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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

** 博客文章文責自負,不代表本公司立場 **

種種跡象顯示,美軍正在加速打造這把針對中國的利刃。

《環球時報》旗下軍事公眾號「樞密院十號」引述日本共同社報道,美國海軍陸戰隊司令史密斯上月受訪時宣稱,美國海軍陸戰隊「未來數年內」將在關島部署小規模且具備快速反應能力的「瀕海作戰團」,以「對抗來自中國的攻擊」,並保護日本、菲律賓等盟友。

史密斯稱,「瀕海作戰團」設立目的是提供遠程探測和火力打擊,能夠使用機動導彈打擊對手的艦隻,還能向偏遠島嶼部署小規模海軍陸戰隊,從而保護日本本土、菲律賓和南韓。

2022年3月,美國海軍陸戰隊首個「瀕海作戰團」在夏威夷成立。去年11月,美軍第二支「瀕海作戰團」在沖繩成立。日媒稱,美軍駐紮在沖繩的「瀕海作戰團」在緊急情況下將被分散並部署到周圍島嶼,「從陸地上攻擊中國海軍艦艇,擾亂中方軍事活動」。史密斯還透露,美國海軍陸戰隊「數年後」將在關島部署第三支同類部隊,目的是「可以迅速從關島向菲律賓展開。」

正在訓練的「瀕海作戰團」。網上圖片

正在訓練的「瀕海作戰團」。網上圖片

值得注意的是,根據此前的計劃,美國海軍陸戰隊依托駐沖繩第4海軍陸戰團、第12海軍陸戰團組建2個「瀕海作戰團」,分別於2025年至2026年、2027年至2030年完成,但根據去年3月美國國會研究服務部的報告,美國海軍陸戰隊的第三個「瀕海作戰團」有望於2025年在關島成立,顯示實際改編進度明顯加快。

當被問及這些安全措施是否足以「阻止中國」時,史密斯稱,「這就要問中國了」。他揚言,「如果他們不想讓自己的艦隻沉沒,那麼這就足以阻止他們」,「一旦他們攻擊菲律賓或日本,那對他們來說將是非常糟糕的一天。因為我們致力於共同防禦日本」。

根據美軍構想,如果西太平洋地區爆發大規模衝突,這3個「瀕海作戰團」可從駐地迅速前出,沿島鏈動態分佈式部署,構築多層「遠征前進基地」,為兩棲登陸艦實施「前沿海域控制作戰」奠定基礎,最終完成對關鍵海峽的封控。《華盛頓郵報》今年3月介紹,「瀕海作戰團」規模小、更具機動性,主要任務不是執行傳統的兩棲攻擊,而是在第一島鏈等「中國遠程火力覆蓋範圍」內的偏遠島嶼實施快速部署、收集情報以及使用反艦導彈擊沉艦艇,從而牽制解放軍並為美國海空軍主力提供火力引導。

為此,「瀕海作戰團」也特意配備了精幹的編制和先進的武器。1個「瀕海作戰團」由1800人至2000人組成,包括1個指揮所、1個瀕海戰鬥隊(下轄1個機步營和1個反艦導彈連)和1個後勤營。其中瀕海戰鬥隊主要裝備是安裝在聯合輕型戰術車輛上的「海軍打擊導彈」,實施海上拒止與海上控制作戰;瀕海防空營則配備對空監視的AN/TPS-80地面防空雷達,以及執行偵察和打擊任務的MQ-9「死神」無人機。此外,「瀕海作戰團」還會配備美國海軍新研製的輕型兩棲登陸艦,旨在填補大型多用途兩棲戰艦與小型短程登陸艇之間的能力空白,以確保能夠在島嶼之間快速機動。

不過,正如美軍近年來推進的其他軍事變革一樣,「瀕海作戰團」的實際效能也遭到各方質疑。例如在現代化偵察體系面前,「瀕海作戰團」很難在小島上掩飾蹤跡,從而失去了最重要的隱蔽性。《華盛頓郵報》稱,盡管美軍可以通過對車輛進行偽裝、拉開車輛間距、頻繁移動車輛以及間歇性通信等方式來降低自身的識別度,但美國智庫新美國安全中心國防項目主任佩蒂約翰承認,在小型島嶼,可藏身的區域和能通行的道路都較少,「因此中國更易搜索並最終找到他們要找的東西」。

同時,「瀕海作戰團」配套的裝備也存在麻煩。例如「瀕海作戰團」部署所必須的輕型兩棲登陸艦,到目前都還沒有完成設計定型,未來採購數量和部署時間需要國會層層審查,就連美媒都承認前途難料。

「瀕海作戰團」配套的輕型兩棲登陸艦尚未定型。網上圖片

「瀕海作戰團」配套的輕型兩棲登陸艦尚未定型。網上圖片

至於「瀕海作戰團」戰術需要部署的那些島嶼,自然也不是無主的。一旦爆發衝突,這些島嶼所屬的國家是否允許美軍利用它們與中國作戰,一切也都是未知之數。因此和美國陸軍推進類似作戰理念的多域特遣部隊一樣,這些化整為零的「游擊戰」能否在體系對抗的現代戰爭中佔到便宜,還是未知之數。

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