03.02 美国高超声速飞行器性能先进,为何却采用中国的“钱学森弹道”?

黄权冲


先解释下钱学森弹道,在上面这张钱老的著名图片中,背景其实就是钱学森弹道,传统的弹道导弹就是向天上扔石头,一锤子买卖。而钱学森弹道就是让弹头在距地面20至100公里的外大气层,改变再入角度,此时弹头从太空环境进入大气层,会受到空气的反压效果,从而产生升力,因而可以进行增程滑翔,扩大航程,然后再进入稠密大气。

但是在国外,其是和另一个德国人sanger的桑格尔弹道一起,归为"Boost-glide"(助推-滑翔弹道)行列,sanger弹道是一种打水漂式的弹道,在大气层外缘“下沉”过程中,利用大气层和近地空间的空气密度差,产生强大的气动升力,把航天器弹产生跳跃效果,而地球引力将使航天器再次回落,产生又一次弹跳。实际上,钱学森导弹是钱学森和他的两个美国同事一起提出的,而此类设计在当时并非独创,当时各国均有研究,其中脑洞大开著称的二战德国研究最深,其A计划就有大量的采用这种弹道模式的弹道导弹,用来攻击美国。

所以说钱学森弹道只是个理论研究,从理论到实践应用有相当大的难度和距离,就好比量子纠缠理论在1935年就提出,而以此理论的量子通讯到现在才有应用的眉目。同样钱学森弹道看起来简单,但实际操作中难度很大,再入角度控制等绝非易事。而钱学森弹道在之后的应用研究中,最著名也是最成功的例子,其实是航天飞机再入大气层,其采用的就是钱学森弹道的原理,采用无动力的滑翔模式,减缓降落速度和控制降落方向。所以美国这次同样采用钱学森弹道的模式,发展超高音速武器,也是正常不过的现象,比较钱学森弹道不需要桑格尔弹道的复杂,更利于小型弹道武器的实际应用,同样俄罗斯在研究Yu-71也将采取这种弹道模式。

美国的猎鹰HTV-2超高速飞行器

而我们已经取得连续6次成功的WU-14超高音速飞行器,之所以能取得巨大成功,更大的原因在于我们在这一领域的投入的巨大心血,例如世界上唯一的超高音速激波风洞--JF12激波风洞,可复现25-40公里高空、马赫数5-9飞行条件、喷管出口直径2.5米/1.5米、试验气体为洁净空气、试验时间超过100毫秒的超大型高超声速激波风洞,这个激波风洞从1965年那个困难的年代开始研究,到2012年通过验收,整整投入了科研人员半个世纪的心血!!让美国人都眼红不已,多次提出共同科学研究的请求。这个才是大国重器!!

新闻电视中公开的JF12激波风洞的画面。

还是那句话,嘴炮误国,实干兴邦,我们现在的科研成果,是一代代科研工作者辛苦钻研出来的,不是键盘侠们随便打几个字就可以的。


五岳掩赤城


首先说钱老的研究重点是弹道导弹的再入轨弹道角度控制,要有先进的热防护和高速升阻比特性,全名叫“助推-滑翔”弹道。所谓“钱学森弹道”是民间的术语称呼。美国高超声速飞行器是在1970年那个时代已超过5马赫速度飞行的试验概念,是基于稠密大气层的飞行流体空气动力学验证。两者风马牛不相及!

X-43A试验机7马赫速度下的流体力学模拟图(CFD)


W君觉得钱老给新中国的贡献是弹道导弹奠基人的角色,我国目前一切弹道导弹的研究都可以从他那个时代算起。弹道导弹可以末端滑翔机动的弹头在没有高速计算机的年代基本是无法拦截的。而且不止钱老提出过,整个19世纪50年代很多导弹和火箭专家都有这个设想,美国在弹道导弹的入轨机动上走在了试验的前列。实际对于这方面研究起到最大贡献的是电子控制技术的进步,原理是通过弹载计算机能够精确控制弹头上的姿态发动机点火,保证再入轨弹头的角度正确。在稠密大气层飞行时以大面受力姿态“滑翔”击中目标。再早时间提出的还有一个“Sanger弹道”(纳粹德国时期),原理是利用外太空和大气层的密度差产生向上升力,让弹头或者飞机“跳”起来入轨。这些都是火箭、导弹发射外太空和回到近地面的基础理论,没有谁采用谁的概念。都是事物的客观存在而已,好比每一枚导弹和火箭都要采用“牛顿定律”一样。

还有就是目前高超音速飞行器,中美俄都有研发,美国未必是领先者。中国目前这方面的说法是“非弹道飞行器在大气层中飞行,在达成高超音速后成功降落机场”,该飞行器“剖面特殊,飞行方式独特,飞行速度远超试飞中心所有机型”(2015年10月上海电视台报道)。

目前高超音速因为无法支援人类生存的驾驶舱生产超越现有科技,故均采用无人驾驶方式进行试验,还有就是超燃发动机的进气和工作仍然是难题。

2001年6月X-43A第一次试飞,火箭尚未点火的瞬间


军武数据库


在21世纪初期,助推滑翔弹道成为了一种有趣的话题,可以作为迅速的全球打击(PGS)的一种可能的解决方案,该技术寻求一种能从美国发射后一小时内击中地球上任何地方目标的武器。 PGS没有界定操作模式,目前的研究包括先进超音速武器增强滑翔弹头,Falcon HTV-2超音速飞机和潜射导弹。WU-14将类似于这些武器。超音速滑翔器可用于提供快速的核斩首打击。美军方面在这个领域自然是遥遥领先,不过他们选择采用的作用原理是钱学森式滑翔弹道原理,为什么呢?


在WWII结束之后,美方就开始策划该方面领域先进武器的发展,在美国,许多外国流亡来此的科学家主张使用当时十分超前的跳跃滑翔式弹道的概念,952年,贝尔提出了一种轰炸机概念,该概念本质上是一种称为Bomi的超高速型飞行武器的简单化发射版本。这引出了了1950年代的一些后续概念,包括Robo,Hywards,Brass Bell,以及最终的X-20 Dyna-Soar飞行器。早期的设计一般是轰炸用途,而后来的设计则是精准侦察或其他角色。 Dornberger和Ehricke在1955年的科普文章中合作撰写了关于超速型武器实际使用的想法。但是很多原理被证明并不现实,迫使美方寻找新的出路。

成功的跨越式滑翔弹道原理(CBMN)在进攻性角色中的引入结束了滑翔轰炸机概念的任何分歧,而间谍角色的侦察星也是如此。不过到20世纪60年代,X-20太空战斗机继续受到关注,但最终成为预算削减的受害者; 因为经过在1963年3月的另一次审查后,防长罗伯特马拉在12月取消了该计划,指出在他们花费了4亿美元后,他们仍然没有完成任务。而且弹道原理方面没有实际应用上的进展,所以美方把注意力转向国际方面。

直到20世纪80年代,跳伞滑翔概念才重新引起人们的兴趣,作为BM机动再入高速飞行器的基础。 第一个已知的例子是1979年的阿尔法德拉科测试,其次是升压式滑翔再入飞行器(BGRV)测试系列,ASSET 和PRIME。这项研究最终被用于Pershing II的MARV再入飞行器。 在根据实际需要调整的钱学森弹道原理的成功应用下将Singer Kearfott惯性导航系统的数据与固特异航空航天主动式系统结合起来。 对于美方的超高速战区武器来说,已经制定了类似的概念,也就加速了它的实际发展,从而使得美方保持了领先地位。


紫龙防务观察


我把脚下的星球命名地球,小编可以滚蛋了;

牛顿强制站在巨人的肩膀上,力学三定律就变成牛顿的了;

爱因斯坦总结了相对论,其他科学家就可以变成空气了;

钱学森提出一个合理非最优的理论模型,飞行器就成中国的了


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