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主题:【原创】中山国的故事-飞龙在天 000序章--籍田 上 -- 淡泊

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家园 【原创】中山国的故事-飞龙在天 105岭少冲

“今天我们第一个需要搞清楚的问题就是我们为什

么要发展航天,我们希望通过发展航天达到什么目

的?或者说,发展航天能给我们带来什么?作为一

个老兵,我不是很熟悉科学研究,但是我认为这个

和作战一样。我们在进行一场军事行动之前,首先

要确定一个目标,这个目标说到底是政治家们确定

的,但是军事科学现在发展到这样的程度,一个没

有经过严格军事训练的政治家对军队所知是有限度

的,所以在缺乏军人的参与下,目标就有可能是不

可能完成的任务,或者能达成,但是要付出的代价

远远超过了政治家们的预期。所以,合理的情况就

是:政治家在军人们的参与下以政治家为主导定下

目标,这个目标必须在政治上合理,也必须是军人

们付出合理代价后能够完成的。在我们开这个会之

前,御前会议给我们的方向是通讯卫星,侦察卫星

,地球资源卫星,太空站,弹道导弹,以及向他国

提供航天发射服务使得中山国的航天最终能够自己

养活自己乃至盈利。但是御前会议也说明了,他们

随时准备根据我们的建议修改这些方向。”李文刚

打破篮球馆里的嗡嗡声,大声说道,虽然篮球馆里

,六十多张桌椅围成了一圈,里面坐了近百人,可

是李文刚的声音还是在篮球馆激起了回声。

钱马壮转动着手里的铅笔,沉吟道:“第一个目标

应该是弹道导弹,但是去做500公里级别的单级火箭

还是2000到3000公里级别的二级火箭我还没有把握

。我们有几十年单级火箭导弹的基础,但是这些导

弹都是用的固体推进剂的火箭,我们还没有液体火

箭的实践,稳妥一些,我们应该先从单级液体火箭

入手掌握液体火箭的工艺技术和控制。如果要想省

钱,那么二级火箭虽然步子大了一点,也不是不可

能,就是风险会大一点...”

“我们已经有了射程2000公里的雄鹰导弹,为什么

还要自己研究弹道导弹啊?是弹道导弹更便宜吗?

”虽然礼部尚书种友契说是来旁听的,但是他还是

有问题就问出来了。虽然这个问题让火箭技术的外

行岭少冲都在心里暗笑。但是他是礼部尚书,与会

众人倒也没有笑出来的。

但是还是有人站起来回答了,出乎岭少冲的意料,

这个人不是这方面最内行的钱马壮,也不是那个小

愤青孙喜堂,居然是同样自称来旁听的米然风,他

站了起来笑道:“按照昨天孙喜堂说的,火箭的比

冲是不能和涡扇发动机相比的,而且巡航导弹有弹

翼,可以通过弹翼产生的升力平衡重量,不需要发

动机使劲烧油以获得超过导弹重量的推力。所以弹

道导弹要想和巡航导弹比价格,那怎么比的过去啊

。我们的军火库里两种导弹都有,里面既有雄鹰巡

航导弹,也有装备在钢雹上面的MGM-1220战术导弹

,射程上MGM-1220不能和雄鹰巡航导弹相比,毕竟

一个不到两百公里,一个却是两千公里,价格上不

算战斗部,MGM-1220战术导弹也有50万白头鹰元,

算上战斗部,它甚至超过了雄鹰巡航导弹,和雄鹰

巡航导弹射程相同的,白头鹰已经退役的黑杰克2式

可以用来对比,黑杰克2式就算按照80年代的币值也

要接近一千万白头鹰元,就算不考虑20多年的通货

膨胀,现在一枚雄鹰导弹也不过就一百万白头鹰元

,虽然黑杰克2式可以带一枚四百公斤的核弹头,雄

鹰巡航导弹弹头只有一百二十二公斤,但是就算按

照重量打个三折,两者的同重量距离价格差也在三

倍以上。”他笑了笑,接着说道:“至于为什么弹

道导弹还在用,李叔叔,嗯,李尚书十几年前写的

《战术导弹运用研究》,里面就提到了,巡航导弹

虽然精度高,但是飞行速度慢,飞行高度低,战斗

部重量小,突防性能差。这个观点现在看来完全正

确,前几年在马斯多尼亚,白头鹰发射的接近三分

之一的巡航导弹都被击落了。而同样的,就算以白

头鹰的防空能力,在巴比伦拦截斯嘎德这样的导弹

,拦截成功率也不到百分之十,而斯嘎德实在算不

上先进的弹道导弹,从技术上来说,斯嘎德是世界

上第一种弹道导弹——汉斯国的骷髅们在上次世界

大战中发明的复仇2式的简化版。总而言之,弹道导

弹速度快,战斗部重量大,飞行高度大,突防性能

远远超过巡航导弹,但是精度低,而且价格昂贵。

所以他们各有所长,要互补地使用。我们的军火库

就是根据这样的导弹运用原则配置的,里面既有雄

鹰巡航导弹,也有装备在钢雹上面的MGM-1220战术

导弹。”

说的好,岭少冲暗自在心里鼓掌。

可是种友契却并不满足,他接着问道:“我还是不

明白为什么从我们从来没搞过的液体弹道导弹开始

,不是据说军用的弹道导弹最好用固体推进剂吗?

为什么不从我们搞了几十年的东西开始呢?”

这倒的确是米然风回答不了的问题,但是这样的问

题还难不倒一屋子火箭专家,钱马壮解释道:“因

为我们的目的不完全是弹道导弹。我们的目的是用

于发射长期在轨航天器的火箭发动机,因为要入轨

,需要至少用到二级火箭,在刚开始发展的时候,

应该循序渐进地发展,目标不能定在长期在轨上面

,而是先掌握基础的火箭推动技术,这个掌握的目

标就是能精确控制火箭的飞行状态,速度,轨道等

等,而掌握的标志最直接的反应就是火箭负载的最

终落点的精度,对弹道导弹来说,就是其打击精度

或者叫CEP。同时,如果要想精确入轨,需要火箭能

够调节推力,能够多次开机关机。这对液体火箭发

动机来说根本就不算什么,它的推进剂涡轮泵开大

关小就是了,彻底关掉涡轮泵,停止向燃烧室打推

进剂就能停机。但是这些在液体火箭发动机上轻而

易举的动作对固体火箭发动机就难了,它最多只能

用多根药柱,药柱之间加阻燃层来控制多次启动,

而且很难——如果说不是不可能的话——临时精确

调节推力。另外,火箭姿态控制也需要通过控制喷

口转向或者连着喷口的推力室转向来实现矢量推力

控制,液体火箭发动机很容易做到,但是固体火箭

发动机做起来就难了。”

“也就是说你们第一步的目标实际上是把500公斤到

1吨的东西扔到想扔到的地方,用这个来完善运载工

具,只是这一步的目标碰巧射程和负载和弹道导弹

一样,所以在第一步的时候中程导弹只是个额外的

惊喜而已,是吗?”新的兵部尚书岭御道对此颇为

不忿,岭少冲听的出他老爸的话外音:敢情俺们的

弹道导弹只是个买东西的添头。

“也不尽然,在成功完成第一步后,如果我们对弹

道导弹的需要很急迫,我们就必须全面铺开弹道导

弹的研发。毕竟,实战的弹道导弹还得是固体火箭

。但是,这个在用液体火箭获得了足够多的数据后

——毕竟一种型号的液体火箭可以通过改变推力时

间曲线试验各种火箭工作方案,有了这些试验数据,

固体火箭的设计就简单多了,前面说固体火箭难以

调节推力,其实我说的是难以临时调节推力,如果

推力方案已经设计好了,就可以通过改变药柱的形

状控制在不同时间的推力值。但是,缺少用液体火

箭找出最佳推力方案这一步,直接上固体火箭,那

么推力方案就要靠固体火箭来试了,每一种不同的

推力方案就意味着一种完全不同的火箭型号。所以

用液体火箭来定设计,用固体火箭来实现最终的弹

道导弹产品是一个更快更省钱的做法。”钱马壮回

答道。

岭少冲听的暗自点头,这老头挺精明啊,知道自己

老爹想听什么,既讨好了兵部,又减轻了自己的负

担,尤其精明的是提到了“如果我们对弹道导弹的

需要很急迫,我们就必须全面铺开弹道导弹的研发

”这句话。他这话一说,到时候如果御前会议要航

天部纲举目张,军民并举,兵部就要站出来帮他们

说话了,而且他暗示了军民并举会导致科研力量的

分散,如果兵部接受了这个原因,到时候项目拖了

时间军人就有可能不会骂火箭专家们废物点心,而

把项目拖延的原因归罪于火箭专家们被迫分散精力

去做死老百姓的玩意。

台上的李文刚意味深长地笑了,他问道:“第一步

一定要用液体火箭吗?昨天听了孙喜堂讲的课后,

作为一个外行,我一直在想,既然大气层内火箭并

没有什么优势,能不能考虑使用其他发动机或者投

射手段呢?”

钱马壮眼光闪烁,盯着李文刚道:“比如呢?”

岭少冲可以理解他的紧张,虽然说起来在火箭领域

,钱马壮在世界上是排不上号的,但是在中山国,

他是绝对的第一号人物,要是突然不搞火箭了,他

心中的失落可想而知。

李文刚道:“我也只是一个想法,比如小孙昨天说

涡喷,涡扇,冲压发动机的比冲比火箭大的多,但

是只是因为设计上的原因导致这些发动机不能用于

火箭,那么在设计上是否存在突破的可能,让第一

级发动机能够使用涡喷,涡扇,冲压发动机呢。”

岭少冲能看出来,钱马壮明显松了一口气,他回答

道:“这个困难很大,小孙昨天说了,现在没人这

么干,其实没人干的原因不完全是小孙提到的发动

机装在火箭尾部进气流场不顺的问题,真正难以解

决的困难是这三种发动机前两种在火箭的截面积限

制下不能产生足够的推力,对于能入轨的火箭的重

量来说,这些发动机可能很难让火箭推重比超过1,

换句话说,用这些发动机做第一级,火箭甚至无法

离开地面。其中推力最大的冲压发动机还有点希望

,但是冲压发动机本身要达到足够高的速度才能产

生足够大的推力,这个速度一般至少要七八百米每

秒,一般军用的导弹用冲压发动机的都会装一两台

固体火箭助推器把它推到这个速度,也就是说,冲

压发动机反而要依赖第一级火箭,那么我们还用冲

压发动机干什么。而且就算我们在冲压发动机下面

加一级火箭,这样真到冲压发动机能工作的速度,

那也基本上在很高的高度上了,从那个高度向上,

用不了多长时间就出大气层了。”

岭少冲可以想象的到钱马壮的心情,航天部尚书的

面子,他不能不给,但他也怕这个尚书瞎指挥,还

好,李文刚的“想法”过分离谱了,即使驳掉,人

人都会觉得是李文刚的“想法”问题太大被驳,不

会有他在驳航天部尚书面子的想法。

这时候岭少冲有点吃惊地看到陆亡忌站了起来,出

乎大多数人的预料,陆亡忌居然在工部决定恢复分

压弹托项目后仍然作为一个火箭外行留在了航天部

。岭少冲不确定那是不是因为李文刚帮忙收拾了鲑

仲水,毕竟,在收拾鲑仲水的人群里面,火炮所所

长的哥哥,户部尚书鲑福超更抢眼。但是不管怎么

说,陆亡忌还是留在了航天部里面。陆亡忌委婉拒

绝鲑福超转述弟弟鲑福永要他回火炮所继续分压弹

托项目的邀请的时候,岭少冲在和李文刚都在场,

岭少冲注意到李文刚的眼神很复杂,显然既为陆亡

忌来帮忙而感到高兴,也对他离开了他自己的分压

弹托项目而遗憾,岭少冲也觉得,其实陆亡忌可以

在分压弹托项目里发挥更多的才能。但是,岭少冲

也注意到,在做出留在航天部的决定之后,陆亡忌

比自己昨天第一次见到他的时候开朗多了。

陆亡忌站起来道:“请教钱教授,昨天孙老师讲课

的时候你们提到火箭的长细比不能做的太大,否则

结构上会有问题。我以前在火炮所的时候,那里的

同事有些人就是致力于提高脱壳穿甲弹的长细比,

而提高长细比,在大气层里面飞行,阻力下降非常

明显。当然,脱壳穿甲弹的大长径比是靠材料硬扛

的,可是我记得有一种武器,说起来长细比也非常

大,但是没有结构方面的问题,那就是毛毛熊的勒

伯格-34单兵反坦克火箭弹,这种火箭弹喷口是在头

部的,这样由推改成了拉,结构问题就解决了,我

们能不能用类似的办法来减少火箭在大气层里飞行

的阻力?对了,类似的火箭还有他们的勒司1乌空空

导弹,虽然发动机不在头部,但是喷管也在弹体直

径最大的地方,布置在弹体两侧而不是最后面。”

孙喜堂抢着道:“这个我来回答吧,”他说完后,

略带着责备的神情看了一眼陆亡忌,颇有点你个技

术人员跟着瞎起什么哄的意思:“勒伯格-34,它的

火箭发动机工作时间才0.6秒,就这样它还是被迫把

六个喷管和箭体轴线设计出一个明显的夹角造成推

力损失。而且勒伯格-34喷口前置也不是为了解决长

细比问题,对它的尺寸来说,它那点长细比算什么

,要是它都需要解决长细比问题,那些设计空空格

斗导弹的还不都要去跳楼了。勒伯格-34喷管前置解

决的是增程发动机的安装问题,因为它实际上是两

级火箭,第一级还没有出发射管就烧完了,但是如

果象运载火箭一样做个分离的设计,成本就上去了

,所以在第一级烧完后第一级火箭还占着火箭尾部

,这样,第二级火箭的喷口只能另找地方了。”

“勒司1乌的火箭发动机工作时间也不到1秒,而且

它的尾喷管是在药柱后面的,尾喷管后面什么易燃

设备都没有——无论是第四舱段的横滚稳定装置和

冷气装置还是第五舱段的无线电接收设备——它是

雷达制导的导弹,无线电接收天线必须装在尾巴上

。也因为这个,勒司1乌的推力损失比勒伯格-34要

小,它的推力方向基本上平行于弹体轴线。这些小

导弹上的火箭是没法和发射卫星的大型火箭比的,

发射卫星的大型火箭少则工作1分钟,多则工作两分

钟多,这些只烧弹体1秒不到的小火箭怎么和人家比

啊。”

在孙喜堂说完后,钱马壮也接着说道:“倒是李尚

书说的其他投射手段有人试过,实际上白头鹰就有

比较成熟的用飞机空中发射弹道导弹的技术。最早

的成功是在74年完成的,那一年他们用星系运输机

空射过一枚分钟兵弹道导弹,当时历时三个月,进

行了21次飞行,中间空投了两次模型弹,最后一次

装了一枚实弹,在第一级火箭里面装填了运行10秒

的推进剂。在六千多米打开货舱,用两具牵引伞把

17米长的导弹从货舱中拉出来,一直到两千多米高

度火箭基本垂直时候点火发射。这种发射相当于头

几千米用涡扇发动机来升空,不过这个涡扇发动机

是装在运输机上的。这个技术白头鹰后来也没有发

展,虽然技术方案一大堆,但是实用的基本上没有

,因为这个方案节省几千米的稠密大气内发动机的

燃料,但是付出的代价对弹道导弹来说相当致命,

就是精度。地面发射,发射点的位置是非常精确的

,而空中发射就很难做到了,这个就像一门炮在地

上射击和在摇动的船上射击的区别一样。所以真正

成熟的弹道导弹没有这么干的。但这种发射方式在

商用卫星发射上面有实用的案例,白头鹰的火甲虫

公司在1990年起发展了一种三级固体运载火箭——

派嘎索斯,用B464远程战略轰炸机吊挂在机翼下面

发射,而且到现在为止成功发射了三十一次,失败

和不完全成功五次,其中一次在二级火箭飞行中损

毁,一次在飞行35秒后飞行失控而中止,一次第三

级火箭没能和卫星脱离,这三次算是完全失败,不

完全成功的包括第二次发射卫星高度太低结果预计3

年寿命的卫星6个月后就再入大气层烧掉了,第五次

卫星轨道高度比设计轨道高度稍微低一点,但是算

是长期在轨了。这就是它的发射记录。”

众人都盯着他,等他继续说,钱马壮也没有让大家

失望,接着说道:“至于派嘎索斯火箭本身,它长

17米,自重23.13吨,直径1.27米,第一级火箭上装

的有弹翼和尾翼,这个在运载火箭上可不多见,弹

翼是翼展6.7米的三角翼。火箭可以装一枚500磅也

就是227公斤,直径小于1.18米,长度小于2.13米的

负载。”

“发射的时候,火箭是吊挂在载机的机翼下,载机

速度0.82马赫,高度三万九千英尺也就是大约11900

米释放火箭,火箭自由下落到距离载机100米后点火

,第一级火箭推力726千牛顿,真空比冲2846,在它

推动下火箭很快超过音速,然后大迎角拉升,点火

大约15到20秒后,才逐渐减小迎角到定角度爬升,

在大约点火30秒后,空气动压达到最大值。点火后

71秒,第一级发动机工作燃烧完毕脱离,这时候达

到54.5公里的高度,速度也升到2560米每秒,在这

个过程中45度角的三角翼弹翼会提供很大一部分升

力,然后随着第一级火箭的脱离,装在第一级火箭

上的三角翼弹翼和尾巴上的三片尾翼也随之不再存

在于火箭上。从分离到第二级火箭点火要用2.7秒,

在此期间,火箭会继续爬升到70.2公里,速度则降

到2502米每秒。在第二级火箭工作到32.4秒的时候

,火箭爬升到111.6公里的高度,在这个高度上,空

气动压和气动加热已经低到火箭和负载不再需要整

流罩,这时候,它会抛掉整流罩,这个整流罩会整

个包住负载和第三级火箭。第二级火箭没有弹翼和

尾翼,它通过喷管转向提供两个方向上的控制,俯

仰和偏航控制。第二级火箭会在点火后73.2秒后烧

完脱离,这时候火箭已经升到192.3公里,速度也升

到5492米每秒。第三级火箭和负载会在第二级火箭

燃烧完毕脱离后滑行432秒达到入轨高度,也就是

397.5海里或者736公里,这时候火箭的速度会降到

4565米每秒。在这个时候火箭第三级点火来达到入

轨速度,同时第三级火箭上面装的氮气小发动机会

提供滚转控制。第三级火箭会工作69秒,在它燃烧

完毕脱离后负载开始400海里也就是741公里高,

7483米每秒速度的轨道飞行,这时候距离发射时间

已经过去10分钟,负载在地面的投影点距离发射时

候在地面的位置大约1200海里也就是2200公里。”

李文刚问道:“看的出来,这么一折腾肯定是节省

了推进剂了,但是钱教授能不能告诉我们这些外行

,它节省了多少呢?”

钱马壮笑道:“这个很容易算的,咱们应该以第一

级火箭停机状态作为对比来估算,因为空中发射和

传统发射的区别就在这里,从第一级停机开始,传

统发射和空中发射就又一样了。粗略估算,用小孙昨

天讲的齐奥尔科夫斯基的理想火箭速度公式就可以

,在理想火箭速度公式里,我们知道推进剂的比冲

,箭体起始重量和火箭停机质量来求火箭停机速度

。在这里,咱们等于是知道了火箭的停机质量和停

机速度还有推进剂的比冲值来计算火箭的起始质量

,算出推进剂质量,对比一下派嘎索斯第一级火箭

的推进剂质量,就知道省了多少了。”

钱马壮边说边掏出一个计算器,他接着说道:“派

嘎索斯第一级火箭停机的时候高度是54.5公里的高

度,速度2560米每秒,咱们把高度换算成速度,就

是动能势能转换的计算,可以得出这时候的等效速

度应该是3594米每秒,第一级火箭停机时候火箭的

质量等于初始的23.13吨减去第一级火箭的推进剂质

量,哦,派嘎索斯的第一级火箭有15吨的推进剂,

减掉后第一级火箭停机的时候也就是8116公斤,代

入公式,可以计算出如果是地面发射的时候需要推

进剂质量24吨,这里没有考虑增加推进剂所需要的

结构质量,咱们代入派嘎索斯的第一级火箭结构质

量和第一级火箭总重之比,可以算出,对应增加的9

吨燃料,结构重量至少要增加839公斤,这部分增加

质量对应的地面发射增加的推进剂质量是1160公斤

,所以说派嘎索斯省了10吨的燃料,相当于第一级

火箭的三分之二的燃料,节省效果还是很明显的。

李文刚笑道:“听起来不错,两位鲑尚书觉得怎么

样,空射运载火箭,可不可以作为一个发展方向?

工部尚书鲑伯水笑道:“拉倒吧老李,你又不是不

知道,人白头鹰有星系运输机,B464远程战略轰炸

机,咱们有什么?你总不至于想用赫拉克勒斯206运

输机来试验吧,它那2.81米宽,3.12米高,12.2米

长的货舱好像装不下你的宝贝火箭吧。”

户部尚书鲑福超也皱起了眉头,道:“飞机倒是可

以买,凭咱们和白头鹰的关系,也买的到,不过这

种飞机可是非常贵的,就算买回来,你放心让咱们

的飞行员玩这种从飞机上扔火箭的高难度高风险动

作。反正我到时候肯定是既不舍得也不放心。”

他这话这么一说,众人默然,在座的没人对中山国

的飞行员抱什么希望。

鲑福超旁边的一个人眼睛转了转,道:“要是飞机

不行,其他的行不行?比方说用气球呢?”

鲑福超拍手道:“对啊,这个应该是最省钱了,升

上去就灌进氦气,降下来就用气球上的压缩机把氦

气抽出来压到钢瓶里,老包,这主意不错,按钱教

授说的那个派嘎索斯,这个气球大概要多大?”他

转头向这个人道。

那个人是包所强,岭少冲对他没什么印象,能认出

他是因为他老爹包之和大律师,当年包之和发起靶

场诉讼案,一举告倒靶场联盟,让鲑家退出靶场生

意,没想到他的后人倒和鲑家的后人关系不错。

包所强想了想,道:“一个大气压下一立方米氢气

可以提供1.2公斤的浮力,要是换成氦气可以提供

1.1公斤的浮力,按钱教授说的派嘎索斯火箭,

23.13吨就相当于两万三千多立方米左右的海平面高

度气球体积,考虑到气球本身的重量,就算它三万

立方米的体积。升高到1万米,大气压强会下降到海

平面高度的五分之一,也就是说气球体积会增大到

十五万立方米,按照球体积公式三分之四π乘以半

径的三次方,气球半径需要三十三米,表面积一万

三千七百多平方米。”

他旁边的一个人摇头道:“这恐怕不够...”岭少冲

不认识这个人,显然李文刚也不认识,鲑福超见这

个人反对包所强的说法,皱起眉头问道:“没请教

,阁下是?”

鲑伯水笑道:“这是钱思闻博士,你应该认识他哥

哥钱氏刀具的老板钱过闻,他一直在白头鹰留学工

作,这一次回国探亲,我把他拉来了。他是航空专

家,现在正在世界上最先进的战斗机——赖普特112

的研发部门工作。”

钱思闻笑了笑,向周围的人点了点头,接着道:“

刚才钱马壮教授说的派嘎索斯有弹翼,这个弹翼可

以提供升力,而且它的尾翼和飞机一样可以提供俯

仰力矩,拉升火箭。但是,它的弹翼翼型是为高超

音速飞行优化过的,在低速飞行的时候效率并不高

,这个是没有办法的,毕竟它主要的飞行阶段是高

超音速飞行。而对应的结果就是,在速度过低的时

候是派嘎索斯是不能拉升的,一拉就要失控。”

“失控?”鲑福超拧着眉头问道。

“哦,是啊,飞机在低速的时候拉大迎角会失速的

,然后就是螺旋,接着发展成陡尾旋,最后发展成

平尾旋。等到陡尾旋发展到平尾旋,那飞行员就只

有求上帝帮忙了。”钱思闻解释道。

“所以我们投下火箭的时候不能立刻拉升...”包所

强若有所思地说。

“不仅如此,”钱思闻打断包所强的总结,“派嘎

索斯在投下的时候具备了载机向正前方的0.82马赫

的速度,也就是两百四十多米每秒,所以它能水平

投下,这个时候,它的速度方向和弹翼的夹角,也

就是迎角是很小的。而气球不行,气球没有这个水

平速度,在气球投下火箭的时候,火箭的水平方向

速度和气球一样是零,在投下后,火箭能够因为下

落而建立起向下的速度,如果水平投下火箭,这个

速度方向和弹翼的夹角也就是迎角可是要达到90度

的,在这种情况下,火箭百分之百的要失控的。所

以,用气球空射火箭,必须让火箭箭头向下垂直投

放,当火箭速度加速到超音速后才能进入拉升过程

——刚才钱马壮教授提到的派嘎索斯到超过音速才

开始拉升不是没有道理的,速度低,它一拉升就会

失速的。”

包所强沉吟道:“也就是说我们要等从气球扔下火

箭后火箭在自由落体中速度加速到足够的时候才能

开始改平,改平后才能拉升。”

钱思闻笑道:“如果要加速这一过程就要点火向下

俯冲加速,这样才能用比较小的高度损失获得火箭

弹翼需要的速度——我不知道这个速度的具体值,

钱马壮教授刚才提到派嘎索斯是超过音速的时候才

开始拉升的,我就假设这个速度就是一万米的音速

,300米每秒,如果自由下落,9.8的重力加速度要

用30秒才能把火箭加速到音速,这样要损失四千五

百米的高度,如果点火加速,按照派嘎索斯的推力

重量计算,能够获得三倍重力加速度的加速度,连

重力本身那就是四十米每平方秒,这样8秒就可以加

速到可控的平飞速度,只浪费1280米的高度,但是

在加速末端,火箭会以300米每秒向下俯冲。我手头

没有派嘎索斯的数据,不知道它能承受多少个G的拉

升。不过老实说火箭这样细长的飞行器恐怕很难设

计出比较大的载荷,要这根细长杆子在垂直于这根

杆子的方向受力,我说这样的火箭结构重量会比较

大。钱教授,是不是啊。”

钱马壮戴上眼镜,掏出一个笔记本,看了看,笑道

:“不错,派嘎索斯的箭体结构重量是比较大的。

拿它和腹黑兔的LM-3做对比,LM-3的第一级结构质

量是9.378吨,推进剂质量143.692吨,两者之比是

15.322,而派嘎索斯第一级结构质量是1369公斤,推

进剂质量15014公斤,两者之比10.9,虽然说起来派

嘎索斯需要安装弹翼和尾翼,但是这个在16吨的总

重中占比应该有限。LM-3第二级结构质量是3.599吨

,推进剂质量35.841吨,两者之比9.95,而派嘎索斯

第二级结构质量是416公斤,推进剂质量3925公斤,

两者之比9.4,派嘎索斯的结构质量仍然不占优势。

双方只有第三级派嘎索斯有一定优势,LM-3第三级

结构质量是1.965吨,推进剂质量8.731吨,两者之比

4.44,而派嘎索斯则以126公斤对770公斤,比值6.1

略略占优。但是考虑到LM-3的二三级暴露在外面,

而派嘎索斯二三级包在整流罩里面,这个第三级占

优是很可疑的,而且派嘎索斯第三级是固体燃料,

LM-3的第三级是必须做绝热处理的液氢液氧,所以

说起来这个第三级派嘎索斯占优的数据基本可以忽

略了。另外,LM-3是铝合金壳体,而派嘎索斯的结

构材料里面石墨环氧复合材料占了百分之九十四,

钛合金占了百分之一,最后的百分之五才是铝合金

,用了这么好的材料,结构质量却不如LM-3,可见

这种拉升方式对火箭结构重量的影响。”

钱思闻向钱马壮点头道:“谢谢钱教授证实我的猜

想。我不知道派嘎索斯能承受的过载值,我只能用

另一个数据来看,我曾经看到过飞马座在最大过载

拉升的时候是一级点火到点火后10秒的时候,在这

段时间内它的飞行速度从400米每秒增到600米每秒

,在10秒内拉起15度,大致估算一下,假设拉起的

轨迹是圆形——实际不会是,我们这里是简化计算

——按照平均速度500米每秒,飞行在10秒的轨迹就

是5000米弧长的圆弧,这个圆弧对圆心角是15度也

就是0.26弧度,可以算出这个圆周的半径是19000米

,可以算出这时候火箭的过载应该是1.3倍重力加速

度,所以派嘎索斯的最大过载可以认为是1.3个g。

我们用这个数字来看我们的气球火箭:火箭在俯冲

到可以拉起的速度时候开始拉起,按照拉起的时候

速度会超过音速计算——我们就当它1万米的音速,

也就是300米每秒好了,拉起是要从俯冲改到平飞然

后再向上爬升,在这个过程中飞行轨迹的最低点就

是刚刚改到平飞的时候的那个点。粗略估算,可以

按照飞了四分之一圆来计算,这个圆的半径也就是

在这个过程中要损失的高度。按照派嘎索斯的标准

,产生的向心加速度不能超过1.3个g,飞行速度300

米每秒来计算,损失的高度是7000米左右——当然

,实际上这个值还会更大些,因为飞行速度是在不

断增加的。加上前面俯冲加速损失的一千多米,如

果从10000米用气球空射火箭,火箭的最低高度离地

面即使保守估计也将会低于两千米。”

孙喜堂突然站起来,问道:“钱先生,按这么说,

归根到底,还是派嘎索斯用的弹翼只适应超音速飞

行,如果我们使用合适的弹翼进行初始飞行,在达

到一定速度后变后掠翼或者索性抛掉另换一副是否

能解决问题呢?”

钱思闻失笑道:“这个恐怕比较难。变后掠翼结构

复杂,增加的结构重量和成本对这种一次性火箭是

不可接受的,特别是现在用气球升空的主要目的是

为了省钱。抛掉弹翼会比变后掠翼简单一点,但是

简单的也有限。而且会带来飞行控制的麻烦——它

和变后掠翼的区别是一个气动受力是缓慢变化,一

个受力是突变的,这样一来,在抛掉弹翼那一刻之

后,整个系统很可能失控。另外,高速翼型和低速

翼型差别太大,最明显的差别就是高速翼型相对厚

度小的多——就是说高速翼型比较薄。所以,从结

构来讲,把低速弹翼抛掉一部分就能变成高速弹翼

,这个恐怕不那么容易,不是在长度上舍弃一部分

就行的,而一开始就用两副弹翼,结果可能会吃力

不讨好。另外,在刚才的分析中我们看到,火箭的

限制因素是结构强度导致的过载限制,用个大尾翼

或者推力转向来加大它的拉起角速度也是行不通的

。”

包所强想了一下,道:“钱博士说的对,不过我们

可以用更大的气球,比如升到两万米的气球。”

鲑福超问道:“更大的气球,升到更高的高度需要

更大的浮力吗?”

包所强回答道:“那倒不是,气球升空不受高度的

限制,在高空空气密度随着气压下降而下降,所以

飞机这些靠机翼产生升力的飞行器升到一定高度就

上不去了,但是气球里面的氢气氦气的密度也会随

着高度上升压力下降而下降,浮力和地面是差不多

的。和地面不同的是,因为大气压力减少,气体体

积会增大,在两万米,气压会下降到地面的十分之

一,比如前面说的23吨载荷的气球体积就会增大十

倍,也就是三十万立方米,半径会增大到四十一点

五米,表面积增大到两万两千平米。这样,从地面

升空的时候,相比于打算升到一万米的气球,升到

两万米的气球在升空时候看起来会更瘪一些。至于

打算升到哪个高度,只要气球能够提供足够的体积

,升空高度控制是通过放掉或者抽掉一部分氢气氦

气来实现的,和气球的浮力没什么关系,气球浮力

大,升空的速度会快点,浮力小,升空的速度会慢

点,在气球抵达了悬浮高度后,放掉浮力气体的气

球的浮力等于气球的重力,如此而已。而且,如果

为了减少浮力气体的使用,还可以用热气球的办法

,现在比较成熟的就是氦气热气球,在加热氦气后

,可以进一步减少氦气的使用量。”

包所强在回答了鲑福超的问题后,接着向钱思闻说

道:“用高度来换损失的高度,钱博士觉得怎么样

?现代气球设计,可以设计出升到五万米高度的气

球,目前为止最高的记录是膏药国科学家最近创下

的五万三千米的无人气球记录,不过要飞到这个高

度,气球要膨三千两百多倍,所以,他们那总重三

十多公斤载荷的气球也达到了30米的半径。载人气

球的最高记录目前是1961年白头鹰海军飞行员创下

的113740英尺也就是34668米,这个记录是用热气球

创下的。值得一提的还有同年创下的102800英尺也

就是31334米的记录,白头鹰的空军上尉约瑟夫·基

廷格在外山导弹靶场附近乘坐氦气球升空到这一高

度然后从这一高度跳伞,创造了这项世界最高的跳

伞纪录,他的气球也有61米的半径。气球载人的高

度记录今年有希望由两个牛国人埃尔森和普雷索特

打破,他们打算升到13200英尺也就是40233米,他

们的气球“QinetiQ 1”是充氦的热气球,预计升到

那个高度后会膨胀346倍。或者,索性不要弹翼,象

钱马壮教授说的白头鹰投放一分钟兵的方法来发射

。”

钱思闻展眉笑道:“这倒是个有趣的方案,前提是

如果你能达到足够的高度,那当然一切都好说,至

于学一分钟兵的空中发射可能不成,人家用的是星

系运输机,在发射的时候早飞远了,而气球发射的

时候,按照你说的两万米高度发射,你的长度八十

多米的气球可正悬在火箭的头顶,火箭冲上来正好

一头扎进你的气球里面。”

包所强笑道:“那倒不至于,平流层则如果遇到高

空急流,风速速度甚至可以达到100米每秒,当然,我

们不会在这样的气象条件下飞,如果在这样的条件

下飞,气球得设计的厚一点来抗风压,避免被扯破

,不过那样气球的结构重量就上去了。我们会在平

流层一般的风速下,也就是十几米每秒的风速的时

候飞行,等火箭飞到气球高度,按照一分钟兵的例

子,用大降落伞拉平怎么不得个几秒,抛掉伞,从

负速度加速到正速度到气球高度,气球早被风吹出

几百米了。”

岭少冲见李文刚眉毛猛地一轩,却没插嘴,而是向

自己招了招手,他走过去,这时候钱思闻笑着回答

:“着啊,就是这话,垂直发射时候下降高度换来

的速度成了负担了,你还要花费燃料克服这个速度

,要是用弹翼的话,这个速度是可以重新换成高度

的。所以不用弹翼的空中发射实际上挺亏的。当年

白头鹰用这个方法的本意不是为了增加射程或者减

少燃料,而是为了可以空中机动,躲开毛毛熊的第

一次打击...”

岭少冲走到李文刚跟前,李文刚对他低声道:“会

后请包先生和你老爸吃饭,”他顿了一下,接着道

:“记得还要请鲑福超尚书。”岭少冲看到他眉毛

轻轻跳动,这是李文刚特别激动的时候才会抑制不

住的表情,他暗暗奇怪,气球发射弹道导弹这么好

吗?李文刚至于如此激动。而且如果要决定是否用

气球发射,为什么不叫上钱马壮呢?随即他骂了自

己一句笨蛋,包所强明显是鲑福超的人,所以要叫

上鲑福超,而钱马壮之前是鲑仲水的人,现在多半

是鲑伯水的人,叫上他,不是给自己找不自在吗。

岭少冲回到座位上的时候正听到包所强道:“那么

按照钱博士的看法,弹翼是必不可少的了。”

钱思闻道:“正是,如果不想把高度换成的速度当

成要耗费燃料克服的负担,那么弹翼就是必然的选

择。但是正如您刚才提到的,高空飞行,速度过低

的情况下因为空气密度小,弹翼没有什么用处,这

样就需要火箭俯冲的时间更长——相对于派嘎索斯

的机载一万米投放——火箭俯冲要加速到弹翼能够

起作用为止。这样,气球投放的弹翼类型的火箭就

必然会在大气层中飞行更长的时间——先向下俯冲

加速,再爬升同样的距离,比起派嘎索斯那样的飞

机投放,因为空气阻力而导致的速度损失要大的多

。而且这种大气飞行的距离也必然会距离投射点长

的多。”

钱马壮接口道:“带来的问题不止这个,这种自由

飞行的距离越长,受到大气层里风速带来的影响就

越大,最后带来的结果就是入轨精度就会大幅度降

低。”

“而且我们的弹道导弹总不能也用这种方法发射吧

?”岭御道突然插进来一句。

包所强眨了眨眼,问道:“为什么不能?因为会影

响精度吗?”

岭少冲可以看出来他老爹抑止着的冷笑,他回答道

:“你一个二十五万立方米的气球要用多长时间才

能充起来?在这期间,一个直径80米的球在地面是

多大的目标,而它慢悠悠地升空到两万米高度又要

用多长时间?弹道导弹是要用来打别人的,你觉得

你的敌人在这期间会始终对你的发射行动不闻不问

吗?”

他说完,把手里的钢笔扔到面前的桌板上,向后靠

去,然后叹了口气。显然,军方对这种方案不会再

有什么兴趣了。他犹豫地看向李文刚,想看看他是

否要自己过去,收回会后邀请这这几个人进一步详

谈的意思,却见李文刚笑吟吟地看着他们,没有任

何特别的反应。

鲑福超插话打圆场道:“话虽如此,包先生的想法

在民用市场上应该没有什么问题吧。”

钱马壮突然笑了,他把计算器收了起来,道:“军

用不行,民用也不行,气球空中发射火箭是不可行

的。”

包所强皱起了眉头,问道:“为什么?”

钱马壮笑道:“不可行不是不可能,气球空中发射

火箭当然可能,但是为了省钱这么干就不可能了。

先不说省钱,首先就是包先生说的为了减重,气球

球体要尽量薄,这样稍微大一点的风都会把气球扯

破,所以气球的发射窗口会非常狭窄。包先生提到

的那些创纪录的勇士们恐怕往往都要等几个月甚至

一年来等合适的天气吧。”

包所强沉默了,但还是点了点头。

钱马壮接着道:“鲑福超尚书提到,气球升降可以

通过抽掉浮力气体来保证浮力气体不浪费,氦气很

贵吧。”

包所强道:“对,一立方要40多白头鹰元左右。”

钱马壮道:“那么23吨载荷,按照包先生之前的算

法,要两万三千立方米氦气,也就是九十二万白头

鹰元。”

包所强打断道:“不止23吨,还有气球本身的重量

,不过氦气是可以回收的,所以...”

钱马壮也打断了他的话:“可惜你回收不了。”

鲑福超凝眉问道:“为什么?”

钱马壮笑了,道:“扔掉23吨的载荷,就相当于气

球多了23吨的正浮力对不对?”

包所强呆住了。

此时的钱马壮如同一个刽子手一般毫不留情:“多

了23吨的正浮力,你的气球能承受的了这样的加速

度吗?两万三立方米氦气,充气固然要充半天,抽

气恐怕也没法一下抽完吧。抽不完,气球就算在加

速过程中没有被撕破,也会继续上升到更高的高度

,在那里,气压更低,所以气球会被涨破。所以,

你的气球只能一次性使用,对不对。”

包所强沉默半晌,终于点了点头。

钱马壮又笑了:“这样,在这个例子里面,对10吨

推进剂,气球空中发射还有成本优势吗?”

淡泊曰:在Orbital公司发布的Pegasus用户手册

(http://www.orbital.com/LaunchSystems/Public

ations/Pegasus_UsersGuide.pdf)里提到,载机的

释放速度是0.82马赫,按照本小说中钱思闻的解释

,也就是246米每秒,就算这时候火箭本身不产生任

何阻力,经过5秒自由落体的加速,释放速度也只增

加50米每秒,也就是290米每秒左右,但是手册里面

提到5秒后第一级火箭点火的时刻火箭速度是

1470fps,量纲看来应该是英尺每秒,换算过来就是

448米每秒,比预期的速度高了150米每秒,这个就

不知道该怎么解释了。所以文中去掉了点火时候的

速度和所有人都强调的5秒自由下落以避免矛盾。

淡泊曰:最新的气球跳伞高度记录是2012年10月14

日奥地利人菲利克斯·鲍姆加特纳Felix

Baumgartner创下的,他在美国新墨西哥州罗斯韦尔

升空,历时三小时升到128097英尺(约39043米)然

后一跃而下,此举同时创下了新的载人气球的升空

记录,最高的跳伞记录,还成为首个通过自由落体

超过音速的人。文中提到的英国人埃尔森和普雷索

特的“QinetiQ1”热氦气球在2002年没能飞成,在

2003年9月2日的飞行前充气的时候意外扯裂了一个

大口子而被迫取消了。之后就没有他们俩的后续消

息了。

淡泊曰:今天看到一条消息,气球跳伞记录又刷新

了,谷歌高级副总裁、现年57岁的艾伦?尤斯塔斯(

Alan Eustace)在2014年10月24日乘坐热气球从

41419米(约135890英尺)跳伞成功。

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