼本,因此,密碼專家們可以讀懂一部分日軍電文,并通過分析準確獲知日軍將進攻中途島的情報。這些密碼專家中最有名的就是喜歡穿睡衣的天才怪咖羅徹福特,令人惋惜的是,直到去世十年后,羅徹福特才終于獲得了自己的榮譽——海軍杰出服役獎。

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中途島戰役發動之后,日軍才全部改變密碼。在戰爭進行中,美軍對日本航向的動向并不怎么了解。英雄男主的高空俯沖轟炸機,是跟蹤獵殺美軍潛艇“鸚鵡螺號”未果的日本驅逐艦,才找到日軍航空母艦的。

應該說,二戰的軸心國里,德國的密碼水平高過日本。其恩尼格碼密碼機不斷在升級。德軍密碼機每次升級,都給同盟國破解密碼帶來了很大的困難。

道高一尺,魔高一丈,比德軍更厲害的是圖靈,他發明了名為炸彈的計算裝置,后來發展為“巨人colossus”,采用了多達1500個真空管,可以成功破譯德軍的密碼。這個故事,在電影《模仿游戲》中都有。

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圖注:模仿游戲劇照,圖靈背影和他的計算機

圖靈曾就讀的劍橋大學一幫人矢志不渝,搞了一個公司叫ARM。大家現在人手一部的手機,都用的是ARM架構的處理器。

圖靈也因為戰后的一系列關于AI創造性的設想,以及1950年發表的論文《機器能思考嗎?》,被稱為“人工智能之父”。這是后話。

無線語音通信技術崛起

戰前,可以采用莫爾斯碼發送電文的電臺,已經在全球廣泛使用。但是操作起來比較復雜,需要有專門的通信兵。

而無線語音通話,卻才剛剛發展起來。中途島戰役期間,美軍飛機已經實現了清晰的語音通話,可以在空中進行語音呼叫。

相比日本,除了電子管之外,美國還有兩個技術領先。一是喉麥(喉部通話器),采集的是咽喉發聲系統的顫震,而不是經空氣傳送的聲波,外部雜音小很多。二是天線,增益更高。

男主貝斯特就是通過這樣的語音通信方式,帶了兩架轟炸機(埃德溫·科勒格爾少尉和弗雷德里克·韋伯少尉),結果只有貝斯特的炸彈精確命中并成功轟炸了第三艘航母“赤城”號。

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圖注:劇照,貝斯特帶有耳機和喉麥

不過,當時的技術還不是很成熟。中途島戰役期間,美軍的戰斗機就不止一次跟丟了本應護航的魚雷機,美軍“蹂躪者”魚雷轟炸機飽受了日軍零式飛機的“蹂躪”,尤金·林賽少校絕望的最后一幕讓人心碎。當然,正是低空飛行的魚雷機吸引了日軍的注意,使得高空轟炸機乘虛而入。

日軍當時在飛機上也有了語音通信設備,但是聲音效果不好,據說很多飛行員嫌設備礙事將之拆除了。日軍的偵察機上還配置了可以拍發電文(通過莫爾斯碼)的電臺。因為屢屢延誤,有架偵察機的通信設備還出現了故障,發現并通報美軍艦艇出現了致命的延誤。

通信設備在二戰期間獲得空前的重視。據說美軍每輛坦克安裝的通信設備費用高達5000美元,每架重型轟炸機上配置的通信設備價值5萬美元。

二戰中,摩托羅拉生產的步話機與背負式電臺很有名。在當年,語音都是采用模擬技術產生的呼叫,沒有辦法象莫爾斯碼那樣去加密。語音呼叫傳播距離近,而且交戰另一方其實也可能聽到。怎么破?美軍想到了一個聰明辦法,就是把29名印第安納霍族人受訓成為通信兵,用日軍聽不懂的方言交流。

其實,二戰期間已經有跳頻技術,這可以更好地實現語音的秘密通信,不容易被對手監聽到。但這個技術在二戰中被擱置,卻在冷戰期間得到了應用。

冷戰后,技術解密。該技術演變為擴展頻譜技術,取了個叫CDMA的名字,成就了一家著名的公司——高通。

我們熟悉的大哥大、2G、3G、4G、5G技術正是一步步從最二戰中最原始的無線呼叫發展而來的。

雷達技術迅速發展

雷達的發展主要是軍事需要,已經很難去追溯到底誰最先發明的。

因為一戰的原因,歐洲發展較快。而電子真空管的發明,明顯助推了雷達發展。

1941年12月,日軍飛機攻擊珍珠港的時候,美軍部署在瓦胡島上的地基長波雷達站已經提前發現了日軍的轟戰機群,但因為種種原因沒有引起重視。

半年后的中途島戰役期間, 中途島的雷達系統發現了即將入侵的日軍戰機,并立即派出了島上的很多陸基飛機前去迎擊。這使得日軍一直在猶豫要不要第二次轟炸中途島,從而耽誤了時間。

美軍在航母上也裝備了雷達,日軍飛機來臨的時候,可以提前預警,戰斗機進行攔截。

日本當時其實已經在研究雷達,但是在應用上晚了一拍。杜立特的轟炸機大隊攻入日本本土,日本也沒有預警。

日軍航母上沒有雷達,當美軍的大批高空轟炸機借云層的掩護出現在上空時,日軍是通過望遠鏡才發現的,而這顯然已經晚了。

反潛技術,也是和雷達密切相關的,在軍艦和反潛飛機上可以安裝,通過雷達和聲吶技術,可以發現潛艇。

日軍沒有裝備雷達,中途島戰役電影里,可以看到鸚鵡螺號大模大樣地混到了日本航母編隊之中發射魚雷,可惜魚雷失效了。

中國電子產業在二戰期間發源

當年的國民政府,也參與了電子信息領域的博弈。1943年,遲步洲又破譯了山本五十六出行密電,為太平洋戰爭做出了貢獻。

剛剛從交大畢業的單宗肅于1935年夏來到南京,在原國民政府資源委員會設立的電氣研究室里工作,經過一年多時間,用進口的材料,組裝成功了30型直熱式放大電子管。中央電工器材廠在湖南湘潭建立,抗戰后先后搬遷到桂林、昆明和重慶(二廠)等地。中央電工器材廠制造的15W電臺,據說用在了飛虎隊的飛機里。國民政府因為單宗肅的卓越貢獻,嘉獎了他。

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1949年6月,南京剛解放不久,單宗肅從美國深造回來,籌建新中國第一個電子管廠,并帶領7名電工開始研制電子管。當年12月開發了866A型真空電子管,這也是新中國第一個電子管。

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曾有人這么描述過:沒有鐵皮,單宗肅找來了舊臉盆;水壓不夠,單宗肅買來一只舊鐵桶,把桶加高十幾米打水加壓;沒有煤氣,他買來一只舊汽油桶,用壓縮空氣翻出氣泡,制成汽油氣,代替煤氣使用;沒有壓絲機,他找來一臺牙科醫生鑲金牙壓金子用的小壓力機替代。

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1951年初,南京電工廠(后更名為南京電子管廠,也就是772廠))成立,華東工業部正式任命單宗肅為廠長兼總工程師。51年初,他研究出了用于移動報話機的2E22型電子管。

中央電工器材廠在抗戰后遷移到南京,成為了大名鼎鼎的714廠(南京無線電廠)。51-52年,和天津無線電廠分頭開發出了可以語音對話的報話機和步談機,并在朝鮮戰爭中得到了應用。上面提到的2E22型電子管得到了應用。

《攀登者》制片方上海電影制片廠里還有多臺上個世紀的無線電通信設備。陳小兵先生鄭重地介紹:這是在實戰中用過的機器!

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圖注:上海電影制片廠收藏的無線電臺

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圖注:上海電影制片廠收藏的背負式對講機,有經典的輻射狀天線

1952年,南京電子管廠研究出了五燈收音機使用的電子管。1952年底,南京無線電廠率先生產出了走入千家萬戶的“紅星牌”五燈收音機,就是用這個電子管做的。至此,中國結束了依靠國外元器件裝配收音機的歷史,揭開了自主制造的新的一頁。今天名氣很大的京東方,就源自56年建立的北京電子管廠(774廠),當時是亞洲最大的電子管廠。

另一個人物是吳祖塏院士,他曾主持和參與了中國第一只日光燈、第一只黑白顯像管、第一只彩色顯像管等研發與生產,是中國電子束管之父。

抗戰期間,他也曾經在中央電工器材廠工作并曾擔任二廠(電子管廠)廠長,后去美國深造。1948年春,吳祖塏歸國后,國民政府資源委員會任命他為中央電工廠器材總公司轄下南京電照廠正工程師兼副廠長。建國后,吳祖塏曾擔任南京電照廠(741廠)廠長。741廠后來改名叫華東電子管廠,地點也在南京。

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欄目主編:王海燕

文字編輯:王海燕

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