使用火箭助推起飞的B47战略轰炸机(图自空军之翼)这个阶段,火箭助推技术使用广泛普遍,但也同样存在不少问题。使用火箭助飞的美军“卡特琳娜”式水上飞机(图自空军之翼)英国“飓风”和“喷火”战斗机使用火箭助推装置起飞的德国ME321滑翔运输机二战后的兴盛第二次世界大战结束后,几乎所有的军用飞机在一夜间就全部使用了喷气式动力。

维珍轨道的空中发射火箭技术研发工作进展如何

维珍轨道的空中发射火箭技术研发工作进展如何

据外媒报道,VOX Space于当地时间5月7日宣布,该公司已经获准从关岛发射有效载荷进入轨道,其首次发射将在轨道上为不同的政府机构部署试验性cubesat。这家维珍轨道(Vrigin Orbit)子公司表示,该公司跟美国太空部队签署了一项协议,他们将被允许在关岛安德森空军基地使用其LauncherOne系统执行发射任务。

不同于传统发射操作--火箭从一个发射台的垂直位置开始,该公司的火箭则将在半空中从一架波音747飞机发射出去。VOX Space认为,关岛是一个理想的发射基地,因为那里有着低纬度的地理位置和清晰的发射轨迹。“从关岛发射让我们很容易获得客户需要的每一个轨道倾角。有了我们的空中发射系统,我们就可以像其他飞机一样飞出去,飞到海上然后发射我们的火箭。

我们只用最小的占地面积加上关岛的自然发射位置,结果则是一个伟大的匹配,”维珍轨道CEO Dan Hart在4月谈论公司正在努力赢得关岛发射计划批准这件事情这样说道。据悉,VOX Space从关岛发射的第一颗卫星将会是Space Test Program-27VP--美国太空部队的一项任务,它将把一些政府机构的实验和技术演示卫星送入轨道。

飞出地球一定要用火箭吗?没有人想过用别的方式吗?

飞出地球一定要用火箭吗没有人想过用别的方式吗

火箭是一类航天器总称,目前的火箭指的是使用化学燃料作为动力的发动机设备,从各种理论发动机来说,这是最笨,最落后的一种方式了。但是,就我们目前的科技水平,这也是唯一可以实用的方式了,所以我们暂时还没有其他选择。关于发动机,理论上,我们有很多种不同的动力方式,除了化学燃料,还有离子发动机,核燃料发动机等很多种,但除了离子发动机目前可以小规模的使用外,其他的都只停留再图纸上。

这里涉及到材料,控制等各个方面因素,不是短期内可以实现的。而离子发动机由于其特点,也只能应用于太空环境中,如果说从地球发射升空,离子发动机的动力是远远不够的。除了火箭以外,也有其他升空方式,比如用电磁弹射升空和太空电梯,这两种方式理论上是可以的,但实际上也是技术达不到。因此,除了火箭以外,还有很多种升空方式,但是,理论再好,现实还是很残酷了,也许再过100年左右,火箭会被其他方式取代,但目前这是唯一的升空方式了。

使用飞艇建设空中长期运营的火箭发射及回收平台,是否可行?

维珍轨道的空中发射火箭技术研发工作进展如何

卫星入轨需要至少达到7.9km/s的第一宇宙速度,这个速度是海平面音速的23倍,需要巨大的动能。目前的化学火箭喷气惯性推进技术,绝大多数燃料实际上是用在增加剩余燃料和载荷的动能,用于提升高度克服重力势的燃料不到7%,克服空气阻力的更少,所以即使用气球或飞艇将发射高度提升到50公里,也仅仅能够节约一点点燃料,对载荷提升十分有限,所以推进技术如果没有巨大进步,气球或飞艇这种提升高度的发射技术前途有限。

为什么客机飞过后面没有烟雾!而火箭升空时候那么大的喷火?

飞出地球一定要用火箭吗没有人想过用别的方式吗

都是推几十吨的大铁物件!为什么飞机起飞或者空中飞行时候后面没有火龙!而火箭却有长达几十米上百米的喷火?因为飞机与火箭的原理根本不一样,并非屁股喷火就代表两者是同一个技术。火箭采用的是工质喷射反作用力的方式飞行,而喷气式飞机则采用的是涡轮喷气加伯努利原理在飞行。说人话就是,火箭纯靠憋死了喷,飞机是吸气憋气吐气还得带翅膀。

火箭上天靠的是纯粹的喷射力量,装多少药它喷多远,与我们玩的二踢脚没啥特别大的区别。所以火箭的推力一般用“比冲”这个概念,这是一种对推进系统燃烧效率的描述,简单的说即:多少推进剂,带来多大冲量。这是个动量问题,喷射流量越大,则喷速越快,比推力越大。喷气式飞机发动机从原理上就与火箭不一样,火箭是喷出工质,而飞机的航空涡轮发动机其实是加热加压空气。

除此以外,飞机还要靠流体力学来提供升力,否则都像火箭那么飞,灌多少燃料也不够。飞机的外形提供流体条件,飞机发动机则负责将空气吸入并加热膨胀,形成压力,然后从尾喷口喷出来,推进飞机加速前进。当速度遇到产生足够的气压差,飞机也就获得了升力。现代的涡轮风扇发动机拥有内外两层通气涵道,内涵道由高压压气机进入,提供高温高压,外涵道从低压压气机进入,二者的气流在尾喷端混合,减小喷口的气流流速和温度,提高推进效率,还能降噪。

也就是说,喷气式飞机喷出来的那点火焰,其实只是内涵道燃烧室的高压燃气高温罢了。非加力状态的战斗机其实火焰并不明显,相反现代战机还都在想办法减小这部分的红外特征。又长又明显的火焰多出自“加力燃烧室”,这种设置其实就是再增加一个燃烧室,然后往里面喷航空煤油,加大燃烧能量,强行增压。这种时候会让尾喷口吐出很长的火焰,某些飞机因为加力燃烧不充分,还会有不小的黑烟。

某些飞机的加力燃烧可以做得非常惊人,比如F-111“土豚”,堪称屁股喷火的典范,与火箭也没差多少了。只是这种加力燃烧相当消耗燃料,如果照这么喷下去,少则5分钟,多则10分钟,燃油会被消耗一空。某些涡轮发动机,因为涵道比大,不会让人看到火焰,比如民航就是这样。大型喷气式飞机的涡轮风扇发动机比低涵道比的战斗机涡扇发动机更大,涵道比也大,其内涵道更像一个给风扇转子加力的驱动,外涵道占据了相对更多的动力功效。

这些大涵道比发动机的内涵道的喷气是不与外涵道混合的,外涵道很短,二者单独对外排气,工作压力也小,更没有加力燃烧室这种设计,所以也就比较内敛。反正就那么点小火,在里面都蹿完了,外涵道气体又多,根本看不到火焰。如果还不明白可以参考汽车。你家的买菜车是无论如何都不能屁股喷火的,但超跑们却可以通过将部分油气导入到涡轮排气位进行“偏时点火”,所以排气管也会喷出长长的火焰。

火箭为什么不能用飞机带到万米高空再发射,这样岂不是省了很多燃料?

如果火箭用飞机带到万米高空发射,这样确实能省很多火箭燃料,但是却消耗了更多的飞机燃料,者相当于左手换右手,左手是省力了,但是重量并没有消失,只是转移到右手上而已。举个例子:两辆行驶中的汽车,它们都在飞快地消耗各自油箱中的燃油,如果使用一根钢绳相互连接,用一辆拖曳着另一辆行驶,这时候被拖曳的一辆自然是省油了,但是拖曳的另一辆却因负荷的增加而加大了耗油量。

“火箭用飞机带到万米高空发射”的行为看似节省了燃料,然而实际上却是在以另一种方式更快、更多地消耗着载机的燃料,因此起不到“节省了很多燃料”的作用。所以航天发射中很少很少见到“用飞机带到万米高空”进行发射的现象,哪怕是拥有节省燃料刚需的航天飞机,在发射时也只是捆绑了一个巨大的附加燃料箱而已,如果用飞机带到天上再发射,那成本可就太高太高了。

这并不是理论上的分析,而是在现实中确确实实发生过的事,比如前苏联的“暴风雪”号航天飞机,在发射方式上就是因为存在“用飞机带到万米高空发射更省燃料”的设想,该型航天飞机没有像美国航天飞机那样用火箭发射,而是选择了用飞机带上天发射。▼下图为正在搭载“亚特兰蒂斯”号航天飞机升空的波音-747大型运输机,美苏两国用事情行动证明了“火箭用飞机带到万米高空发射”并不可取。

然而航天飞机是一种重量达到了100多吨的庞然大物,这就意味着搭载航天飞机上天的载机必须要足够大才能具备“用飞机带到万米高空发射”的条件。为了达到这个目的,前苏联只好专门研制一种超大型运输机来完成任务,它就是安-225“梦幻”运输机,该型运输机机身长度84米,翼展88.4米,使用6台大功率喷气式发动机驱动,最大起飞重量640吨,货舱最大载重250吨,机身顶部最大载重200吨。

火箭发射航天飞机一共需要近1300吨燃料,其中液氧700吨、液氢100吨、固体燃料500吨,在离地上升阶段将会消耗85%的燃料,即1105吨,剩下的由航天飞机携带,以供在太空中机动使用,总共费用约为20亿美元。而采用飞机搭载发射时,大型运输机从离地起飞到发射高度,再回到地面,整个过程只需要300吨航空煤油,按照6300/吨计算,仅燃料开支也不过200万美元,算上折旧以及其他费用,3亿美元就能完成一次发射,就费用而言,“用飞机带到万米高空发射”的方法在理论上是可以大大节省燃料的。

▼下图为一架挂载了HK-47-M2型空射弹道导弹的米格-31战斗轰炸机,它将弹道导弹带到万米高空后才发射,这样的发射方法大大节省了弹道导弹火箭发动机的燃料,但是飞机在上升过程中需要冒着被敌方击落的高风险,因此随着巡航导弹技术的进步,这样投送方式还是被淘汰了,可见“火箭用飞机带到万米高空发射”的可行性很高,但是实用价值却很低。

但问题是建造一架可以投送航天飞机的大型运输机所消耗的资金量可就大得吓人了,以安-225为例:不算前期的研制费用,仅建造费用就达到了40亿美元,由于无法批量生产,每建造一架,费用就会进一步上升,这也是安-225大型运输机是世界上唯一一架600吨级飞机的原因。美国人也曾验证过“火箭用飞机带到万米高空发射”的航天发射方法,具体实践表现为波音747的诞生,它的研制也是用来搭载航天飞机的,但是美国人算了一笔账发现飞机搭载发射虽然油耗略低,但是发射成本却远远高于火箭发射,所以放弃了,波音747这才转为商业建造,改成商业飞机。

“火箭用飞机带到万米高空发射”的设想也在弹道导弹上试验过,其出发点就是利用飞机油耗低于火箭的优势,使用轰炸机或者运输机将尺寸略小的弹道导弹带到万米高空发射,但是问题在于飞机的突防能力远远低于火箭,且发射准备过程十分繁杂,根本没有火箭发射响应时间快,所以这项技术并未得到广泛应用。人类一直未停止解决节约航天发射成本的探索,比如马斯克的可回收火箭、星舰计划等等,相信这才是解决节约航天发射成本的正确发展方向,毕竟美苏两个超级大国已经用实践来证明了“火箭用飞机带到万米高空发射”的方法是不可行的。

无人机可以用火箭助推,那滑跃式航母的固定翼预警机能不能也用火箭助推呢?

火箭助推起飞的技术并不复杂,这个想法很早就有人验证过了。螺旋桨时代的火箭助推1938年5月,设在加州的古根海姆实验室就开始对火箭助推技术展开研究,不久就正式开启了火箭助推起飞装置的设计。后来随着第二次世界大战的爆发,美军开始重视起重型轰炸机的短距起飞技术,力求可以从航母或短小的跑道起飞。于是便与当时的设计者签订了协议,并向其投入研究经费。

顺便说一下,当时在美国留学的钱学森也参与了该项目的研究,为美国火箭助推技术的发展做出了不小的贡献。除美国外,这个一时期的德国和英国都各自试验过自己的火箭助飞技术。美国人把火箭助推器加装到一些大型的飞机上,帮助其从航母上起飞,英国人则为了让"海飓风"舰载战斗机从普通货轮上起飞,也加装了火箭助推装置,以对抗德国的飞机和潜艇,德国人对火箭助推发展最早,但后来跑偏了方向,没怎么开发火箭助推技术,反而搞了个火箭动力的ME163战斗机。

螺旋桨时代属于火箭助推技术诞生初期,整体上较为简单,就是在机身上加装几个火箭推进装置,在滑跑时点燃利用产生的强大推力短时间内将飞机提升到起飞行速度,然后腾空而起。这个时期飞机的空重普遍较轻,起飞滑跑距离也不长,而且机身的材料也多为木质或铝制强度有限,所有除了一些特定目的外,一般不会使用火箭助推装置。使用火箭助飞的美军“卡特琳娜”式水上飞机(图自空军之翼)英国“飓风”和“喷火”战斗机使用火箭助推装置起飞的德国ME321滑翔运输机二战后的兴盛第二次世界大战结束后,几乎所有的军用飞机在一夜间就全部使用了喷气式动力。

这一时期也是火箭助飞技术的快速发展期,一来当时的发动机水平还不完善,飞机滑跑距离普遍偏长,二来这个时期全面战争的阴云笼罩全球,而飞机跑道在战时又极易受到攻击。因此,火箭助推起飞技术作为军用战机的辅助起飞技术也逐渐受到重视。可以说,在二战后五六十年代里研制的军用飞机几乎都具备加装火箭助推装置的潜力,以实现短距起飞能力,防止因跑道破坏而无法升空作战。

而具备核打击能力的战略轰炸机更是广泛装备了火箭助推器,使其可以在最短的距离内紧急起飞升空。到后来,火箭助飞技术甚至发展到了零距离起飞,即只依靠助推火箭即可升空作战,这是为了避免机场跑道被彻底破坏而采取的极端化技术,美苏等国均曾试验过。使用火箭助推起飞的B47战略轰炸机(图自空军之翼)这个阶段,火箭助推技术使用广泛普遍,但也同样存在不少问题。

火箭助推装置属一次性消耗品,效费比低,经济性差,而且这个时期全都是液体燃料,储存和使用也相当麻烦,可靠性和安全性也存在问题,因此在发动机技术成熟后火箭助推技术便逐步被淘汰。而零距离起飞技术缺点更大,火箭助推只考虑了怎么升空,那降落怎么办呢?如果起飞后没有合适的地点降落,那飞行员就只能弃机跳伞,这就相当于把飞机当成了一次性消耗品使用,打完就扔。

要是按这个方式打仗,仗还没打完国家就得破产,哪个国家再有钱也不能这么造啊。于是这种虎头蛇尾的设计到最后也算无疾而终。西德空军进行零距离起飞试验的F104战斗机(图自空军之翼)美国人的一次冒险上个世纪70年代末,为了营救美国驻伊朗大使馆的人质,美国人又一次用上了火箭助推技术。和过往不同,这次的火箭助推技术更加先进,不仅使飞机具备了短距起飞能力,同时还可以在极短的距离内降落。

根据后来的纪录片介绍,在这架专门为解救人质而改装的C130运输机上,一共安装有30个火箭助推器,其中8个向下用于降低着陆速度,8个安装在机腹用于起飞,4个在机翼增加推力,2个在机尾增强稳定,另有8个安装在机头附近向前喷射用来减速。通过这种简单而粗暴的技术,改装后的C130起降距离仅有一个足球场那么长,几乎可以达到着陆即停的地步。

改装后的C130降落不过,这种过于激进的改装可靠性不足,安全性偏低。火箭助推产生的巨大推力对飞机结构有很大伤害,会造成寿命降低、金属疲劳加剧等一系列问题,如果进行加固则又会导致空重偏高,载重量下降,影响飞行性能。另外启动火箭的时机也必须准确无误,否则会产生灾难性的后果,对飞行员的素质要求极高。美军改装的那架C130就是因为飞行员过早启动了着陆用的减速火箭,使得飞机在着陆前速度过低而坠毁,也间接造成了美国营救人质计划的流产。

使用反推降低着陆速度的C130无人机时代的火箭助推到了无人机时代,又有了火箭助推的用武之地。很多车载的中小型无人机根本就没有设计起落架,但重量和体积却又无法使用人力抛投起飞,于是加装火箭助推装置成了不二之选。这类无人机大多使用螺旋桨作为动力,飞行速度不高,因此对火箭助推器的要求也不高,只要能达到起飞的初始速度就可以,从技术上说十分简单,而且这些中小型无人机的重量大都在几百公斤左右,火箭助推装置也不用做的很大。

从本质上讲,使用火箭助推无人机其实就是几十年前“零距离”起飞技术的实用化改进,不过鉴于无人机成本低、体型小、、基数大、易回收(使用阻拦网)等特点,使用火箭助推无人机起飞确实可以增强无人机实际作战能力,这也是各国中小型无人机普遍采用火箭助推技术的原因。(大型无人机依然通过机场跑道滑跑起飞和降落)以色列研制的“哈比”系列无人机,利用火箭助推可直接从车辆上发射升空,中国曾购买过该款装备。

最后,再说说固定翼舰载预警机火箭助推起飞。从理论上讲,使用火箭助推固定翼舰载预警机是可以实现的,但需要解决的问题也很多。首先,作为一次性消耗品,火箭助推装置的使用量必定很大,这就需要舰艇提供额外的空间用于储存,而且燃料集中储存也有很大的安全隐患。其次,固定翼舰载预警机的飞行使用频繁,那么使用火箭助推装置的话就必须对机身进行加固,这又导致死重增加和飞机飞行性能的降低,这对已经经历过改装的机体来说无疑是一个巨大的挑战。

再次,火箭推进器的设计位置不好选择,装在机身上容易烧蚀金属蒙皮,装在机翼上推力提升不明显(过大的推力可能会折断机翼),而机尾位置面积小无法安装足够多的火箭推进器,看似选择多可实际上处处都有缺点。除此以外,还有可靠性、安全性以及冗余性等问题需要解决,整体而言火箭助推技术风险偏高。这也是为什么火箭助推器没有在大型飞机上普及开来的主要原因。


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