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現代版“八國聯軍火燒圓明園”—錢學森彈道

隻要是看過公眾號寫的所謂“科普”,想必都會對“錢學森彈道”這個稱呼有所耳聞。隨著高超音速導彈,或者準確來講滑翔彈的出現,錢學森彈道仿佛成瞭一個象征,用以和“高超音速”這個聽

隻要是看過公眾號寫的所謂“科普”,想必都會對“錢學森彈道”這個稱呼有所耳聞。隨著高超音速導彈,或者準確來講滑翔彈的出現,錢學森彈道仿佛成瞭一個象征,用以和“高超音速”這個聽上去很科幻的詞一起證明導彈的先進性,這張在網絡上廣為流傳但是槽點頗多的圖便是最好的證據:

再配合上維基百科封面,這張錢學森在美國加州理工噴氣動力實驗室時拍攝的照片,黑板上畫著從紐約飛到巴黎的一條軌道路線,一個能引發民族自豪感的概念就這麼誕生瞭。

很可惜正如所有民族主義故事一樣,“錢學森彈道”也是在真實歷史上進行大幅度編撰的虛構故事。實際上要戳破這個謊言不難,不管是錢學森彈道還是為瞭提升B格用英文寫的Sanger彈道(桑格爾彈道),換成英文或者其他語言搜索都找不到任何的歷史文獻紀錄,相反都會把搜索指引向一個稱呼:Boost-glide,及中文“助推-滑翔”。

那這個助推滑翔彈道是不是錢學森提出的呢?很可惜,不僅錢學森不是提出人,他對於使用該彈道的飛行器設計以及後續的軍事應用,說上天瞭也隻是“重要參與者”,遠沒到能用來命名的地步。


所以助推滑翔彈道是怎麼來的?其實起源自二戰時火炮對射程的追求。

不管是發射後沒有助推的炮彈,還是發射後有助推的火箭彈,本質上都是走的拋物線。初中時候都計算過拋物線,得出45度角的發射彈道能帶來最遠的射程。

問題在於初中的計算是完全忽略瞭大氣阻力。距離地表越近大氣越稠密阻力就越大,進而消耗彈頭動能降低射程,如果能更早脫離低層大氣,超過45度的彈道會一定程度上會增長射程。對於不追求超長射程的火炮來說大氣阻力差別可以忽略不計,但對於長距離大炮,比如二戰時期德國研發的K-5列車炮來說,大氣阻力就不是能忽略不計的因素瞭。

K-5發射普通的283毫米炮彈有大概64千米的射程,但德國工程師們不滿意,認為傳統的圓錐體炮彈空氣阻力太大,於是開發瞭一款和未來尾翼穩定次口徑穿甲彈類似的箭形炮彈,發射後套子在空氣阻力下脫落,120毫米直徑的“箭”單獨飛向目標。按照計算,新炮彈能讓K-5的射程差不多翻倍到120千米。

結果在測試的時候,箭形炮彈打出瞭150千米的射程,飛過瞭預定目標。。。

德國的工程師們隨後得出結論,箭形炮彈獨特的造型讓其飛到拋物線頂點下落時,彈體自身和飛行方向產生瞭一個迎角,彈身對大氣進行擠壓反而產生瞭額外的升力,延長瞭彈頭飛行時間進而延長瞭射程。本質上就像用扁平的石頭打水漂一樣,隻不過水換成瞭大氣。

如何利用這項意外的發現很快提上日程,炮彈150千米的射程雖然很遠但仍不足以跨過英吉利海峽直接對英國本土進行攻擊,那新的增程設計自然要用在新的遠程打擊科技上。

恰好當時就有這麼一個項目,A-4彈道導彈:

其實看這張估計早就被各大公眾號用爛的圖的時候,有幾個人發現瞭在A-4旁邊的A-4B,A-6,以及A-9這個造型看著特別眼熟的設計?就記著A-4變成瞭日後攻擊倫敦的V-2,卻完全沒有看到藏在眼皮底下的A-4B和A-9?這兩個便是人類最早設計用助推滑翔彈道的載具。二戰後在佩訥明德火箭基地找到的文件裡,清晰紀錄著A-9的助推滑翔彈道攻擊方案,甚至還很“良心”的把軌道高度和射程下的城市都標瞭出來。

早在1939年6月,德國導彈領域工程師克勞斯·裡德爾創辦的“裡德爾設計局”就提出瞭在A-4導彈上加上機翼的A-4B方案。和A-4一頭栽下去不同,A-4B利用下落時的慣性讓氣流流過機翼產生升力,把火箭提供的動能轉換成升力“拉起”導彈來滑翔到更遠的距離。

然而A-4B的射程還是太短瞭,700千米也隻足夠打到蘇格蘭的格拉斯哥,且還需要從法國發射,更無法做到跨越大西洋對美國的攻擊。僅2年後的1941年,另一位奧地利航天工程師尤金-桑格爾便提出瞭更誇張的“銀鳥”(德語:Silbervogel)設計方案,這估計也是開頭那張圖裡Sanger彈道的來源。

但搞笑的是人傢奧地利人的名字叫“Eugen Sänger”,ä是德語的字母,英語裡並沒有這個字母。而更搞笑的是“銀鳥”其實是桑格爾和他老婆Irene Bredt一起提出的,倆人都是非常傑出的航天工程師,倒不如說正是在“銀鳥”上的合作才讓Irene Bredt在戰後變成瞭Irene Sänger-Bredt,她還是國際宇航科學院第一批成員中唯一的女性,這Sanger彈道是個啥呢?

言歸正傳,和A-4,A-9無人彈道導彈不同,“銀鳥”是載人的轟炸機,打算利用助推滑翔彈道從德國連續“打水漂”飛過大西洋去炸紐約的。所以根本不會出現第一張圖那樣“Sanger彈道”和“錢學森彈道”有同一個攻擊點的情況,“銀鳥”可是打算一次飛19000千米,用核彈炸完紐約再飛到日本降落的。

更何況兩者雖然都采用瞭助推滑翔彈道,但A-9是無動力的無人滑翔彈頭,“銀鳥”是要自帶引擎的空天轟炸機,投彈完還要接著點火飛走,飛行員要重復用的,攻擊軌道能一樣隻有一種可能那便是飛瞭一次日本後學會瞭神風精神。。。


所以錢學森是怎麼加入這個故事當中的呢?

1939年獲得加州理工學院博士學位的錢學森,在1936年和一大群博士生搞火箭研究差點燒毀瞭加州理工學院的宿舍,然後加州理工就給他們找瞭一片沒人居住的山讓他們在上面接著搞。1943年錢學森作為畢業生又回到這裡成瞭噴氣動力實驗室(及JPL)的創始人,為應對納粹德國的V-2,JPL開始為美國陸軍研發彈道導彈。也正是憑借這個經驗,錢學森被選上參與回形針計劃並前往德國,和很多德國的航天相關名人見面,留下瞭這張經典的錢學森上校照片:

1949年回到美國的錢學森接受瞭母校的邀請,返回加州理工擔任噴氣動力教授,年僅38歲的他是加州理工最年輕的幾個教授之一。也就是這一年,錢學森提出瞭一款太空飛機的方案,基於V-2的氣動設計加上機翼,有大約5-6千米的航程並能運送10名乘客。覺不覺得這個氣動設計聽著那麼熟悉?根據其描述畫出的設想圖幾乎就是改瞭機翼形狀的A-4B。

這也是上面第二張照片裡黑板上畫的紐約到巴黎的出處,因為這兩個城市之間的直線距離恰好是5800千米。

但錢學森並不是唯一一個提出類似空天飛機設計的人。

回紋針行動帶到美國的兩個德國工程師瓦爾特·羅伯特·多恩伯格(Walter Dornberger)和克拉夫特·阿諾德·埃裡克(Krafft Arnold Ehricke)也提出瞭空天飛機的概念。多恩伯格本人更是德國陸軍少將,V-2的研發的負責人且有“銀鳥”的第一手材料。和錢學森前往大學教書不同,這二位去瞭貝爾飛機公司擔任要職,並在1952年提出瞭“導彈轟炸機”(BoMi)的概念:

和錢學森的A-4B加機翼不同,BoMi更像是在泰坦導彈頂上放上A-9。美國軍方對這個一直沒什麼興趣,直到1957年10月4日的斯普特尼克1號,軍方才快馬加鞭上架瞭BoMi項目,誕生瞭日後的X-20。而這個時候錢學森已經返回中國2年瞭,實際上從1951年4月錢學森被居傢軟禁開始,他就已經無法再接觸美國軍方的研發瞭。X-20的研究成瞭日後美國STS軌道器的基礎,而采用助推滑翔彈道末端拉起的機動載入載具則在1979年民兵1測試中首次實現,並隨著潘興II彈道導彈的服役正式進入美國軍隊。


可以看到助推滑翔的概念遠早於錢學森,錢學森本人固然有在這方面的研究,但在其短暫的為美國軍方“打工”的生涯中,他本人造成的影響遠不如其他從德國來的“本尊”的影響。如果還非要以“錢學森彈道”來稱呼助推滑翔彈道,那恐怕不是因為歷史或者研發成就的原因。

當然高超音速導彈這個詞的問題也不亞於“錢學森彈道”,想瞭解更多高超音速導彈和助推滑翔彈道的關系,可以移步前往我之前寫的文章:Saturn V:什麼才是高超音速導彈

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