sponsored links

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

美國參聯會主席馬克·米利上將在國會聽證會上

近來西方常用“斯普特尼克時刻2.0”的說法。10月27日,美國參聯會主席馬克·米利上將在國會聽證會上說,中國的高超音速試驗“非常接近”斯普特尼克時刻,但還是不肯承認已經到了斯普特尼克時刻.美國現在喪不起這個氣。

“斯普特尼克”是指第一顆人造衛星“斯普特尼克1”號,這顆蘇聯人造衛星在1957年10月4日發射成功,在地球軌道上發出穩定的無線電訊號,此外倒是沒有什麼特別的功能。當年美國人目瞪口呆地在收音機裡聽到來自星空的“嘀嘀嘀”聲,這是美國人第一次感到兩大洋已經不能把潛在的敵人隔開了,絕對安全感從此打破。斯普特尼克和此後的加加林環繞地球飛行極大地刺激了美國,空間競賽成為冷戰高潮,70年代空間競賽停止時,冷戰的贏家輸家其實已經決定了。

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

斯普特尼克是這樣一個小東西,除了有一個無線電信標,實際上就是一個鐵疙瘩

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

與加加林的人類第一次宇宙飛行合在一起,斯普特尼克時刻成為冷戰的標誌性時刻

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

“阿波羅”和“土星V”的發射使得美國扳回一分

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

空間競賽最後以尼爾·阿姆斯特朗成功登月和美國勝利告終

英國《金融時報》和《華爾街時報》在11月22日報導,中國在7月的高超音速導彈試驗裡,還在南海上空從母彈裡釋放了一枚子彈。令美國目瞪口呆的是,母彈是在M5的高超音速下釋放子彈的。子彈分離後,點燃火箭發動機飛了一段距離,在南海無害墜毀。母彈繼續飛到西北沙漠的目標點,這就是著名的“脫靶”34公里的又來。

環球飛行的高超音速導彈已經夠驚人了,這顯示的不只是繞著地球打的能力,還提供了大橫距機動能力,與70-80年代的部份軌道轟炸系統是完全不同的概念。但在高超音速下釋放子彈,分別機動,這就匪夷所思了。

首先,這在技術上是不可思議地艱難。高超音速本來就是極限飛行條件,能穩定、可控地飛行已經不易,所以美國到現在也沒有實用化。在高超音速下還要釋放子彈,母彈的氣動外形受到破壞後恢復穩定,子彈的穩定分離和點火,都是不可思議的技術難題,遠遠超過已知世界前沿技術的能力。好比剛學會騎腳踏車,自己還搖搖晃晃騎不穩,就要後座上有人跳上跳下。五角大樓想破腦袋,也想不出中國是怎麼做到的。至於美俄,這是連試驗都沒有排進計劃的事情。至少《金融時報》和《華爾街時報》是這樣說的。

趙立堅在10月回答外媒提問的時候,確實說起過那是中國可回收空天飛行器的返回試驗,還在海上拋棄了燃料箱。不知道這兩者說得是否是同一回事。但廢棄燃料箱是在彈道再入中解體、焚燬的,沒有必要火箭發動機點火和機動飛行。

有兩個可能:

  1. 這確實就是可回收空天飛行器的返回試驗,美國人神經過敏了。燃料箱的機動飛行是為了機動到回收地點,也是試驗的一部分。
  2. 這確實是高超音速導彈,而且是機動分導的多彈頭。

兩個可能都充滿疑點。

發射的時候需要分離燃料箱,降低重量,但返回器為什麼要分離燃料箱呢?即使重量太大,不易整體回收,也應該在較低的速度下分離,在同一個地方回收。在M5的速度下分離,還在天差地遠的地方回收,那是捨近求遠了。

高超音速機動分導的多彈頭並非不可能。戰略打擊的經常是叢集目標。對於城市和工業區目標,大當量單彈頭的效果不如均勻分佈的小當量多彈頭;對於地下發射井目標,一般也是密集佈置的,相距幾公里到十幾公里。機動分導的多彈頭最適合這樣的目標。

高超音速導彈常用乘波體技術,小尺寸的彈頭已經不易,扁平的構型本來就不便搭載載荷,美國正在研製的基本上就是一個梭鏢,根本沒有多少裝藥。大型乘波體的難度急劇增加。但問題沒變:母彈只帶一枚子彈沒有意義,但容積有限,帶一束小子彈的作用有限,再小的核戰鬥部還是需要一定的體積和重量的。至於誘餌彈甚至反反導彈,那是想多了。在可靠的反高超音速導彈技術出現之前,這樣的超前是浪費。

但是換一個角度,從多級入軌考慮,就豁然開朗了。

《空氣動力學報》2019年第37期上有一篇論文:《用於級間分離研究的TBCC動力TSTO氣動佈局概念設計》。TBCC(tubine-based combined cycle)是渦輪組合迴圈發動機,將渦輪發動機(渦噴、渦扇)與超燃衝壓組合起來,達到跑道起飛、降落和飛行中加速到高超音速的一步到位。TSTO(two-stage to orbit)是兩級入軌,在大氣層內達到超高空、高超音速飛行,在此基礎上發射火箭動力的入軌器。TSTO在字面上不要求大氣層內的運載級可跑道回收,但在與單級入軌(SSTO,single-stage to orbit)相對照的時候,達不到跑道回收就是沒有意義的。

TSTO和SSTO的定義並不明確。太空梭的助推器如果不分離,大概算SSTO了;另一方面,SpaceX的可回收助推器也算TSTO。根據《金融時報》和《華盛頓時報》的報導,中國的高超音速試驗是TSTO,因為運載級是水平降落的。據報道,發射與著陸的34公里偏差正好是火箭發射場和附近機場跑道的距離。

SSTO是終極夢想,但TSTO更有巨大的現實意義。SSTO好比用重型高效能戰鬥機追到敵機脖子後開炮,TSTO則是用戰鬥機到射程內就發射空空導彈殲敵,兩者的要求是完全不一樣的,後者從飛機技術和導彈技術各盡所能的角度來說更加合理。TSTO在工程上不僅更容易實現,也最好地利用起來大氣層內外不同的升力和動力機制。美國SpaceX的“獵鷹9”還算中型運載火箭,起飛重量為549噸,低軌道載荷22.8噸,9臺“墨林”火箭發動機海平面總推力7607千牛。相比之下,巴西C-390運輸機只是中型運輸機,起飛重量87噸,載重26噸,兩臺V2500渦扇的總推力280千牛。這就是氣動升力與火箭助推的效率差別。

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

獵鷹9的發射還是大動干戈的

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

C-390的起飛就雲淡風輕了,但載荷還比獵鷹9略大一點

當然,運輸機是不能把衛星直接送上軌道的,但空中發射的運載火箭可以。對於入軌要求來說,運輸機的初始速度無關緊要,但在高空發射,地面到高空的勢能就由運輸機的氣動效率和推進效率提供,不再需要火箭發動機提供,還是顯著降低火箭的推力要求的。

跟進一步,當然就是從 “高超音速飛機”上發射,不僅高度更高,典型高超音速飛行的高度在30000-40000米高空,還有M5以上的速度加成。

在可以用火箭直接入軌的現在,兩級入軌不是捨近求遠。兩級入軌大大降低入軌器的要求,降低發射成本。運載級本身是很大的成本,但這是可重複使用的,有利於在多次發射中分攤成本,總成本還是大大降低的。

與SpaceX的可回收助推器相比,用 “高超音速飛機”的兩級入軌不僅技術先進得多,發射上也更加便利。新聞裡常有火箭發射因為天氣不好而被迫推遲的訊息,這是因為直立發射的火箭在發射前受到風雨的影響大,在上升段也受到很大的影響。

在可預見的將來,TSTO也將是用助推火箭直立發射的,但與火箭發射有一個關鍵的不同:TSTO的航跡和靈活的,也就是說,預計一個發射場的天氣不好,換另一個發射場就是了。甚至可以在常年不受天氣影響的地方另建發射場,儘管地理位置並不符合傳統的便於入軌的要求。

這好比大炮與飛機的差別。大炮要擊中目標,首先要進入射程,然後要瞄準目標,兩者缺一,就不能做到擊中目標。飛機不僅航程大得多,起飛方向也不受目標方向限制,起飛後轉個彎就是了。火箭發射場的位置是受預期軌道限制的。運載火箭起飛後,有一定的機動能力,但這好比重卡的轉彎能力,是事先規劃好的,不宜說轉就轉。用TSTO發射,可以在避開不利天氣的發射場進行,在進入高超音速機動飛行時再進入有利發射位置,進行入軌器分離。

這還有另一個好處:可以在近赤道的地方發射,最大限度地利用地球自轉的離心力,增加發射重量。如果是地球同步軌道,這本來就是最有力的發射位置。如果需要進入極地軌道、太陽同步軌道等,在空中再機動到相關位置發射。美國的發射場在佛羅里達的卡納爾維拉爾角和加利福利亞的范登堡空軍基地,法國的發射場在赤道的法屬蓋亞那,中國在海南文昌新建的發射場,都是為了利用接近赤道的有利位置。冷戰剛結束的時候,還有提議用退役的蘇聯彈道導彈核潛艇改裝,轉用於赤道海域發射,不錯的主意,但由於改裝投資和運作費用而不了了之了。

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

中國在已經有西昌、酒泉發射場的情況下,依然在海南文昌另建一個發射場,就是為了利用低緯度發射的優勢

另一方面,將渦輪發動機(渦扇或者渦噴)與亞燃衝壓和超燃衝壓相結合,像普通飛機一樣在跑道起飛,在M2時轉入亞燃衝壓動力,加速到M4-5時轉入超燃衝壓動力,再次加速到M5-6甚至更高的速度,然後維持高超音速飛行,這就是TBCC。中國的“騰雲工程”就是TBCC和TSTO相結合的計劃,央視報導的時候,提到衛星發射成本可比火箭發射降低90%,那是白菜價了,有錢人家過生日都可以放個衛星未必再是說笑。

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

典型TBCC的構想

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

在渦輪模式(上)、超燃衝壓模式(下)之間,最大的問題在於如何經過過渡模式(中)的可靠、安全和平穩的模式轉換

TBCC實際上尚且遙遠,用火箭發射、大氣層內起滑、進入高超音速滑翔還是近期最現實的TSTO,有效、可靠、相對低成本。TBCC只是起飛模式的差別,TBCC成熟後,火箭助推TSTO可容易地轉型為TBCC-TSTO,高超音速飛行和飛行器分離的技術是一樣的。但降低衛星發射成本、加大衛星發射頻率不是一個說笑的問題,具有極大的軍事價值,當然也有極大的民用價值。

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

珠海航展上的騰雲工程

SSTO的難度當然巨大,TSTO的難度同樣巨大,最大的難點在於運載級和入軌級的安全、可靠分離。駝背飛行的難度不在於沉重或者阻力,而在於分離。D-21無人機計劃的下馬與D-21無人機計劃的下馬就因為與SR-71載機(嚴格來說是M-21運載母機,從偵察機SR-71發展而來)安全、可靠的分離問題始終無法妥善解決。

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

M-21運載母機和D-21無人機在飛行中

D-21採用了非常先進但又對氣動條件高度敏感的內壓縮排氣道,啟動條件很苛刻,只有由M-21運到巡航高度、巡航速度時釋放,才可能正常啟動。饒是如此,每一次放飛都是膽戰心驚,失敗的可能性太高。為了在釋放時讓D-21利用氣動升力自己“浮起”,M-21需要在淺俯衝和大半徑“外轉彎”(機腹對著圓心)中釋放,要是D-21的發動機點火成功,在M-21上方漂浮的幾秒鐘對M-21飛行員就像幾個小時一樣漫長;要是點火不成功,這可能就是飛行員人生最後的幾秒鐘了。在最後一次放飛的時候,D-21果然點火失敗,直接撞上M-21,前座飛行員彈射成功,後座飛行員喪生。

這還是“相對簡單”的M3飛行。高超音速飛行器的氣動、熱力學特性更加複雜,但中國在2019年就在風洞裡完成首次高超音速條件下飛行器分離試驗。四川綿陽超高速空氣動力研究所更是在2021年第35卷第1期《實驗流體力學》上宣佈,實現高超音速風洞雙分離軌跡捕獲(CTS)試驗能力,攻克了高超音速流場兩級同步實時資料採集、氣動解算、運動分配、動力學分析、運動控制等一系列技術難題,在1米高超音速風洞(FD-30)中成功開展了M6兩級入軌空天飛行器標模並聯分離雙分離軌跡捕獲試驗,分離軌跡預測精度優於8.7%,達到國際先進水平,可為我國先進高超音速飛行器多體分離安全評估、氣動效能和分離軌跡預測以及分離方案設計等提供支撐。換句話說,這已經不是試驗成功,而是建立了可靠的分析和設計方法了。

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

試驗模型與裝置

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

典型分離流場紋影照片,可以看到子彈激波在母彈上的反射情況

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

上面級分離軌跡(法向重複性)

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

下面級分離軌跡(俯仰方向重複性)

現代戰爭早已超過陸地、海洋、天空三個域,而進入空間域和電磁資訊網路域了。特朗普組建太空軍並不是地產商人的心血來潮,中國實際上走在前面了。中國的火箭軍其實不是負責空間域的,戰略支援部隊才是負責空間作戰的,火箭軍只是提供發射支援。戰略支援部隊還負責電磁資訊網路域。

從60年代起,軍用衛星就非常重要,偵察衛星、通訊衛星、導航衛星、預警衛星成為“一個都不能少”的關鍵戰略資源。但軍用(還有民用)衛星正在經歷一場革命。一方面,大型傳統衛星的效能越來越高,另一方面,小衛星大有喧賓奪主的意思。

重型光學偵察衛星的尺寸可比大巴,重量也差不多。由於數量稀少,重訪週期很長,動輒幾天,只能用於一般偵察,不可能用於實時監視。小衛星則只有100來公斤,體積還不及冰箱大,甚至只有鞋盒的大小。小衛星可以是可見光、多光譜、雷達的,採用合成孔徑側視雷達(SAR)的小衛星尤其引人注目。

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

傳統偵察衛星又大又重,大小和重量都和大巴差不多,這是美國KH-9

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

但才100多公斤重的小衛星就不一樣,這是中國天儀的小衛星

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

小的摺疊起來只有鞋盒那麼大

中國在小衛星方面方面是領先的。10月26日多家媒體報導,電子科技集團三十八所將與天儀研究院合作,建造“天仙”星座。這是由96顆小衛星組成低軌道衛星群,採用X波段合成孔徑雷達。天儀已經與從事衛星發射的長城工業建立關係,2020年2月簽訂用長征8號火箭發射天儀衛星的合同,計劃於2022年Q3實施進一步發射。天儀星座包含19度、28度、40度、52度、97.4度五個傾角,覆蓋整個地球表面,一期規劃56顆,二期規劃40顆。

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

天儀星座包含19度、28度、40度、52度、97.4度五個傾角,覆蓋整個地球表面,一期規劃56顆,二期規劃40顆

天儀研究院是中國商業化小衛星的先行者,2005年成立,已經進行過12次發射,已經發射成功21顆衛星,有100多家商業使用者。天儀的第一代TY-Minisar-C遙感小衛星採用C波段,中心頻率5.5GHz,具有五幅SAR天線,每幅4.56x0.8米。標稱軌道高度500公里,目標定位精度<200米,星載裝置功率消耗<3000瓦,全重185公斤。在條帶模式下,條頻寬度30公里,解析度3米;在掃描模式下,寬幅條頻寬度為70公里的時候,解析度為20米;聚束模式下,凝視區域為5x5公里,解析度為0.5米。

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

條帶模式向固定方向凝視,利用衛星的運動掃視過固定的測繪頻寬。適合對地球表面普查

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

掃描模式以降低解析度為代價,在衛星運動中疊加橫向的掃描,得到更加寬大的掃視條帶,適合超大範圍的普查

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

聚束模式在衛星運動中,對特定地點“向前看”、“向側看”、“回頭看”,在反覆掃描中獲取最大解析度,用於高精度詳查

研製中的TY-Minisar-X採用X波段,中心頻率9.6MHz。同樣具有五幅天線,每幅4.8x0.64米。星載功率提高到3500瓦。同樣具有條帶、掃描和聚束模式,公開的解析度資料與TY-Minisar-C相同,估計要麼是保守估計,要麼是故意低報了。C波段改用X波段要增加功率,但好處是提高解析度。防空導彈系統中常用C波段兼顧探測距離和跟蹤精度的需要,但真正要高精度跟蹤,還是要用X波段。雙波段雷達就是S波段搜尋和X波段跟蹤/制導。好在低軌道衛星的高度不高,X波段也能達到探測距離的要求,但解析度就比C波段高了,否則沒有理由用X波段。

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

天儀是民營的,提供商業性衛星資料服務。在長榮航運的“長賜”號在蘇伊士運河卡住的時候,就提供過高解析度衛星影象,在印度尼西亞蘇拉維西的馬穆朱發生6.2級地震後,立刻向聯合國等救災機構提供3米條帶影象。

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

較高軌道的“海絲一號”的3m條帶樣品圖片

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

“海絲一號”拍攝的吉隆坡機場1米聚束影象

天儀的小衛星採用合成孔徑技術(SAR),相對於光學偵察,雷達偵察不受天氣影響,還能穿透植被、沙土、積雪,獲得表層以下的影象。比如說,SAR影象常用於航天考古,用於揭示肉眼不容易看出的淺層地下或者植被下的古蹟。

SAR還有一般的同口徑雷達不具備的高解析度。簡單粗暴地說,雷達天線越大,解析度越高。但衛星上雷達天線的物理尺寸不可能做得太大。好在天線越大,越不必是完整的“鐵板一塊”,可以由物理上分隔的很多天線連成天線陣來等效,容許的間隔由雷達波段和解析度要求決定。深空探測的射電天文望遠鏡在本質上就是巨大的雷達接受天線,就是這樣動輒幾十上百公里的一大片天線陣。

這也可以反過來。雷達在運動中,在對同一個目標的“向前看”、“向側看”、“回頭看”中,以足夠小的間隙不斷地“拍照”,然後合成起來,以獲得每一幅“照片”本身都達不到的解析度。這就是合成孔徑(SAR)雷達辨率最高的聚束模式。

不這麼來回看,只是向側向凝視的話,則雷達的運動自然在地面“掃過”一條區域,形成條帶雷達影象,這就是普查的條帶模式。利用衛星的傾角,在每次過頂的時候,星下地面軌跡自然地向側面移動不超過條頻寬度的距離,就可以在反覆繞地飛行中,最終形成地球表面的完整普查影象。但這樣的重訪間隔很長,“海絲一號”的重訪間隔為15天。這對於一般性的普查夠用了,但對於軍事上很重要的時間敏感目標就不夠用了。

“天仙”星座有19度、28度、40度、52度、97.4度五個傾角,也就是說,可在全球同時至少有5條軌道在繞地球掃視。每個傾角上實際上不止一個小衛星,後星趕前星,接力掃描使得重訪間隔大大縮小,甚至可做到實時全球監控。天儀沒有說“天仙”是否做到了全球實時監控,但發射96顆之多,應該能做到相當高的實時度了,或者說重訪間隔足夠短,確保重要目標不可能“跑丟”。

定位精度不低於200米(X波段可望至少縮小一半)、解析度0.5米的雷達影象的軍事意義是顯然的,實時全球是遠端打擊武器發揮作用的必要前提。這也是天儀公開提供的民用精度,軍用級大機率更高,否則也沒有必要用功耗更高的X波段。軍民有別、內外有別是軍民跨界企業的通行做法。

SAR衛星群對航母的實時監控作用是顯然的。中國已經具備了反艦導彈導彈,在中國周邊3000-4000公里以內,射程上的全程覆蓋不是問題,東風26的射程可達4000公里以上,但精確掌握美國航母的實時位置是個問題。航空偵察的精度高,但要突破航母的空中防禦圈才能深入到足夠近的距離實時偵察,生存力挑戰很大。無偵-8的速度和高度能突破航母空中防禦圈,但留空時間太短,只能用於發射前對目標的最後核實,不能用作需要較長留空時間的目標指引。傳統的偵察衛星則有重訪間隔太大的問題,不可能用於實時偵察和目標引導。岸基超視距雷達能全時監視,但由於機理上的本質原因,探測誤差很大,只能用作概略搜尋。低軌道星群則不同,既有足夠的精度,又有接近實時的覆蓋能力。

SAR衛星只是小衛星應用的一種。GMTI衛星是另一種,有望成為預警機的有利補充,甚至在預警機難以接近的地區發揮作用。GMTI(ground moving target indication)是地面動目標指示。從地面往空間看,除了目標,都是虛空;從衛星上往下看,不僅有目標,還有致密的大地、海洋,還有星星點點的山巒、城鎮。好處是,那些地物都是固定不動的。

影象數字化後,每一個畫素都由一個數據表示。固定的物體對應的是同樣的資料,如果把緊接著相鄰的兩幅影象相減,固定物體就隱去了,運動的目標就顯示出來了,這就是地面動目標顯示,最早在預警機上使用。

真實實現起來沒有那麼簡單。飛機和衛星本身也在移動,兩幅影象裡理論上不動的大地、建築等在數字影象上會有所移動。容許一定的容差的話,可以避免這個問題,也就是說,在數字影象處理中,相減後數字低於一定的閾值就當作透明(固定)的處理。增加容差可以降低虛警率,也增加對低速目標的漏警率。但目標速度足夠快的話,這點容差不影響探測,飛機或者高超音速飛行器就自曝行蹤了。要是與高精度地貌資料庫結合起來,可以實時補償,恢復解析度。這樣,地面滑行的飛機或者低速的機動車隊都難逃探測。

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

衛星跟蹤高超音速導彈示意圖

GMTI一般指雷達,但用於凝視紅外陣列也一樣,後端都是某種形式的數字影象。和雷達GMTI相比,紅外GMTI另有妙用。飛機、車輛、艦船、導彈的發動機都有難以掩蓋的紅外特徵,與雷達GMTI相對照,容易抓出蛛絲馬跡。

SAR衛星群和GMTI衛星群結合起來,結合強大的計算機和儲存、分類能力,可以做到從起飛/出發到著陸/歸來的全球實時監控。理論上美國F-22在嘉手納降落後,剛滑到停機坪,東風17就可以招呼上來了;關島B-2正在停機坪上,還沒有完成起飛準備,東風26就招呼上來了;美軍輕裝飛抵臺灣,還在啟封預存裝備(這是假想的,但美國和臺灣都有人在想這件事),遠火就招呼上來了。這是革命性的改變。美國的全域戰裡,小衛星也是關鍵部份。

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

美國的全域戰裡,小衛星也是關鍵部份

小衛星用於通訊衛星的話,單兵無線電就可以透過小衛星上網,而不必透過又大又重、還是電老虎的傳統衛星通訊裝備了。結合波束指向技術,通訊小衛星還可以強化目標地區的覆蓋,支援作戰通訊需要。低軌道小衛星的訊號延遲也大大低於同步軌道通訊衛星。同步軌道在36000公里的高空,訊號往返有0.25秒的滯後,這是電磁訊號傳播速度決定的。在360公里甚至更低的軌道上執行的小衛星自然只有不超過0.25毫秒的滯後,這對通訊頻寬、遙控都是具有決定性意義的。

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

低軌道小衛星的延遲比同步軌道低得多

在民用方面,災害救援、農林勘察、森林防火、土地勘察、海空交通指揮都是可能的應用。

小衛星成本低,本身接近可消耗,低軌道使用的話,200公里以下都是可能的,對於訊號功率、感測器靈敏度的要求極大降低,而探測精度、訊號強度大大提高。當然,低軌道執行有稀薄空氣阻力的問題,衛星壽命較短,但只要能低成本補射,這就不是問題。

小衛星在技術上沒有跨不過去的難關,難關在於大量、低成本的發射,這就是TSTO的用武之地了。

TSTO的另一個用武之地是軌道戰鬥機。

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

央視介紹中國JF-12和JF-22風洞的時候,注意坐下的“多基入軌系統的分離”

衛星是軌道飛行器。通常的軌道飛行器在真空中飛行,變軌只能靠姿態控制火箭發動機拋射大量燃氣,以形成足夠的動量。衛星的星載燃料不可能太多,幾次變軌就用完了,但突發目標經常需要變軌才能及時覆蓋,否則要等軌道傾角自然變過來,花時間很長,很不方便。利用衛星變軌的不易而定時採取隱蔽、偽裝和機動措施,這是反衛星偵察的基本手段。

但氣動輔助變軌就不一樣了。大氣層邊緣是大氣密度迅速變化的地方,極端一點的比方就好比空氣與水面的介面,這就可以打水漂了。

打水漂需要仔細控制石片與水面之間的迎角。迎角增大,回彈更高,但減速加大;迎角減小,回彈很低,但存速較高。要達到最遠的水漂距離,有一個最最佳化的問題,但迎角過大或過小都導致石片直接沉沒。如果以一定的側傾角打水漂,彈起來的時候會在反彈力下改變前行的方向。同樣,側傾角需要仔細控制,而且要與迎角仔細配合,否則容易導致直接沉沒。帶側傾的水漂正是氣動輔助變軌的要點。

對於軌道飛行器來說,氣動輔助變軌在淺再入中利用大氣層邊緣的密度差和氣動控制能力打水漂,在轉向反彈、重新入軌的時候完成變軌。淺再入時需要用反推力減速脫軌,重新入軌的時候需要加速入軌,都需要消耗燃料,但比用反推力直接變軌節約燃料多了。

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

氣動輔助變軌示意圖,淺紫色為大氣層

氣動輔助變軌使得軌道飛行器變為軌道戰鬥機,軍事意義不言而喻。作為軌道偵察機,這可以迅速改變偵察區域,偵察新出現的突發情況;或者極大縮短重訪間隔,實現準實時跟蹤。作為反衛星戰鬥機,這可以抵近擊毀甚至捕獲敵對衛星。作為衛星補給運輸機,這可以為自己的高價值衛星補充燃料、更換易損部件,延長在軌壽命。作為部份軌道武器平臺,這可以在戰時變軌到攻擊位置,投放重力再入的戰鬥部,敵人基本上沒有預警時間。

氣動輔助變軌也可以用於洲際高超音速滑翔導彈,在進入最終的滑翔前,透過多次類似氣動輔助變軌的機動,在多次受控水漂中改變彈道,同時減速到適合轉入高超音速滑翔的速度,而不是用簡單的“深探入”、猛拉起減速。這樣的滑翔增程效率更高,彈道更加變幻莫測,使得導彈發射預警對彈著點預測毫無用處,極大壓縮中段反導的視窗,迫使對方依賴不可靠的末段反導,極大增加突防機會。

氣動輔助變軌還有民用前景,比如說在一次發射中攜帶多顆衛星,反覆變軌,多次精確釋放衛星,減少衛星用自身燃料入軌的消耗。還可以做好人好事,清掃軌道垃圾。氣動輔助變軌正是央檢視版中右上角的部份,左下角的兩級入軌是前導技術。

理論上的奇思妙想是容易的,實現就難了。在大氣層邊緣打水漂最早是納粹德國時代尤金·桑格爾提出的構想,在納粹時代甚至雄心勃勃地開始了軌道轟炸機的設計,這是要成為希特勒反制美國的殺手鐧的。由於技術上過於超前,計劃擱置了。事實上,可控的水漂技術到現在依然屬於前沿中的前沿。

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

在二戰中,納粹德國在尤金·桑格爾的領導下,一度研製名為“銀鳥”的軌道轟炸機,用於轟炸美國,最終因為無法克服的技術困難而放棄

斯普特尼克2.0,中國用高超音速導彈發射導彈

美國神秘的X-37B據稱採用氣動輔助變軌技術

美國神秘的X-37據說就是氣動輔助變軌的技術驗證機,已有2架投入實用,2010年1號機首次升空,2011年2號機首次升空。兩架X-37已經完成5次軌道飛行,在軌時間分別為224天、468天、674天、717天、778天,現在正在進行第6次軌道飛行。據報道,X-37在第5次飛行時才進行了變軌試驗。

中國的氣動輔助變軌研究進展是保密的。但已經在央視的圖版上了,而圖版已經被證明不是在畫餅。中國從來不只畫餅、不上菜。外界看到畫餅的時候,至少已經在揉麵了,如果不是正要出鍋的話。有理由相信,中國的氣動輔助變軌技術至少已經在路上了,而且已經走得很遠。

四川綿陽有FD-30,北京有JF-12和JF-22,正是這樣的高超音速風洞群,使得中國可以極大地加速高超音速技術的研究和實用化,7月的高超音速分離試驗是紮實的一步,目的不是震驚美國,要不是美英吆喝,中國本來是悄沒聲息地打算悶頭趕路的。都說美國畫餅,中國上菜。菜還沒有做完,做完了自然就上桌了。

當然,這是完全不同的一張桌。中國不僅是大廚,也是唯一的座上客。美國還沒有掙出入門券,這是斯普特尼克時刻以後唯一一次美國被隔絕在關鍵的前沿科技門外的時刻,曾經的歐洲列強和工匠日本則連門朝哪裡開都沒有摸著。

斯普特尼克還真是有個兒子。

分類: 遊戲
時間: 2021-12-18

相關文章

網易神作《超激鬥夢境》試玩測評,灰羽堪稱“刷圖滴神”?

網易神作《超激鬥夢境》試玩測評,灰羽堪稱“刷圖滴神”?
網易神作<超激鬥夢境>試玩測評,灰羽堪稱刷圖滴神? 大家玩了網易新推出的<超激鬥夢境>這款遊戲了嗎? 作為各大遊戲的體驗愛好者,真的不得不說,這款遊戲真實絕了!當然,在體驗過程 ...

不止是農用神車,也是改裝神車!本田CG125改裝欣賞

不止是農用神車,也是改裝神車!本田CG125改裝欣賞
本田一代經典CG125是中國家喻戶曉的神車,造型簡單皮實耐用,價格也不貴,這也是其能經久不衰的最大原因. 但其實CG125不單單是農用神車,在改裝領域也是潛力巨大,誕生了不少優秀的作品,下面來欣賞一下 ...

顯白髮色攻略 黃黑皮 橄欖皮適合的髮色是?

顯白髮色攻略 黃黑皮 橄欖皮適合的髮色是?
染髮後臉色更灰暗? 色調沒選對哦! 選髮色的基本法則--依照膚色 在家省錢染髮,你知道怎麼選適合的顏色嗎? 一般情況下依照膚色來選擇是最基本的. ※橄欖皮※ 特徵:介於白與不白之間.一曬太陽就白皙,光 ...

為中科院天文臺提供北斗同步時鐘-衛星同步時鐘系統-gps北斗時鐘

為中科院天文臺提供北斗同步時鐘-衛星同步時鐘系統-gps北斗時鐘
助力國家天文事業快速發展---為中科院天文臺提供北斗同步時鐘,為天文臺提供精確的GPS北斗時間,前期經過多次與天文臺老師溝通,經過反覆論證,最終提出滿足實際應用的GPS北斗同步時鐘解決方案. 中國科學 ...

2016年的房地產“神預言”,13條必經之路,中國已走完大半

2016年的房地產“神預言”,13條必經之路,中國已走完大半
5年前關於地產的天涯論壇"神貼",正在一個一個實現! 01 房地產的神預言 近期,有一個關於中國房地產的神預言火爆全網. 原貼是2016年9月,有人在天涯論壇上預測國家對於房地產的 ...

無職轉生科普:七大列強在內所有的神級持名者!天花板級戰力介紹

無職轉生科普:七大列強在內所有的神級持名者!天花板級戰力介紹
隨著動漫的更新,第二季的推出,時間線也拉到了命運的轉折點,魔陸篇!在許多的異世界題材中,無職轉生絕對算的上是一部佳作,甚至神作!一部好的故事總有著無數的線索,牽引著整個世界觀的啟動! 無職轉生 無論是 ...

三個角度分析,影豹真有那麼“神”?

三個角度分析,影豹真有那麼“神”?
效能資料放大化,已是不少車企吸引年輕人的集中火力點. 作為廣汽傳祺在今年投放的一款全新重磅車型,加持1.5T動力6.95秒破百亮點的影豹,一經亮相便收穫了不少關注,其加速成績.智慧和品控表現都成為了外 ...

落戶神盤?我說它得是銷冠

落戶神盤?我說它得是銷冠
其實,我覺得標題有點篤定了,但是我不想改.這專案一出,我猜最晚一年清盤,甚至銷售套數還得是個銷冠才能配得上它這名字. 在北京,尤其是在南城,環線邏輯根本就行不通,南四環的房價還沒有五環外的大興跟亦莊貴 ...

25年前被大眾軟體“騙”過的經歷:雜誌吹成神作,結果買回家封塵

25年前被大眾軟體“騙”過的經歷:雜誌吹成神作,結果買回家封塵
前言 遊戲這東西,不同口味的人,對遊戲有不同的接受程度,以知事兒為例,我從小非常喜歡具有故事劇情的作品,如果劇情能帶點陰間玩意,那就更對我胃口了,這也是我特別喜歡<仙劍奇俠傳>以及< ...

詩歌唐朝李唐21帝王詩(6)——武周聖神武則天
[武則天]公元624年-公元705年),中國歷史上唯一一位女皇帝,尊為武周聖神皇帝.本名武媚娘,即位後改名武曌,取意"日月當空"(有另一種寫法,瞾,取其"雙日當空&quo ...

斗羅大陸四大真神造型公開,羅剎神展露邪惡的心,背刺天使神

斗羅大陸四大真神造型公開,羅剎神展露邪惡的心,背刺天使神
大家好,北冥特攝漫評,帶你看不一樣斗羅大陸. 斗羅大陸存在著很多神位,但真正登場的應該只有四位,其他神的只是走個過場.這四位神找到了各自的傳承者,也就是比比東,唐三,唐晨以及千仞雪,然而這中間發生了很 ...

日本的靖國神社,為何一定不能參觀?裡面除了供奉戰犯還有什麼?

日本的靖國神社,為何一定不能參觀?裡面除了供奉戰犯還有什麼?
你知道日本的靖國神社嗎? 這是一箇中國人必須知道 並且必須堅決抵制的地方 是傷害了幾代中國人感情的齷齪之地 為什麼靖國神社這麼令人反感 為什麼我們絕不容許參拜靖國神社的行為 靖國神社裡面除了那些甲級戰 ...

停不了!神舟12號返回,天舟三號又將發射,中國批覆17國入空間站

停不了!神舟12號返回,天舟三號又將發射,中國批覆17國入空間站
什麼情況?中國又成功了?的確,中國又成功了!中國再次"打破"了國外對中國技術封鎖之下的"進度",中國神舟十二號任務取得圓滿成功,三名宇航員已經成功返回地面.這是 ...

河北省再現“高考烏龍”,581分報考原三本院校,實在太可惜了
2021年高考,有位同學考了581分的成績,這個成績在整個河北省算不上什麼高分,但成績也算是可以的,畢竟600分以上的考生人數不是太多,這位考生的位次是比較靠前,即便咱們河北省高考競爭十分激烈,但以5 ...

夏日大作戰丨從上汽大通MAXUS旅行家V90看原廠房車的空調威力

夏日大作戰丨從上汽大通MAXUS旅行家V90看原廠房車的空調威力
夏日,是一個充滿活力的熱辣季節,總是勾起我們走出去的熱情與衝動,但隨著火辣的熱情而來的,還有同樣火辣的溫度,對於我們每一個"旅行家"而言,不讓火辣的溫度影響我們出遊的火辣心情是一件 ...

問世37年,《龍珠》誕生了6代神族,界王曾經是宇宙最強

問世37年,《龍珠》誕生了6代神族,界王曾經是宇宙最強
在大部分熱血動漫中,世界上都有神族的存在.神族是遠遠凌駕於凡人之上的存在,他們能夠隻手遮天,翻雲覆雨. 當人類遇到自己無法解決的困難的時候,往往會求助於神族. <龍珠>也不例外. 問世37 ...

真實臨場感秒掉原車BOSE系統,奧迪Q7升級德國原裝進口RS競賽音響

真實臨場感秒掉原車BOSE系統,奧迪Q7升級德國原裝進口RS競賽音響
奧迪Q7是一款強調舒適性的全尺寸SUV,將運動性.功能性.高科技和豪華品質巧妙地融為一體.在公路上,它憑藉無限動感的操控性與運動特性脫穎而出;在越野道路面,它強勁的驅動力更令人驚歎.它在保證整車出色效 ...

奧迪A4L改裝座椅通風,你知道原廠和副廠的區別嗎?

奧迪A4L改裝座椅通風,你知道原廠和副廠的區別嗎?
大家好,我是啵啵醬! 進店改裝的所有奧迪的座椅通風,全部都是採用德國原廠進口配件,原車出廠時就預留的安裝位置,免破線,原車走線,而且原車安裝的好處就是免除異響的困擾.熟悉奧迪的人應該都知道,異響是奧迪 ...

“鬼才之眼”王昱珩一戰成名三戰封神,助警察成功破案,如今咋樣

“鬼才之眼”王昱珩一戰成名三戰封神,助警察成功破案,如今咋樣
2014年,一檔名叫<最強大腦>的節目刷爆網路. 一個個像擁有"特異功能"的選手層出不窮,讓觀眾大呼"神人". 而隨著節目的熱播,節目組的官方媒體號 ...

世界過敏性疾病日|幫你找出過敏“真兇”—過敏原檢測

世界過敏性疾病日|幫你找出過敏“真兇”—過敏原檢測
本期專家:北京中醫藥大學東方醫院 楊碧蓮 李姝燏 過敏性疾病又稱變態反應性疾病,是指機體收到某些過敏原刺激時,出現的生理功能紊亂或組織細胞損傷的異常免疫反應.比如我們熟知的蕁麻疹.特應性皮炎.過敏性鼻 ...