速度超5马赫的高超音速武器有多强?为何研发难度极大?

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倘若一枚导弹袭来,众多雷达将全部失灵,各类防空设备都将形同虚设,届时情形如何?

这并非科幻片里的情节,而是各个军事强国都在全力研发的先进装备——高超音速导弹。它的飞行速度能达到5倍音速以上。以如此惊人的速率飞行,任何拦截措施都显得力不从心。

问题是,这层窗户纸,太难捅破了。

我们当前速度最快的军用飞机,都装备了涡轮喷气式动力装置。这种装置类似于大型鼓风设备,它通过前方吸入空气,在内部进行压缩,接着喷射燃料并点燃,最后将燃气向后排出。然而,当飞行速度达到五倍音速时,迎面冲来的空气会变得异常迅猛且温度极高,足以将发动机彻底损毁。这种方案行不通。

用火箭吗?火箭确实速度很快,不过有个非常致命的弱点。它必须携带自身的燃料,还要携带氧化剂。这好比一个人跑步,不仅要带水,还得背着个庞大的氧气罐。虽然能跑得快,却显得笨拙沉重,跑不远,更不用说在大气层中改变方向了。

几十年来,5马赫就像一堵墙,全世界的聪明人都被挡在了墙外。

通用电气的一些技术人员,似乎发现了一种能够攻破这个障碍的工具,但这种工具,简单得令人难以置信。

一个管子和一块黑橡胶

他们搞出来的东西,叫冲压发动机。

这个装置的运作方式,十分直接。它本质上是一根造型独特的管道,内部极其空旷。既找不到转动的扇叶,也见不到精密的涡轮结构。

它完全无需主动压缩空气。一旦它超音速飞行,周围的空气会自发急速涌入这个管道,速度极快,空气会自动形成高压状态,温度骤然升高至数千摄氏度。

发动机把飞行器的速度,变成了自己的力量。

接下来,向那团炽热且密度极大的气流中,注入可燃物,使其燃烧起来。炽热的气体猛烈地向后喷射,从而形成了强大的推力。

这个构思形成已久,却始终未能实现。症结所在,是如何在迅猛的气流中,可靠地维持燃料燃烧。这情形犹如在狂风肆虐时,试图让蜡烛持续燃烧且火焰稳定,难度极大。

先前人们致力于研究液体推进剂,设计了许多结构繁复的输送与调控装置,力求实现精准操作。然而实践证明,装置越是精巧,整体越是臃肿,可靠性反而越差,故障率也随之升高。

通用电气公司的技术人员更换了动力系统,他们不再使用燃油,而是取而代之的是一块黑色的、质感类似橡胶的部件。

这并非寻常物品。它属于固体推进剂,却迥异于一般火箭使用的推进剂。传统火箭推进剂是将燃料与氧化剂混合成易燃混合物,遇火即爆,且无法自行终止燃烧,犹如巨大的烟火。

GE这种“深色弹性体”,完全不含任何氧化成分。它本质上就是纯粹的燃烧材料。通常情况下,用火机去点燃它,往往难以成功。

一旦放入那个通道,遭遇几千度的高速气流,它便化作恶鬼。

它从内部开始,逐步向外稳定燃烧,类似蜡烛的燃烧方式。管子负责引入空气,作为其助燃剂。空气的供给量与燃料的消耗量完全匹配。整个过程简单明了,易于掌控,并且效率非常高。

效率高了四倍的怪物

这个“管子+黑橡胶”的组合,到底有多厉害?

我们借助“比冲”这个指标来评估发动机的性能,可以通俗地理解为,每单位燃料能够驱动车辆行驶的里程数。

涡轮冲压喷气发动机_高超音速武器冲压发动机_GE ATLAS 固体燃料发动机

传统火箭发动机,比冲大概是240秒。

GE研发的这款名为ATLAS的推进装置,其比冲数值达到了1000秒。

这是怎么回事呢,具体来说,同等重量的推进剂,其产生的动力表现,远超常规火箭的四倍。关键在于它舍弃了笨重的氧化剂储存单元,因此,全部的重量都直接用于制造推力。

更关键的是,它变得无比简单和便宜。

缺少了液体推进剂系统里那些复杂的输送设备,这个引擎活动的部件就非常有限。活动部件数量不多,就能显著降低故障率。在超高速飞行时那种极端恶劣的环境下,结构越是简洁,其工作稳定性就越是突出。

对于一次性用完就作废的导弹武器而言,成本低廉且性能稳定,这无疑是非常有利的。

为了检验这个物件究竟是否有效,通用电气公司的实验流程颇具巧思。他们并未急于启动,以免发生爆炸。

他们寻来一架属于祖辈时代的F-104战斗机,该机型已陈旧到适合陈列于博物馆之中。接着,他们将一台崭新的ATLAS发动机,如同安放炸弹般,直接安置在老式飞机的机身下方。

然后,开着老飞机上天,飞到2。2马赫。

他们选择不启动引擎,而是驾驶安装了新型动力的飞机进行空中巡航。这样做只有一个目标,让发动机在真实的高速气流环境中接受测试,验证其结构能否承受实际飞行条件,并获取风洞实验无法得到的真实飞行数据。

这种方式,既无风险,又可反复尝试,持续调整。与那种仅能单次使用的火箭发射验证相比,费用节省极为显著。

这个看似有些笨拙的考察,却透露出一个明确的信息:那道屏障,确实即将被攻破。

世界会变成什么样

一旦这项技术成熟,它带来的改变,是所有人都要重新适应的。

军事领域的规则将迎来根本性变革。一旦某个国家掌握可在平流层实现五倍音速以上自由穿梭的导弹,就能具备精准打击目标且令对手措手不及的“跨维打击”优势。这种能力意味着攻击方可以随心所欲选择落点,防御方则完全无法应对。

速度实在太迅猛了。等你察觉到它,它已经抵达你的上空。所有防护措施,在无可匹敌的快速下,都变得毫无作用。这种情况会引发新的军事格局,甚至可能导致力量对比的混乱。

而在我们普通人的生活里,它的影响同样巨大。

从首都到纽约,目前飞行时间长达十多个钟头。倘若能运用超音速飞行器,或许两三个钟头就能抵达。

这说明了什么?清晨你在京城品尝油条豆浆,正午即可奔赴纽约进行商务洽谈,夜幕降临又能赶回故乡与家人共进晚餐,如此跨越太平洋的行程,仿佛只是日常工作的一部分。

全球空间的遥远感,会完全消失。跨国界就业、跨国界居住,会变成普遍现象。世界,才算是真正变成了一个“小镇”。

从实验室中的那块深色材料,到翱翔于空中的大型运输工具,中间还有很长的距离要走。安全性能方面,成本控制方面,以及环境影响方面,每一个环节都面临巨大的挑战。

GE这项创造,以极为直接的手段,揭示了一条可供实践的门径。它表明,在某些情况下,最卓越的技术进展,并非源于无休止的精巧和叠加,而是源于回归事物根本的、一个巧妙的简约构思。