10倍音速劃破長空!風靡全球的高超音速技術已悄然到我們身邊

本期川陀太空僅從助推-滑翔彈道上解讀這個載具的基本性能。從彈道拋物面上看,助推-滑翔彈道需要有一個助推段,因此我們看到東風17有兩個部分構成,第一個助推段,第二個是滑翔飛行器,前端長得像飛機的載具就是滑翔分析器。

出品:川陀太空

高超音速技術給人一種非常陌生的感覺,從定義上看,其速度要達到每秒5倍音速以上,該技術從1970年代開始發展,主要制約因素就是材料、發動機等。但理論上發展卻很早,在1940年代就有人提出了利用再入大氣層的方式延長火箭的射程,1948年,年輕的錢學森提出了助推-滑翔彈道,也是目前高超音速領域最流行的理論基礎,可以將載具的射程提升至少一倍。本次大閱兵上出現的東風17載具就採用了高超音速飛行技術,川陀太空指出,前端類似小飛機模樣的載具能夠在大氣層中做無動力滑翔飛行,這也是我國在高超音速領域有長足進步的縮影。

10倍音速劃破長空!風靡全球的高超音速技術已悄然到我們身邊

圖注:高超音速飛行技術是個全新的領域,其飛行器為有翼結構。

公開展示氣動外形也說明我國在高超音速載具方面有著相當的自信,目前能夠開發相關技術的只有美俄,目前美國在高超音速載具方面停滯不前,俄羅斯已經有較為成熟的高超音速飛行器。

助推-滑翔彈道技術已被我國掌握

從科學技術角度分析東風17的載具,入手無非是高超音速飛行器相關技術要點,除了材料、發動機、氣動之外,本期川陀太空僅從助推-滑翔彈道上解讀這個載具的基本性能。從彈道拋物面上看,助推-滑翔彈道需要有一個助推段,因此我們看到東風17有兩個部分構成,第一個助推段,第二個是滑翔飛行器,前端長得像飛機的載具就是滑翔分析器。

10倍音速劃破長空!風靡全球的高超音速技術已悄然到我們身邊

圖注:DF17載具

助推段比較簡單,就是第一級火箭,工作高度至數十公里,然後依靠慣性繼續上升並衝出大氣層,這段時間載具做無動力自由飛行,也是進入軌道了。接著再入大氣層依靠氣動升力進行滑翔,這也是我們看到載具有機翼結構的原因,需要在大氣層內進行滑翔飛行,速度至上在10倍音速以上。此時的彈道有兩種模式,第一種是高度逐漸降低的滑翔彈道,第二種是跳躍彈道,高度有起伏。大氣層就像是一個稠密的介質,這個原理和我們小時候打水上漂一樣,最好選擇扁平、且有弧度的碎瓦礫,小瓦片是最理想的,能夠在水上漂很遠。

東風17的載具有機翼結構,就能夠在大氣層進行“水上漂”,能夠飛行很遠的距離,至少上千公里。因此出現在閱兵上的東風17及其載具則是風靡全球的高超音速技術,已悄然到我們身邊,展示在我們面前,這是我國航天科技長足進步、逐漸成熟、自信的表現。

10倍音速劃破長空!風靡全球的高超音速技術已悄然到我們身邊

圖注:HGV為高超音速飛行器彈道剖面,全程高度都很低。

黑障問題是關鍵

高超音速飛行器在臨近空間進行飛行,高度至少在20公里以上,雖然這種飛行方式很獨特、優雅、逼格很高,但大氣層也是非常稠密的,意味著摩擦非常劇烈,飛行器周圍溫度會急劇上升。這時候空氣分子還會發生電離,形成厚度不均的等離子體鞘將飛行器給包裹住。於是問題來了,無線電波是無法穿透等離子體鞘,這就是我們所說的黑障。對於神舟飛船、航天飛機等再入航天器,黑障過程不超過10分鐘,短一些4分鐘就結束了,但是對於高超音速飛行器,黑障會持續很久。

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圖注:高超音速飛行器需要克服黑障、耐高溫材料等問題

因此我們看到東風17的載具設計得修長,頭部前緣為尖形,這樣能夠讓天線周圍的等離子體鞘變薄,那麼通信就可以建立。雖然理論上是這樣,但仍然需要科研人員進行長時間的測試。

綜上,我們在閱兵中看到了小飛機模樣的載具,其實就是我國最新、最先進的高超音速飛行器,它的出現對於建立我國防安全有非常重大的意義。


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