一枚百萬噸核彈產生的能量作用於一噸重的火箭上,能產生多快的速度,美國能攔截嗎?

找個寶貝疼


簡單點說,你這百萬噸TNT當量的核彈準備怎麼用?一種是核爆炸產生的能量,那麼100萬噸TNT當量核彈爆炸將產生大約4.2×10^15焦的能量。第二種,是你將100萬噸當量的核彈頭拆了,將武器級核材料做成燃料棒裝到小型化核反應堆裡,然後就像其他核動力設備那樣用。先說下結論,第一種用法,你的火箭產生的速度是零;第二種用法,你的火箭速度並不會比現在的火箭快多少,這種核動力最大效益在於無限續航而不是多高的速度,因為你得材料滿足不了。

核爆炸產生的能量

核武器爆炸產生產生的破壞力,人們通常可能考慮最多的就是衝擊波和放射性汙染,然而核爆產生的熱輻射收到的關注較少,而這種熱輻射的表觀現象就是我們通常看到的“核爆火球”,這種火球因為比較複雜、對於其具體物理現象觀測比較困難,所以目前的研究還不是很透徹。人們平常談論在核爆中心會怎麼樣,能不能氣化航母什麼的問題,顯然就是對核爆火球物理知之甚少的表現。此外,根據以往人們熟知的幾次核爆,大多都是空爆、水下核爆或者地下核爆,這些不同的爆炸方式都對核爆火球的傳播有很大影響。如果是在空氣中接觸核爆中心,那麼現有人類可以接觸到材料基本上是被氣化的。


經常有人問,美軍投向日本廣島、長崎等地的核彈,以及後來進行的核彈炸航母試驗,為什麼沒有氣化周圍的物體?這是因為,美軍核爆日本採用的是空爆、而核爆火球的範圍是非常有限的,“十字路口”試驗炸航母用的是水下核爆,核爆火球的根本傳遞不到海水錶面就被因“高溫高壓”產生的真空塌縮影響了,航母被只能轉而被衝擊波產生的能量震毀。下面我們來說說在空氣中核爆炸產生的火球(極端高溫)範圍,或許對理解有所幫助:

1、在核爆炸時,大約10^-7秒內會產生巨大能量,如果是2萬噸當量的核彈,那麼在10^-6秒內彈體周圍就會被加熱到10000000K(太陽表面溫度才6000K),形成一個高溫、高壓、高緻密的等離子體,這就是核爆炸初期產生的火球;然後向外發射以X射線為主的高溫輻射並向外膨脹,X射線層層加熱空氣向外擴張;緊接著轉變為強衝擊波對空氣進行壓縮加熱,加熱後的空氣變成火球的一部分,當衝擊波脫離火球繼續向外傳播時,火球輻射突然增強,然後遭遇絕熱冷卻,熄滅變成雲團。這一過程,從外部觀測看以看到,核爆後發出強烈閃光,然後光芒變暗,突然發光再增強,最後熄滅形成蘑菇雲。這一過程十分短暫,當火球擴張到半徑約164米時,溫度已經下降到10000K,當到膨脹到半徑約220米時,火球已經冷卻熄滅。所以廣島核爆的高度580米,火球根本到達不了地面,美軍炸航母的水下核爆情況更為複雜,火球也沒觸及航母本體。

2、所以吧,我覺得這個問題就沒必要再計算了,在那算來算去的,還是根本不瞭解核爆的火球物理。就說100萬噸當量核彈吧,核爆6毫秒內,火球最外側溫度就高達16000K(15727℃),半徑152.4米,什麼東西都給你氣化了,還發射什麼火箭啊。就算你未來找到能耐這麼高溫度的材料,你還得保證其抗衝擊能力,高溫下材料力學變化、輻射條件下材料性能改變……等等。太高端了,多少年以後也解決不了的問題。

第二種,製造核動力發動機,這不高科技,也沒啥太大效益,除了續航提升外,速度增加不了多少,還是材料不行,其次你想接近光速,那麼需要無限長的時間,這方面內容太多了,暫時就到這吧。


裝備空間


但1噸的火箭是什麼梗?W君就是覺得1噸的火箭有點小,沒別的,咱們開算。

為了配合小火箭,咱們就來弄個一個重量相當小的核彈頭來配合吧。

這個是MK5核彈,當然了博物館裡面這枚有點破,破核彈的故事咱回頭再說。

MK5的軍方正式名稱叫做W59核彈頭,這是一個100萬噸的TNT當量的彈頭。W59最早設計是為了作為潛射彈道導彈彈頭。重量做的很好,只有250公斤重。

一般的來說這種形狀的彈頭是這樣安裝在導彈上的。

自身當作整流罩(上圖是W47)。


如果要拿核彈作為火箭發動機的話,則需要改變核彈的輸出方式了。

美國當年有一個獵戶座核動力火箭,就是考慮用小型的核彈在火箭後面不斷的爆炸而推動火箭前進的星際旅行方案。

但整體上給人看到的效果就是火箭尾部要有一個大型的防輻射防衝擊力擋板,這樣火箭才可以乘著核彈的爆轟波飛行。

最初獵戶座火箭的設計是一個六十層樓高的龐然大物,起飛重量高達萬噸。在獵戶座火箭的尾部帶有一個核彈存儲裝置,內部帶有數百個小當量原子彈。

在獵戶座發射時,飛船向後方拋出一枚原子彈並在適當的位置引爆,這時獵戶座就可以利用原子彈爆炸所產生的衝擊向前推進。整個的加速過程是一個脈衝加速的過程,每引爆一顆原子彈,火箭就就被爆炸向前推動一次,如同水母向後噴水前進一樣反覆加速。根據美國氫彈之父泰勒的計算,只需要引爆50顆當量為2000噸TNT的原子彈,獵戶座就可以被加速到70公里/秒的速度。以這個速度來計算,只要125天就能到達火星。

但理想很豐滿,現實很骨感,一方找不到能承受核彈爆炸50次的材料,另一方面在自己的國家上空仍一連串的核彈似乎民眾也不能夠接受。於是獵戶座計劃就草草的結束了。


對比獵戶座計劃,蘇聯其實還有核火箭發動機的計劃:

這個就比美國先進一些了,這是一個核聚變發動機,只不過,搞出來的時候都是上世紀80年代末期了,後來就到91年了,大家懂的,也就沒繼續搞下去。


所以說目前看這個東西還沒有真正完備的實現範例,就只能靠腦洞了。

那麼燒腦的計算環節就開始了:

咱就拋棄所有工程學上的限制直接腦洞一下,如果有有一個裝置完全將核爆炸的100萬噸TNT當量轉化成動能就ok了。

E=MVV/2

所以已知火箭的質量為1噸,這個是M,

又知道100萬噸TNT當量,這個是E。

我們還知道1千克TNT爆炸所產生的能量為4184000焦耳

那麼就先簡單的求一下V就可以了。


首先根據TNT當量計算出這枚核彈爆炸的能量為4184000000000000焦耳,沒錯,12個0。然後這個數值 X2 就是 8368000000000000 焦耳是千克力/米的單位,所以1噸的質量咱們要在這個數值上處以 1000。結果也就是 8368000000000,後面還有9個0。


這個數字直接開平方就可以了,這就是質量為1噸的火箭完全轉化了100萬噸TNT的能量所能達到的速度。 也就是——2892749.55708233米/秒!


等一下!這裡就又有問題了。不是說速度越快質量越大嗎? 相對論哪裡去了???


2892749.55708233米/秒 簡單的咱們就說整數部分吧 2892750米/秒的速度。也就是每秒2892公里。看似很快但是還和光速差的很遠呢!大約也就是光速的0.96% 還沒有達到光速的1%呢。要非得帶入相對論公式來計算,加速到光速0.96%的一噸重的火箭,相對論質量只增加了46克,所以咱還是就別算進去了吧。


說明的事實:在工程學上做到極致的情況下,我們利用100%轉化了一枚100萬噸核彈爆炸的能量,去驅動一個質量僅僅為1噸的火箭。我們也沒有達到光速的1%!


告訴我們的一個道理——人很渺小,宇宙很大!,用光速0.096%的速度去飛到最近的星球,也就是三體的那個,我們得飛快450年的時間!


想想三體人的第一艦隊吧。


軍武數據庫


武器級的濃縮鈾濃度一般都大於90%,而核電站的所使用的核燃料棒的濃度只有3%-10%,核動力航母的的核燃料濃度也只有20%-40%,因此很多老舊的核武器的濃縮鈾經過特殊處理後,可以運用於核電站的發電或者核動力武器的動力來源。

當量-重量比指的是每噸核彈蘊含的核彈當量,核不擴散條約締結後,當量-重量比普遍在2000噸-3000噸/千克,一百萬噸當量的核彈重量大約在300-500公斤左右。而由於核動力裝置熱效率普遍較低和核燃料耐用的特點,考慮速度和殺傷力下,無需攜帶太多核燃料進行動力推射。

核能轉換為動能,不可能像火箭那樣燃燒燃料向後噴射火焰,因為核反應堆的溫度幾千萬度,沒有任何材料能夠扛住如此高的溫度。核動力導彈在上世紀50年代美國就已經開始研發,做為導彈推力的核能發動機其實是衝壓發動機,其原理是將吸入的空氣流入正在發生核反應的反應堆加熱,然後將高溫高壓的空氣排出產生推力,類似於噴氣機發動機。這種動力模式就限制了導彈不能在空氣稀薄的高空飛行,而美國在1964年研發的冥王星核動力巡航導彈,速度只有3馬赫,和十幾馬赫的洲際導彈相比,並不存在速度上的優勢。

而且核動力導彈在低空飛行時產生的噪音達到了150分貝,遠超出人類的正常聽力範圍。更重要的是未經過處理的具有核輻射的空氣直接排放到大氣中,還會造成核輻射汙染。這也意味著核動力導彈飛到哪,核汙染到哪,沒造成火力殺傷之前就已經付出沉重代價,這勢必會引發途徑國家的反對和民眾的抗議。美國曾經嘗試過“二回路”設計的相對安全的核渦輪發動機,但卻因為過於笨重無法達到理想的飛行速度而作罷。核燃料棒要比常規的燃料昂貴,這也是美國最終放棄研發的原因。


核動力導彈也不是一無是處,由於核燃料的耐用,導彈的射程遠高於其他常規動力的導彈,可以在空中盤旋伺機或者改變飛行軌跡躲過攔截。一般的洲際導彈受制於發射原理,多采用慣性制導,拋物線的彈道容易被測算,紅外目標大容易被探測,因此容易被反導系統攔截。

也正是出於這個優點,俄羅斯對其年年不忘。普京曾經在俄羅斯的國情諮文中公開展示了核動力導彈,利用火箭助推起飛,爬升到一定高度後開啟核衝壓發動機進行巡航,配置的地形匹配系統進行低空飛行來躲避雷達。


然而,幾十年前美國遇到的難題,俄羅斯也沒能解決。俄羅斯在進行核動力導彈實驗時,歐洲上空的核輻射量猛增,被懷疑是俄羅斯正在進行核動力巡航導彈時造成的核汙染。

常規燃料的導彈通過有滑翔能力的彈頭,就可以改變彈頭軌跡避免被反導系統輕易攔截。核動力導彈不僅奢侈,而且其是可以被常規動力導彈取代,地位就相當尷尬了。


梓蕤


首先100萬噸核能是相當於當量的單位,而火箭是1噸為質量單位,如果動力是持續作用於火箭,火箭就會加速,如果100萬噸當量瞬間釋放,火箭則分解為碎片。作者的意思應該是前者。不用說核能當助推火箭的動力,就目前固體燃料的彈道導彈在發射後進入大氣層的加速度,可能達到10馬赫以上,再加上末端變軌技術和多彈頭技術,美國很難攔截。


神評阿偉


首先100萬噸核能是相當於當量的單位,而火箭是1噸為質量單位,如果動力是持續作用於火箭,火箭就會加速,如果100萬噸當量瞬間釋放,火箭則分解為碎片。作者的意思應該是前者。不用說核能當助推火箭的動力,就目前固體燃料的彈道導彈在發射後進入大氣層的加速度,可能達到10馬赫以上,再加上末端變軌技術和多彈頭技術,美國很難攔截。回答完畢


HelloNorth


10馬赫就已經很難攔截了


笑看沙雕評論


感覺不需要被攔截了,一定先被摧毀了!


田野66802490


能吧!誘餌必須先行,敵軍彈藥多也許會打下來。


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