科學咖啡館 Café Scientifique

時間：12/27(四) 19:30
地點：高雄：豆皮文藝咖啡廳，高雄市五福四路131號2樓，(07) 521-2422

引言人：呂維理（海軍官校教授）

從美國、法國、德國以及英國的軍事教育的歷史以及概況，試圖理解歐美各國軍事及科技發展的特色，並以半導體技術、積體電路、電腦、網際網路、全球定位系統、通訊系統等近代廣為大眾所利用之科技產品發展軌跡為例，說明軍事相關的科技與近代許多民生用品之間的密切關係。

許多先進國家，基於國家安全與軍事的需求，不惜本錢出資發展新的科技與系統，維持國防武力的領先，以確保其國家的利益。而這些原先用於解決國家安全與軍事用途的科技，後來也成為許多民生科技用品發展的源頭。從過去的許多案例，似乎可看出國防軍事方面的科技發展，往往能夠帶動新的、高風險的科技研發。

比較有趣、也值得持續探究的議題是：為什麼古代中國已有超越西方的各種科技，確突然從歷史上消失，無法繼續領先？600年前鄭和的船團有能力航行半個地球，如此高超的造船、航海能力，怎麼就此消失？鄭和之後過了450年，我們卻反向西方學習造船航海與練兵的技術。又，即便我們當今已能維持過去的光輝，繼續在科技方面領先西方，我們也想要問，爲什麼我們需要領先？

科技史是否可以讓我門開啟一扇窗來理解這個議題？

如果從科學、技術與社會（STS）的角度看待軍事及相關科技的發展，除了前述或者能夠帶動民生科技用品發展，還有許多更豐富的面向值得討論。

請先閱讀下面引言：

科學咖啡館
軍事與科技引言

呂維理

從過去一些重要的科技發展軌跡，似乎可以看出科技的發展與軍事有密切的關聯。我們好奇的是，先進國家主導國防的官員或是軍人，何以有能夠洞察未來科技的趨勢並引以為用？而這些初為國防或軍事用途的科技，甚至後來成為經濟發展的重要基礎？或者說，這些主導國防或軍事的官員，其實當時根本沒有想到或是洞悉未來的發展，只是因緣際會？果真如此，似乎又難以說明：何以這些高科技的革命性發展，都是在特定的西方國家產生？

電腦：
二次大戰期間，美國陸軍彈道研究實驗室(Army Ballistic Research Laboratory)負責提供戰爭中各種不同槍砲規格的射表(firing table)。一個砲彈若要能精準的擊中目標，需要同時考量：發射角度、空氣溫度及密度、發射方向、砲彈離開炮口的速度、砲彈的重量直徑與形狀、當地風速、內裝火藥的溫度等因素。如果是射程遠的砲彈，還要考慮地球自轉產生的科氏力(Coriolis force)的影響。以當時的機械式計算器，需要二個工作天(每天8小時)，才能計算出一條彈道曲線，而每一門炮，通常要計算出數百條的彈道曲線，才算完成一個火砲射表。
彈道實驗室除了本身執行此一工作外，更與賓州大學(University of Pennsylvania)的Moore School of Engineering共同合作，訓練許多婦女幫忙操作機械式計算器。1942年大戰期間，賓州大學招募一百多個婦女分兩班24小時制，一週工作6天的方式進行射表的製作。1943年4月，一位來自賓州Ursinus College的物理教授John W. Mauchly以及一位仍在賓州大學Moore School of Engineering唸研究所的學生J. Presper Eckert，在美國陸軍中尉H. H. Goldstine的邀約下，共同向美國陸軍建議設計一個比機械計算器快上1000倍以上的電子式計算機來協助火砲射表的製作。此一電子計算機稱作Electronic Numerical Integrator and Computer (ENIAC)，即是我們所週知的世界上第一台電子計算機。1943年6月ENIAC於賓州大學開始建造，一直到大戰結束後6個月(1946年2月)才正式完成，造價約50萬美金，重達50噸。其中包含了17000個真空管電晶體、70000個電阻器、10000個電容器、1500個繼電器以及6000個手動開關。電力的消耗更是驚人，約174000瓦(Martin, 1995)，但是計算每條彈道的速度僅需要5秒鐘。
ENIAC雖然並未能夠真正的為美國陸軍於二次大戰中所用，但是卻開啟了近代電腦的發展的大門。雖然電腦後續的發展以致今天的廣為人用，需要有後續大量的私人企業、研究機構以及大學的參與研究，但是無庸置疑的是：美國基於其國防以及國家安全的需要，提早開啟了電腦發展的契機。

網際網路：
網際網路的發展，最早可以追朔到1960年代初期麻省理工學院(MIT)及蘭德公司(Rand)所發表的一系列有關分散式網路(distributed network)系統以及分封交換(packet switching)技術的文章。蘭德公司當時主要是為冷戰時代的美國空軍發展一套分散式的網路系統，使得相關通訊及資料傳輸的功能，能夠在遭受敵人攻擊的情況下不至於完全被摧毀。雖然在當時，已經有一些其他的網路分散系統以及傳輸協定(transmission protocols)存在，但是美國國防部並未加以運用，而選擇了分封交換式網路分散系統。1969年在美國防部的Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA)的支持下，世界上第一個網路於焉產生，稱之為ARPAnet，它將美國國防部所屬的相關研究機構以及一些參與國防研究的大學、產業界的資料連結在一起。雖然當時已經有其他的傳輸協定，但在美國國防部強力的主導之下，將我們現今所通用的TCP/IP(transmission control protocol / internet protocol)作為其網路傳輸的協定。由於TCP/IP運用在ARPAnet上非常成功，美國國家科學基金會(National Science Foundation)也選擇TCP/IP，作為其網路NSFnet的傳輸協定。
在美國國防部發展網路系統之初，正處於冷戰時代，也規劃在挪威設立一個地震探測震系統，感測蘇聯是否進行核子試爆。由於需要即時的將地震訊號傳回美國本土，於是美國以英國為網路的中繼站，將挪威地震測量的信號，以有線網路傳輸的方式，先傳到英國，在以衛星方式轉送回美國。也因此，在美國的協助下，英國也在同時間也建立了一個網路節點(node)。可是在英國，網路系統的後續發展，就沒有美國來的順利。由於英國網路發展之初，並非源自於其本身國家或是國防的需求，雖然有許多大學及研究機構認為網路系統的發展非常有潛力，但並未受到重視與發展經費的支持。1972年美國與挪威之間的衛星網路系統建立後，挪威的地震測量結果，就不透過英國傳送。英國國防部遲至1974年才以經費維持原先挪威到英國的網路系統並初步建立英國國防部與美國ARPAnet之間的網路連線，而英國的科學研究發展委員會(Science Research Council)，也因為缺乏任何需求的動機，遲至1975年才開始支持網路系統的發展。
網際網路初期的發展，國防所扮演的角色，實為真正的推手。英、美兩國，幾乎同時開始建置網路系統，但是後者有國防上的需求，前者卻沒有此一原始動機。但弔詭的是，網際網路發展之初，美國國防部的確有最原始的發展動機，但是也因為國防部基於國家安全的理由，一直不願意將其以龐大經費所建立的網路系統完全公開給企業及商業界使用，遲至1990才真正完全開放，終至今日的蓬勃發展。從這一點，我們似乎可以學習到國防之於科技發展有其促進的一面，也可能會其阻礙的一面。

全球定位：
全球定位系統(Global Positioning System, GPS)的發展則更毫無疑問的是來自美國國防部的支持。至今，GPS仍歸屬於美國軍方管理。
1973年美國基於冷戰時代的需求，在美國空軍的太空及飛彈中心主導下，開始發展GPS系統，並於1993年完成整個計劃，發射24顆衛星，共花費約120多億美金的研究經費。雖然當初是基於國防的需求，但是今天無論是飛機、艦船以及汽車定位，土木建築、大地及海洋測量，無不應用到此一科技。
除了衛星發射、定位、通訊、控制技術外，原子鐘是GPS的最關鍵技術之一。

積體電路：
電子零件積體化約始於二戰軍方需求。B-29轟炸機的武器控制系統包含3百多個真空管電晶體。軍方希望能夠將系統價格降低、體積縮小、重量減輕，並能夠簡化組裝程序以便大量生產，應付戰時所需。
美軍爲應付日本以飛機自殺式攻擊海軍艦艇，積極製造數百萬枚配置近發引信砲彈，透過積體電路技術，將雷達發射、接受及引爆裝置裝在砲彈彈頭。
二戰後，1950年代初期，電子零件積體化技術被應用在電視機中。此時仍是類比電子時代，電視機約需30多種電路，每個電路運用不同的零件。數位電路觀念開始發展，運用大量但相同的零件（元件）達成相同功能。
1960年代，半導體電晶體技術開始發展：包含Bell Lab, RCA, TI, Fairchild以及美國海軍、美國空軍都有各自的發展方向。
積體電路發展的三個阻礙：
1.積體化後良率太低，電晶體功能不穩
2.沒有找到適當的半導體材料製造電晶體並予以積體化（當時不用矽，而是用鍺）
3.電路設計師怕失業
但1960年代初期，美國軍方及NASA開始發展義勇兵洲際飛彈及阿波羅太空計畫。1961年TI與軍方及NASA合作開發積體電路，結果非常成功，且良率高。1964年開始有私人公司商品運用積體電路方式製造。1958-1960年代，沒有人會想到1個電晶體的價格，在30年後，可以下降到百萬分之一，並成為製造電腦的基本元件。