导弹在大气层打水漂? 他分析神秘的钱学森弹道
图为美国的猎鹰高超音速滑翔器与运载火箭在轨道上分离的示意图。(图/美联社)
近期有人提到有些导弹在大气层可以打水漂,达到4或5倍以上的超高音速,以至于抓不准弹道,难以预测方向,原理是运用「钱学森弹道」。有一位大陆高中物理老师李永乐,在其Youtube直播就介绍了「钱学森弹道」。
李永乐,毕业于北京大学物理系,北京清华电子工程研究所,现任大陆高中物理老师,并且在Youtube从事「科普」,希望学生用最低成本学习到物理知识,目前有160万订阅者,介绍钱学森弹道的影片有148万次点阅,另外介绍晶圆制造原理也创下340万次点阅。
李永乐开宗明义说,2005年2名法国学者在英国《流体力学》杂志发表一篇论文,研究如何让水漂打得更远。
例如以圆形的石头片,以速度v入水,速度方向与水面的夹角是b,石片与水面夹角是a,自转角w,所得出结论如下:
2,a角度接近于20度,b角度也接近20度,这时后所打出的水漂是最优的。
他说,其实早在二战时,盟军想利用鱼雷炸毁德国鲁尔工业区上游水坝,但德国人在水库布置渔网,让鱼雷还没炸到大坝之前,就触碰渔网爆炸。于是英国人发明「跳弹」,利用打水飘原理,使鱼雷不会接触渔网,最后成功炸掉大坝。
至于打水飘原理运用在导弹上,李永乐首先说,导弹又分巡航导弹,利用喷射引擎和机翼,不飞出大气层,例如战斧导弹,射程2500公里,0.7马赫。
另外是弹道导弹,是火箭推进,可以飞出大气层,燃料烧完后就以惯性作用向下,大约可以达到4以上马赫。阿波罗大空船的运载火箭就是火箭推进。
至于弹道导弹的弹道轨道,乃一德国人桑格尔想到,先把导弹发射到太空,在进入大气层后,就会发生打水漂现象,经过数次后,射程会变成非常远,称为「桑格尔弹道」或「助推跳跃弹道」。不过后来德国战败,此构想不了了之。
后来钱学森发明「助推滑翔弹道」,钱学森于1945年是美国国防部空军上校,被派到德国,接触这方面的科学家。钱学森认为,导弹在大气层打水漂不容易控制方向,于是让导弹进入大气层后,不再弹出大气层,在大气层下方滑翔,又称「钱学森弹道」。
而导弹没有机翼,无法利用「柏努力定理」在空中滑翔,于是钱学森想到「乘波体」,当飞行器速度超过音速,声波会彼此嵌套,称为「冲击波」,会把空气挤压,形成「空气墙」,飞行器其实是在「冲击波」上面运动,此现象称为「乘波体」,亦即「乘波体飞行器」。