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嫦娥六號「黑科技」曝光 31馬赫超高速90度急轉彎 演繹太空「打水漂」

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嫦娥六號「黑科技」曝光 31馬赫超高速90度急轉彎 演繹太空「打水漂」
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嫦娥六號「黑科技」曝光 31馬赫超高速90度急轉彎 演繹太空「打水漂」

2024年07月09日 15:42 最後更新:15:53

被譽為「嫦娥之父」的歐陽自遠院士曾深刻指出:「誰控制了外太空,誰就控制了地球。」這一預言在中國航天的最新壯舉中得到了生動體現——嫦娥六號月球探測器憑藉其先進的技術,在回歸之旅以驚人的31馬赫超高速,在地球大氣層的邊緣巧妙實施了高難度的90度急轉彎,仿佛在太空中演繹了一場精準的「打水漂」絕技。

嫦娥六號返回器的回程十分順利,不僅實現了世界首次月球背面採樣返回,返回地球時的最高速度亦達到了31馬赫。這一超越「奧特曼的速度」,令其成為迄今為止速度最快的返回式航天器。

31馬赫的速度,到底有多快?

據內地軍事評論專欄「科大烽火」解釋,馬赫數是速度與音速的比值,音速在不同高度、溫度和大氣密度狀態下具有不同數值,因此馬赫數只是一個相對值。空氣中的音速在1個標準大氣壓和15℃的條件下約為340m/秒,1馬赫是指飛行體在海平面高度時340米/秒,或1224公里/小時。而隨著高度的增加,大氣溫度的降低,音速值也會下降,例如在2萬米高空的音速值大約為290米/秒。而到了100公里左右的卡門綫(大氣層與外太空的界限),音速值會更低。

如果不考慮高度和溫度的變化,嫦娥六號的31馬赫速度,大約折合為10.5公里/秒,嫦娥六號的31馬赫速度已經高於第一宇宙速度。第一宇宙速度為7.9公里/秒,大約折合為25馬赫。目前射程最遠的洲際彈道導彈的最大關機速度也就是25馬赫左右。而嫦娥六號的速度超過了目前射程最遠的洲際彈道導彈。

同時,嫦娥六號的彈道十分詭異,再入點的高度為5000公里,是打著「水漂」返回地球的,其後半段的彈道就像是一枚乘波體構型的高超音速導彈。

這次嫦娥6號返回地球,完全是按照「錢學森-桑格爾彈道」回來的,進行了太空「打水漂」機動,而且是二次彈出大氣層,二次再入大氣層,先後打了兩個「水漂」。

「錢學森-桑格爾彈道」,其實是兩個不同的概念。桑格爾彈道是由德國科學家教授桑格爾提出於上世紀30年代,桑格爾設想一種火箭發動機的飛行器,發射後先爬升到100~120公里高度的臨界空間,然後向下俯衝,在大氣邊緣彈跳著飛行,這就是著名的「桑格彈道」。

而此時在美國的科學家錢學森提出了一種革新的彈道設想,先是用火箭發動機將飛行器推送進入太空,軌道高度200~300公里,然後再掉頭俯衝,進入大氣層高度100公里的「卡門綫」下方以後,以滑翔狀態前進,這樣可以用較少的燃料消耗獲得較大的飛行距離。

錢學森彈道的主要特點是飛行器由火箭助推先飛出大氣層,然後在大氣層邊緣進行滑行飛行。而桑格彈道更像是在大氣層裏面跳躍著「打水漂」,後來有人將二者統稱為「錢學森-桑格爾彈道」。

嫦娥6號的軌道器和返回艙在南大西洋海域上空5000公里的高度開始裝訂返回地球的彈道參數,這相當於給一枚太空中飛行的洲際彈道導彈輸入了瞄準數據,然後嫦娥六號的軌道器和返回艙解鎖分離,這相當於帶有分導式多彈頭裝置的洲際彈道導彈釋放核彈頭。返回艙以31馬赫的高速呈彈道式下落,在距離地面大約120公里的高度進入了地球大氣層邊緣,開始第一次氣動减速。

經過第一次氣動减速的返回艙下降至預定高度(大約80公里),然後返回艙翻身調整氣動姿態,在氣動作用下掉頭再次向上彈跳,躍出了大氣層,到達一定高點以後轉身向下,第二次進入了大氣層,開始實施第二次氣動减速。

這個「打水漂」軌道,學名為「地月自由返回軌道半彈道跳躍式著陸技術」。返回艙在距離著陸區數千公里的很遠位置第一次再入大氣層,隨後返回艙被上層大氣「彈」回了太空,最後返回艙再次進入大氣層,减速至開傘正常著陸。這個過程大約相當於一次洲際彈道導彈的乘波體高超音速戰鬥部的「水漂突防」。

嫦娥六號使用獨特的兩次打水漂返回彈道,也就是「半彈道跳躍式返回技術」,就是針對上述所說的嫦娥六號高達31馬赫的再入速度的。如果嫦娥六號的返回艙直接以這樣的高速返回,那麽數千度熾熱的氣動加熱將是極為劇烈的,嫦娥六號如果單純的采取防熱措施,會大幅度增加返回艙重量。

由於嫦娥六號的高度和直徑都是1.25米,重量只有300公斤,不太可能像幾噸重的神舟飛船那樣大量敷設隔熱瓦,必須結合跳躍式返回彈道來减速,延緩氣動燒灼。

因此必須為嫦娥六號返回器進行大氣層减速,於是中國航天工程師們就按照「錢學森-桑格爾」滑翔彈道設計了一個比較平緩的兩次打水漂條約彈出大氣層的返回彈道,這樣就能把嫦娥六號返回艙的燒灼控制在理想範圍內。

嫦娥6號的整套動作就像是兩次「打水漂」,也稱為「半彈道跳躍式返回」技術。半彈道式返回幷不是中國的獨創,當年蘇聯和美國都應該過,包括蘇聯的Zond-6、Zond-7、Zond-8三次探月返回任務,以及美國阿波羅登月的無人飛船任務。但美蘇的「半彈道跳躍式返回」都比較粗糙,其二次起跳的高度較低,航程增加有限,而且落點精度誤差有數百公里。

而中國把這種技術發揚得非常好,兩次起跳橫跨6000多公里,最終落點十分精確,這說明中國的返回艙控制和姿態都非常完美。嫦娥六號甚至與嫦娥五號的著陸點相距只有1.85公里。這還算上了末端開降落傘的漂移量,如果沒有降落傘,那麽末端精度數百米是可以做到的。嫦娥六號的落點精度非常高,最後的落點與基本瞄準點極為接近,幾乎達到了最理想的狀態。

目前這種技術應用於最先進的洲際彈道導彈和高超音速武器的突防措施上。大家還記得東風-17高超音速導彈吧,這種高超音速導彈就採用了「打水漂」技術,以高超音速在大氣層邊緣連續的「打水漂」突防,讓强敵防不勝防。如果嫦娥6號的返回艙裝有核彈頭,那就是一枚具備乘波體高超音速戰鬥部先進突防能力的洲際彈道導彈。




止戈堂

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福建艦第三次海試曝驚喜 首次起降空警-600預警機

2024年07月23日 16:22 最後更新:16:31

福建艦完成第三次海上測試,與空警-600的配合,無疑是國內外軍事觀察家關注的焦點。

近期,社交媒體上流傳的一組照片,顯示福建艦在渤海北部水域進行第三次海試時,尾部出現了紅藍綠三色的光斑。

這些光斑引起了廣泛討論,專家們根據照片分析認為,這種現象可能是某型號艦載機在執行觸艦復飛訓練時留下的痕迹。

巧合的是,在福建艦海試水域東北方向大約100公里的興城機場附近,人們同樣捕捉到了空警-600預警機的蹤影。

外界紛紛推測,這處光斑應是空警-600艦載機,意味著空警-600登上福建艦並投入實際運用可能已經進入倒計時階段。

7月3日,中國海事局發布通告,稱從7月4日10時至7月12日10時,黃海北部水域將執行軍事活動,禁止其他船舶駛入。與此同時,舾裝完畢的福建艦也於同日駛離江南造船廠碼頭,對此坊間認為,福建艦將在黃海北部水域展開第三次海試,為期9天。值得注意的是,福建艦此次海試要比第一次海試多1天(5月1日~5月8日),比第二次海試(5月23日~6月11日)少11天,所以如無意外的話,福建艦將在7月12日當天踏上返程之旅。

央視《大國航母》紀錄片的其中一段,這是航母彈射模擬器的畫面。並不是真實的景象。

央視《大國航母》紀錄片的其中一段,這是航母彈射模擬器的畫面。並不是真實的景象。

但就在7月8日,中國海事局又發布了通告,稱從7月10日12時到7月24日12時,渤海北部水域將進行軍事演習,禁止其他船舶駛入。與月初的通告相比,「軍事活動」升級到了「軍事演習」,至於時間則多了6天。有鑒於此,坊間認為這是福建艦要延長海試時間,至於試驗科目則與空警-600預警機上艦有關。

為什麽會有這個說法呢?

一是在7月上旬,有人在興城機場附近拍攝到了正在飛行中的空警-600艦載預警機,由於天色陰暗,加之畫質模糊,因此看不出這架空警-600艦載預警機的具體塗裝。

二是在7月14日,社交媒體突然流傳出一張著名照片,即正在海試中的福建艦身後出現了若干點紅藍色光斑。之所以會産生紅藍色光斑,是由於拍攝器材中的傳感器因曝光延遲導致的三原色分離現象所致,如果將其叠加在一起則為白色,按照上述推斷來看,當時應有一架飛機正在靠近福建艦。

三是坊間通過將紅藍色光斑放大,認為這架飛機的翼展應在25米左右,該數據與此前出現在興城機場內空警-600預警機的翼展數據(據測算為24.32米)極為相似,綜上所述,外界認為當時靠近福建艦的這架飛行型號,應為頻頻引起熱議的空警-600艦載預警機。

明確是空警-600艦載預警機後,坊間也對該機的測試科目頗為感興趣,有人說是模擬著艦訓練,即俗稱的觸艦復飛訓練,也有人認為是實際著艦訓練。

觸艦復飛訓練有兩個作用,首先是使艦載機飛行員正確體會著艦的操縱程序與動態,其次是訓練艦載機飛行員在遇到突發狀况和著尾鈎失效後,迅速將飛機拉起復飛的緊急處置辦法。

至於實際著艦訓練就是指艦載機完成降落到最後阻攔著艦的全過程訓練,兩者差別在於掛阻攔索與减速過程。那麽空警-600艦載預警機到底在進行哪種訓練科目呢?

答案很可能是觸艦復飛試驗。回到那處紅藍色光斑身上,通過放大測算可知,紅色光斑與藍色光斑之間的距離為79米、至於兩者的曝光延遲則為1.005秒,由此可知這架空警-600艦載預警機當時的航速為79米/秒或是284千米/小時(150節)。

需要指出的是,79米/秒要比噴氣式艦載機的著艦速度(70米/秒)高出約10米/秒,然而在實際著艦訓練過程中,艦載機要做的就是减速,與之恰恰相反的便是觸艦復飛訓練過程中則不强調這一點。另外還可以蘇制安-24及安-26兩型運輸機著陸速度為參考,前者著陸速度為165千米/小時、後者著陸速度為175千米/小時,這意味空警-600艦載預警機在進行實際著艦訓練時,航速一定要遠低於284千米/小時。

另外還有一點需要注意的是,最近又有多張照片流出,內容為福建艦海試中的飛行甲板畫面及各類保障人員,當然亮點當數配套在電磁彈射系統之間的集成式彈射控制站。從中可以看到,福建艦上的集成式彈射控制站已經升起,旁邊還站著一位身著黃馬甲(指揮類戰位,負責艦載機的轉運、放飛、回收,曾經爆火的「航母style」就是他們完成的)的保障人員。

坊間認為此舉應與此次空警-600艦載預警機進行觸艦復飛訓練有關,但很可惜,上述說法有失偏頗,更準確地來說,這些照片應是福建艦在進行前兩次海試時拍攝的,並無近期在確認沒有泄密的情况下流出的。

從勞動節首航至今,在不到三個月的時間內,福建艦就已進行了3次海試,且海試時間一次比一次長,然而更令人沒有想到的是,坊間還在此過程中發現了空警-600艦載預警機的身影。

儘管種種迹象顯示,空警-600艦載預警機只是在進行觸艦復飛訓練,距離實際著艦訓練尚有一段路要走。讓我們共同期待,福建艦在海試中創造更多輝煌,為中國海軍貢獻新的戰鬥力。

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