40年代,還在美國的錢學森提出了一個超越於時代的想法——錢學森彈道,而錢學森留下的這份遺產,更是助力中國導彈超越美國,領先世界。
在彈道導彈彈道學中,將彈道式導彈的彈道分為3個階段——主動段(OK)、自由段(KE)和再入段(EC),錢學森彈道理論就是研究自由段(KE)末段的一套理論體系。
在自由段,導彈發動機關閉,彈頭只受地球引力和由於地球自轉而產生的離心慣性力和哥氏慣性力的作用,此時,彈道導彈質心的運動軌跡會呈現一個半橢圓形。
這個軌跡乍看起來十分簡潔,但是缺點非常明顯:1、射程短;2、再入段滯點熱峰流值和壓力值均超過現有材料的防護極限,所以此類彈道只是一個理論模型。
1943年還在美國加州理工大學古根海姆航空實驗室的錢學森跟他的兩個同學一起,在起草的一份火箭噴氣推進實驗計劃中構建了一種設想。基本原理就是讓彈頭在“臨近空間”(距地面20—100km)進行增程滑翔,然後再進入稠密大氣。為什麼彈頭會在這個高度滑翔而不是“一頭栽下來”呢?因為在“臨近空間”存在著較為稀薄的大氣,當高速物體由真空進入密度介質時,會產生反壓,所以,“錢學森彈道”又被稱為“助推滑翔彈道”。
錢學森彈道的精髓在於是利用火箭為動力把飛行器發射入高空,突破大氣層,然後飛行器從太空再度返回大氣層,當角度合適的時候,飛行器會如同瓦片在水面上打水漂一樣被彈起,然後再落下,通過這樣一系列的彈起——落下的運動軌跡,飛行器就能夠以高速抵達目標。這也被稱為助推-滑翔式彈道,即半彈道式再入航天器或升力體式航天器的再入彈道的基本設計思想。
“錢學森彈道”研究重點是高層稀薄大氣的流體力學問題,再用彈道理論對這些問題進行解算,過程十分複雜。該計劃後被美國陸軍認可,後發展響應德國火箭發展計劃的JPL系列火箭,從某種意義上講錢學森也可以說是美國火箭的奠基人之一。
在錢學森彈道提出了幾十年的時間裡,很多國家都想百分百地消化這份錢學森留下來的遺產,美俄等強國紛紛推出新概念飛航導彈方案,很多都基於錢學森彈道,該導彈可能成為對付航空母艦戰鬥群、導彈防禦系統的一種重要手段。
中國的DF-21反艦導彈就是“錢學森彈道”應用的例項。這種新型反艦導彈是在DF21中程地地導彈基礎上研製的,由於導彈彈頭採用的特殊的氣動設計和制導系統,因此導彈以彈道導彈軌跡飛行數千公里再入大氣層後,能在大氣內進行滑翔機動並自主捕獲攻擊海上艦船。
而中美兩國最想要通過錢學森彈道實現的是高超音速武器,高超音速,指物體的速度超過5倍音速,約合每小時移動6000公里。舉例來說,按照這個速度從烏魯木齊直飛上海只需30分鐘甚至更少,而一般的民航班機要數小時。高超音速飛行器主要包括3類:高超音速巡航導彈、高超音速飛機以及空天飛機。它們採用的超音速衝壓發動機被認為是繼螺旋槳和噴氣推進之後的“第三次動力革命”。
亞音速巡航導彈打擊1000公里外的目標需要1個多小時,而高超聲速巡航導彈只需要不到10分鐘。現有的巡航導彈主要依靠超低空飛行與隱身技術突破防禦,由於速度太慢,暴露後很容易被攔截,在科索沃戰爭中就有數十枚“戰斧”遭擊落。而就在高空飛行的高超音速巡航導彈來說,因為速度太快,現有的防空武器對它基本無計可施。
高超音速武器還具有驚人的動能,對鋼筋混凝土的侵徹深度可達十幾米,特別適合打擊深埋於地下的指揮中心等堅固目標。
以高機動性、遠距離精確打擊為主要技術特徵的高超聲速武器已成為未來戰爭的主要發展方向之一,近20年來,世界航空航天大國紛紛以高超聲速天地往返系統、高超聲速導彈和高超聲速飛機為目標,開展了一系列的研究,形成了熱潮。
據外媒預測稱,在未來10年即將問世的各大高新科技中,高超音速武器將是一個可以輕易改變戰爭遊戲規則的殺手鐗,在高超音速武器面前,任何防空系統在高超音速武器面前將毫無用武之地。
那麼錢學森彈道在裡面發揮了什麼樣的作用呢?
超高音速導彈之所以難以攔截,一是其速度超快,防空系統壓根沒有時間來得及反應以及應對;二是其位於大氣層內飛行,機動變軌的效能更出色,無法按照既定的彈道軌道進行攔截。如果再利用錢學森彈道來“打水漂”,那麼就可以實現百分百的突防成功,命中目標,敵方反導攔截的概率無限接近於0。
到目前為止世界只有兩個國家在高超音速飛行器領域取得過卓有成效的研發成績,那就是中國和美國。美國在高超音速飛行器領域起步最早,技術最先進,成就最大。1996年開始X-43A進行了飛行試驗,使用氫燃料超燃衝壓發動機,最大速度突破了 9.8 馬赫。X-43A使美國成為是人類第一個實現超燃衝壓發動機高超音速飛行器飛的自主飛行的國家,稱為“自1903年萊特兄弟首次飛行以來航空技術的最大突破”。
但是到目前為止,美國因為種種原因,高超音速武器並沒有取得最終的勝利,2014年8月25日美國實驗的高超音速武器在阿拉斯加州測試時發生嚴重故障:升空僅四秒後爆炸並墜落在測試基地內,所以美俄的超高音速武器一直處於試驗狀態。
而中國成功利用錢學森彈道造出了DF-17,是全球唯一一款已經實戰化的已經列裝的乘波體高超音速彈道導彈,成功超越美國,領先世界,它利用彈道導彈的火箭發動機助推加速到高超聲速,然後在大氣層邊緣飛行的中遠距離滑翔飛行器,從而用於中遠端快速打擊。這標誌著中國可以在短短几十分鐘內迅速摧毀任何西太平洋內任何的軍事目標。
乘波體是一種適宜高超音速飛行的外形,如果把大氣層邊緣看作水面,乘波體飛行時就像是在水面上打水漂。乘波體飛行器不用機翼產生升力,而是靠壓縮升力和激波升力飛行,像水面由快艇拖帶的滑水板一樣產生壓縮升力。
超音速飛行形成的激波不僅是阻力的源泉,也是飛行器“踩”在激波的鋒面背後“衝浪”的載體。這樣一來導彈在中段/再入段的飛行軌跡就再也無法預測,相當於飛行軌跡中最容易攔截的一段變得幾乎不可攔截,此對於目標而言只能依靠面對如此高速的彈頭幾無攔截希望的末端防禦來應對。
而且DF-17最BUG的是可以中途多次變軌,如果目標移動,它可以在中途實時變換軌道,重新鎖定目標,讓敵人逃無可逃。
DF-17的末端速度最快可以達到20馬赫,也就是每秒6806米每秒,第一島鏈最遠只有1800千米,只需要4分鐘的時間就可以到達,這樣恐怖的速度任何防空都沒有反應的時間。
DF-17的戰鬥部首次試射可能是在2013年,當時,俄羅斯世界武器貿易分析中心主任伊戈爾·科羅琴科認為,中國試射高超音速飛行器證明中國克服美國導彈防禦系統實力的增強,美國的反導系統要攔截這類武器幾乎是不可能的。
到2017年4月,DF-17已經進行了七次試射,獨特的超高速度飛行和躲避雷達和導彈防禦截擊器的機動能力。能使美國的戰略導彈防禦系統失去效能,全球沒有任何防禦系統可以攔截超高音速武器,它可以在幾十分鐘讓第一島鏈之內所有的軍事基地化為齏粉,真正實踐了那句“東風快遞,使命必達”。這是中國遠端打擊能力的一個顯著的里程碑,DF-17遠期可發展到8000公里以上,將實現全球覆蓋打擊。
DF-17的全球獨家首發,標誌著中國在第一島鏈之內將所向披靡,這是獻給新中國成立70週年的最好禮物。
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東風17可以讓某些妄圖與中國為敵的人冷靜冷靜了,威武!
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錢老對新中國武器的發展貢獻太大了!
美航母聽見有這東西估計心裡涼了一大截!