高考橫空出世的防作弊神器“磁彈槍”，到底如何“出槍”？

今年高考，在濟(jì)南中學(xué)考點(diǎn)，一種新型防作弊黑科技橫空出世：

它被賦予了一個(gè)閃亮的名字：磁彈槍！

據(jù)報(bào)道，該磁彈槍可以狙擊黑飛無(wú)人機(jī)，用以保障高考公平。

01

神奇的磁彈槍

小編發(fā)現(xiàn)，網(wǎng)友們都十分好奇這種磁彈槍到底是如何使用的：

小編也很好奇！

在網(wǎng)上一查，小編發(fā)現(xiàn)有不少網(wǎng)友認(rèn)為，這里使用的磁彈槍，是利用電磁場(chǎng)發(fā)射磁彈，從而擊中無(wú)人機(jī)。

乍一看，似乎很符合磁彈槍的名字，但細(xì)想之下，感覺(jué)...有點(diǎn)點(diǎn)不對(duì)勁？

首先，上面描述的其實(shí)更接近于電磁炮，一種通過(guò)電磁力讓射彈獲得極高動(dòng)能的武器，它的工作原理并不難理解，與電磁相互作用有關(guān)--這可是高中物理就學(xué)過(guò)的，是不是很簡(jiǎn)單！

電磁炮根據(jù)結(jié)構(gòu)的不同，可以分為磁道炮、線圈炮和重接炮，我們就用較為常見(jiàn)的磁道炮來(lái)舉個(gè)例子：

磁道炮簡(jiǎn)單示意圖

如圖所示，兩根平行金屬形成導(dǎo)軌，將導(dǎo)電的彈丸橫插入導(dǎo)軌之間，通電后電流由正極經(jīng)過(guò)彈丸回到負(fù)極，根據(jù)右手螺旋定律，會(huì)形成圖中所示的由下向上的磁場(chǎng)，彈丸在磁場(chǎng)中受到洛倫茲力作用加速，以極快的速度向炮彈口移動(dòng)，最終高速出射。

這分析步驟，是不是很眼熟！

這可不就是電磁場(chǎng)部分的高中物理題嗎！

02

不容小覷的磁道炮

目前，典型的磁道炮一般用于軍事領(lǐng)域，設(shè)計(jì)目標(biāo)是讓出射的炮彈能量為5-50兆焦耳(MJ)。我們可以用下面的動(dòng)能公式簡(jiǎn)單計(jì)算一下：

假設(shè)我們開(kāi)著一輛重達(dá)1.5噸的普通家用轎車，要在某刻達(dá)到50MJ的動(dòng)能，需要瞬時(shí)速度達(dá)到929.6公里/小時(shí) (258.2米/秒)。

哦豁，想來(lái)還沒(méi)有哪輛普通轎車能達(dá)到這種瞬時(shí)速度的...小編能想到的，只有下面這類超神了：

根據(jù)上面的計(jì)算，不難發(fā)現(xiàn)，實(shí)際上真想獲得這樣高的彈丸出射速度，需要很強(qiáng)的電流大小來(lái)給彈丸加速，我們可以估算一下：

為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們忽略電場(chǎng)，則帶電粒子在磁場(chǎng)中所受洛倫茲力為：

宏觀狀態(tài)下，彈丸受到的安培力大小為：

其中，l是平行導(dǎo)軌之間的間距。根據(jù)畢奧-薩法爾定律，對(duì)于恒定電流而言，激發(fā)的磁場(chǎng)大小是：

對(duì)于載流直導(dǎo)線而言，根據(jù)下面的示意圖積分計(jì)算：

簡(jiǎn)單示意圖

可以得到在m處的磁場(chǎng)大小是：

對(duì)于半無(wú)限長(zhǎng)的平行直導(dǎo)線而言，可以?。?/p>

對(duì)于小型磁道炮，我們簡(jiǎn)單假設(shè)導(dǎo)軌寬度不大，磁場(chǎng)可以看作是兩根電流相反的半無(wú)限長(zhǎng)的平行直導(dǎo)線的疊加，則簡(jiǎn)單看成勻強(qiáng)磁場(chǎng)得到：

其中，l就是兩軌道之間的間距，μ0是真空磁導(dǎo)率，其值為μ0=4π×10-7牛頓/安培2。

簡(jiǎn)單化簡(jiǎn)可以得到：

也就是說(shuō)，1000安培的電流只能產(chǎn)生0.1N的力，如果要能夠把彈丸加速到千米每秒的量級(jí)，所加電流可能要達(dá)到百萬(wàn)安培量級(jí)，發(fā)電功率高達(dá)幾十兆瓦甚至上百兆瓦，這幾乎是一座中容量火力發(fā)電廠的發(fā)電功率！

可以想象，電磁炮工作時(shí)所需的強(qiáng)大電流，會(huì)給發(fā)射裝置帶來(lái)極大的負(fù)荷，這也就給用于制作軌道和彈丸彈體的材料帶來(lái)了極大的挑戰(zhàn)，目前相關(guān)的材料還都在進(jìn)一步的研發(fā)階段。

也就是說(shuō)，即便在軍事領(lǐng)域，電磁炮的技術(shù)也尚未成熟，假設(shè)高考考場(chǎng)外的磁彈槍真的是類似電磁炮的東西...

如果真的用來(lái)?yè)袈錈o(wú)人機(jī)，理論上可能更接近于去年在珠海航展上展覽的CS/LW21型手持電磁防爆發(fā)射器，這是中國(guó)兵器裝備集團(tuán)研制的一款電磁槍，原理和電磁炮中的線圈炮類似，只不過(guò)使用的是下面這種直徑9㎜的扁平圓形彈片：

該款電磁槍使用的扁平圓形彈片

這款電磁槍射速1分鐘100發(fā)，有效射程50米，可以把啤酒瓶打得四分五裂：

可以看出，威力還是不小的。當(dāng)然了，目前CS/LW21還只是概念型武器，如果能夠進(jìn)一步提高射程和瞄準(zhǔn)度等方面性能，未來(lái)極有可能用于反恐防暴任務(wù)。

說(shuō)到這里，你發(fā)現(xiàn)有哪里不對(duì)勁了嗎？

不管是電磁槍還是電磁炮，定位都是仍處于研發(fā)階段的軍用武器，而橫空出世的“磁彈槍”，它的任務(wù)是防止有人通過(guò)無(wú)人機(jī)作弊，假設(shè)真的是射出子彈擊落無(wú)人機(jī)，那其實(shí)會(huì)帶來(lái)很大的隱患：

無(wú)人機(jī)處在不斷飛行的動(dòng)態(tài)，如果子彈瞄偏了，很有可能誤傷考場(chǎng)周圍的工作人員或路過(guò)的行人，考慮到射出的子彈動(dòng)能并不小，打到人還是很危險(xiǎn)的...

假如真的擊落無(wú)人機(jī)，無(wú)人機(jī)在墜落過(guò)程中也有可能撞傷路人...

無(wú)人機(jī)墜毀過(guò)程中難免會(huì)發(fā)出碰撞的聲響，這也會(huì)影響考場(chǎng)內(nèi)的考生...

因此，不論怎么看，使用類似CS/LW21的電磁槍去防止高考無(wú)人機(jī)作弊，都顯得不是很合理，也不符合我們維護(hù)高考秩序的初衷。

03

高考黑科技

既然如此，問(wèn)題來(lái)了，這“”磁彈槍“”到底是啥呢？

小編在查閱資料后，發(fā)現(xiàn)了另一種更大的可能：

所謂的磁彈槍，并不是真的有子彈發(fā)射出來(lái)，而是一種無(wú)線信號(hào)干擾器。

我們來(lái)簡(jiǎn)單了解一下無(wú)人機(jī)的無(wú)線通信系統(tǒng)：首先，由發(fā)射機(jī)將數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)一系列的編碼和調(diào)制，接著，通以電磁波的形式向信道中輻射傳輸，最后，由接收機(jī)接收發(fā)射機(jī)發(fā)出的對(duì)應(yīng)電磁信號(hào)。

不難看出，如果在開(kāi)放的信道中對(duì)傳出的信號(hào)進(jìn)行人為干預(yù)，就有機(jī)會(huì)實(shí)現(xiàn)反制無(wú)人機(jī)。

如果我們使用信號(hào)干擾器，發(fā)射出遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)正常通信信號(hào)功率的大功率干擾信號(hào)，將原信號(hào)完全淹沒(méi)在各種大功率噪音中，就能夠使接收機(jī)幾乎或者完全不能從中解析出正確的信號(hào)，從而喪失通信能力。

就好比你需要在這樣的海洋球中找出幾十粒摻雜在其中的黃豆，基本不可能...

目前，市面上銷量較高的民用無(wú)人機(jī)的工作頻段主要分為 2.4GHz 和 5GHz 兩個(gè)頻段，帶寬從幾十兆赫茲到上百兆赫茲不等，如果在磁彈槍內(nèi)部配置無(wú)線網(wǎng)卡，切換到監(jiān)聽(tīng)模式，就可以截取在覆蓋范圍內(nèi)的所有無(wú)線信號(hào)，接著基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對(duì)截取的信號(hào)進(jìn)行識(shí)別，決策出需要使用的干擾信號(hào)，將此信息傳遞給槍體內(nèi)部的干擾系統(tǒng)。

因此，當(dāng)警衛(wèi)發(fā)現(xiàn)考場(chǎng)周圍出現(xiàn)無(wú)人機(jī)時(shí)，首先就可以將磁彈槍瞄準(zhǔn)無(wú)人機(jī)，進(jìn)行信號(hào)的截取與識(shí)別，然后扣動(dòng)扳機(jī)，激活槍體內(nèi)部用于產(chǎn)生電磁波的電路板，發(fā)射出相應(yīng)的大功率信號(hào)，對(duì)無(wú)人機(jī)進(jìn)行電磁壓制干擾，迫使無(wú)人機(jī)斷開(kāi)與操控者之間的連接，相較于真實(shí)子彈的物理攻擊，這樣的信號(hào)干擾方式，可以在低噪音的情況下迫使無(wú)人機(jī)自動(dòng)返航或就地降落，從而保證不影響考場(chǎng)內(nèi)的考生們。

所以，不要被“磁彈槍”這個(gè)名字給誤導(dǎo)啦！本質(zhì)上而言，它可以

除了磁彈槍，這幾年高考中，還運(yùn)用到了各種黑科技，例如：

高考巡邏機(jī)器人

圖中的高考巡邏機(jī)器人，綜合應(yīng)用了生物識(shí)別和大數(shù)據(jù)分析，我們只需要向它的處理端上傳以往各種考試作弊的監(jiān)控視頻，它就能自動(dòng)解碼分析，一旦在考場(chǎng)內(nèi)檢測(cè)出相似的疑似作弊行為，就會(huì)自動(dòng)觸發(fā)警報(bào)。別說(shuō)，這機(jī)器人看著還真的挺有模有樣！

在某些高考重要考點(diǎn)的路口，還安裝了"獵音"系統(tǒng)，也就是聲吶定位系統(tǒng)，通過(guò)聲學(xué)追蹤定位那些在考場(chǎng)附近狂按喇叭或者極速飆車的汽車和摩托車，在第一時(shí)間精準(zhǔn)定位，從而及時(shí)處理，確保不影響考生考試。

當(dāng)然啦，不論是哪種黑科技，最終目的都是為了給萬(wàn)千學(xué)子保駕護(hù)航。

在此，我們也衷心祝愿各位學(xué)子：

十年寒窗，盼前程似錦，百日苦戰(zhàn)，必金榜題名！