人類首次突破黑障,中國反導技術再上一個大臺階
人類飛行器運行共有三大障礙,分別是音障、熱障和黑障,其中音障和熱障已經(jīng)被人類突破,只差黑障。
所謂音障就是當飛行器的速度接近音速時,空氣會在飛行器附近出現(xiàn)激波,導致飛機遇到的空氣阻力劇增并對飛機外殼造成極大的壓力。
人類第一次察覺到音障的存在是在1945年6月英國試飛DH-106時,因飛機接近音速導致機身被突然出現(xiàn)的激波給撕裂,最終機毀人亡。
英國科學家對此事研究后說:
“音速像是飛機面前的一堵障礙墻。”
從此,音障就成了描述這種現(xiàn)象的一個專業(yè)術語。
在經(jīng)歷千難萬險之后人類終于找到了破除音障的辦法,第一是采用后掠翼等先進氣動布局來削弱激波,第二是進一步加大發(fā)動機推力來抵消阻力,第三就是研發(fā)先進材料加固機身。
1947年10月14日,美國研發(fā)的X-1試驗機成功突破音障,24歲的查克·耶格爾成為了全人類第一個飛的比聲音更快的人,他的名字從此載入航空史冊。
突破了音障后,人類的飛行器繼續(xù)邁步向前,飛的越來越快。
直到在3倍音速時,人類遭遇了熱障,被迫停下了腳步。
突破音障后,飛行器會受到激波和劇烈空氣摩擦的影響,導致機體溫度顯著提高。
剛突破音障時這個問題并不大,當速度提升到2倍音速的時候,機頭處的問題也剛剛超過100℃,情況也還算好。
但當飛機的速度接近3倍音速時,機頭處的溫度會提升到350℃,這個問題就很大了,因為機身的材料為鋁合金,350℃為鋁合金正常工作的極限溫度,一旦超過這個溫度鋁合金的強度就會大大降低,飛機會直接空中解體。
為突破熱障,人類科學家給飛機表面覆蓋了復合熱障涂層,用燒蝕材料來對抗熱量,同時加裝隔熱設備、安裝冷卻系統(tǒng)等,保證飛機不會因高溫而損毀。
1956年9月27日,美國研發(fā)的X-2成為了全人類第一架突破3倍音速大關的飛機,雖然不幸出現(xiàn)了事故墜毀,但在試飛中最高飛到過3.2倍音速。
熱障的出現(xiàn)直接導致空氣動力學誕生了一個新的分支學科,名叫氣動熱力學,一般來說速度超過2.5倍音速的高度飛行器必須要按照氣動熱力學的要求來設計,沒超過這個數(shù)值則可以按普通飛機的要求來設計。
解決了熱障的問題后,人類在飛行的路上越走越遠,很快就遭遇了黑障。
當飛行器的速度超過5倍音速的時候,遭遇的問題就不僅僅是激波和高溫了,僅僅靠犧牲燒蝕材料來降低飛機表面溫度也沒用了。
因為此時的溫度高到已經(jīng)足以把飛行器表面的氣體分子給直接電離,在飛行器周圍形成了一個等離子層,科學家把這個叫做等離子鞘套。
這個等離子層不具備破壞飛行器的能力,但具有極強的吸收和不規(guī)則反射電磁波的能力,飛行器被這樣的等離子層包裹后,實質上就在外表形成了一個電磁波屏蔽層,雷達無法精確定位飛行器的位置,只知道模糊的大概方位,偏差非常離譜,而飛行器內外的聯(lián)系也被隔絕,飛行器外的信號進不到飛行器內,飛行器內的信號也傳不到飛行器外。
當人類發(fā)射運載火箭、洲際導彈的時候,其速度可達到音速的十幾倍甚至幾十倍,從太空返回大氣層的時候外殼溫度將高達上千甚至數(shù)千攝氏度以上,會產(chǎn)生巨大的黑障現(xiàn)象。
在黑障區(qū)內,飛船和導彈都是完全失控狀態(tài),只能憑借慣性制導按初始計劃一路前進,也無法對外進行任何探測以進行機動應變。
因此飛行器進入黑障區(qū)的時候風險會急劇加大,是航天領域里最危險的時刻。
你解決不了等離子層的問題,就解決不了黑障問題,進入黑障區(qū)就只能慣性制導。
對于洲際導彈而言,理論上來說進入黑障區(qū)后那就成了活靶子,徹底喪失了機動規(guī)避的能力。
但一直以來大家都不怎么關注這個,因為進入黑障區(qū)后洲際導彈也直接從雷達上消失了,只留下一片模糊的虛影,精確攔截不可能。
所以黑障區(qū)現(xiàn)象的存在不僅沒有阻礙洲際導彈戰(zhàn)力的發(fā)揮,甚至反過來成為了洲際導彈發(fā)揮戰(zhàn)力的最大保護。
只要洲際導彈以5馬赫以上的速度從太空中進入大氣層間就會激發(fā)黑障現(xiàn)象,然后雷達就無法精確定位洲際導彈的位置,而洲際導彈的末端速度高達20倍音速以上。
所以末端狀態(tài)的洲際導彈是不可攔截的,大家只考慮中段攔截的可能性,一旦讓洲際導彈進入黑障區(qū)那就只能閉著眼等被炸了。
黑障區(qū)的存在雖然是好事,但各大國一直都在研究破解黑障的辦法,畢竟最佳狀態(tài)肯定是讓黑障區(qū)只保護自己而不保護敵人。
不過破解黑障很難,在人類破解熱障之后又過了半個多世紀,黑障依然沒能破解。
但是在今年,人類成功破解了黑障。
2023年6月4日,中國研發(fā)的設備成功在神舟十五號載人飛船進入黑障區(qū)的時候實現(xiàn)了精確跟蹤測量,成為了全人類首次在黑障區(qū)內對高超音速物體的精確定位。
這項技術到底是怎么實現(xiàn)的屬于國家機密,目前大家并不清楚,過于先進不便展示。
在以前,載人飛船返回艙的落地是無法判斷的,雖然初始預定了位置,但如果中間出現(xiàn)了軌跡錯亂是無法及時修正的,這就導致很多時候飛船的落點會比預期的位置偏差幾十公里甚至更多,救援人員無法及時趕到返回艙落點,宇航員必須原地等候,危險很大。
而如果能精確跟蹤測量黑障區(qū)的返回艙,我們就可以及時去接應宇航員,節(jié)約了很多時間。
當然這個其實都還好,更重要的是從此中國的反導技術會再上一個大臺階。
之前說了,黑障區(qū)不僅隔絕了內外通信,而且等離子體對電磁波的吸收和不規(guī)則反射作用會讓雷達無法精確定位洲際導彈,讓末端反導成為不可能。
我們今天能精確定位返回艙,明天就能精確定位洲際導彈在黑障區(qū)內的位置,而洲際導彈在黑障區(qū)內反而是一個僵直的活靶子,黑障區(qū)的保護單方面消失了。
這項技術一旦成熟之后,對反導能力的提升是很恐怖的。
而關于黑障區(qū)的通信中國也瀕臨突破,研究進度遙遙領先于美國。
一旦這玩意也突破了,那意義就更大了,絕不僅僅只是反導。
美國是高超音速導彈技術的創(chuàng)造者,但這些年美國的高超音速導彈研發(fā)進度很緩慢。
一方面是美國在二戰(zhàn)時從歐洲掠奪的人才用光了,一方面是美國確實沒有研發(fā)高超音速導彈的必要性。
剛才說了,5倍音速以上導彈就會在大氣層內觸發(fā)黑障現(xiàn)象,直接在雷達的顯示屏里變成模糊的一大塊,但同時自身會完全失去制導能力,只能憑慣性前進。
對于瞄準敵方城市的洲際核導彈而言,這無所謂,甚至是好事,美國也研發(fā)出來了,但對于更小的反艦導彈來說就沒任何意義了。
中國的東風-17、鷹擊-21等高超音速導彈,專為美國的航母研發(fā),速度、射程、變軌等多項戰(zhàn)斗參數(shù)都遠高于美國,技術遠遠超過美國,但美國并沒有拼命追趕。
第一個原因就是中國以前沒有航母,俄羅斯也沒幾個,美國研發(fā)出來了這種導彈后甚至連個假想敵都找不到。
第二個原因就是中國的這種高超音速導彈雖然可以達到10倍音速,但只要敢在大氣層內突破5倍音速以上就會徹底失去制導能力,只能憑慣性前進。
而航母是會動的,這就導致如果鷹擊21在很遠的距離外就加速到5倍音速以上,那航母只要隨便不規(guī)則移動就可以避開,攔截彈也是會動的,你要敢在很遠的距離就突破5倍音速那就是攔截彈的活靶子。
因此中國的高超音速導彈想要命中,很多時候并不能實現(xiàn)理論上的最高速度,有時候甚至要踩剎車控制住速度,完成最終制導后再加速,一旦開始最終加速那就沒辦法再變軌了。
所以中國的鷹擊-21等高超音速導彈的命中是一個概率問題,雙方都是看運氣,突破5倍音速后雷達無法精準定位,美方確實很難反制,但中方其實也很難命中,因為無法制導,最后到底能不能打中完全看天意。
因此高超音速導彈對航母要飽和攻擊,要在最終加速前提前封死航母所有可能的機動軌跡,確保自己至少有一發(fā)導彈可以命中,用十幾發(fā)甚至幾十發(fā)同時攻擊的數(shù)量來彌補無法制導的不足。
所以5倍音速以上的反艦導彈其實沒那么好用,威力并不能完全發(fā)揮,就是因為黑障的存在。
既然如此,美國自然沒必要花血本去研發(fā)高超音速反艦導彈,差不多夠用就行了。
中國拼命研發(fā)高超音速反艦導彈的科技樹那是因為沒辦法,需要依靠這個東西對付航母,所以能提升一點威力是一點。
導彈一旦不能制導,對付移動物體就是會很難受,比命中城市的難度要大太多了。
目前中國已經(jīng)擁有了黑障區(qū)的精準定位能力,如果再實現(xiàn)黑障區(qū)的通信技術呢?
那就會帶來一個極其可怕的能力提升,對我國目前已經(jīng)擁有的高超音速導彈技術帶來巨大增幅,因為這意味著我們中國的導彈以后可以在黑障區(qū)內進行制導變軌了,不斷盯著航母的位置修正軌跡,直接10倍音速沖過去,而航母甚至完全不知道黑障區(qū)的內的導彈目前在哪,軌跡如何。
這樣的話,高超音速導彈對航母的威脅就會出現(xiàn)幾十倍的提升,以前要十幾發(fā)甚至幾十發(fā)密集發(fā)射才能確保命中,現(xiàn)在一發(fā)就能確保命中。
對手如果沒有黑障區(qū)內的精確定位技術,那連攔截能力都沒有,來襲導彈只要提升到5倍音速以上觸發(fā)黑障現(xiàn)象,那雷達直接全廢。
對手想要防御攔截,那就必須擁有對黑障區(qū)導彈的精準測量定位能力。
而對手想有同等的制導攻擊能力,就必須同樣有黑障區(qū)的通信技術。
因此中國這些年投入了大量的人力物力來解決黑障問題,在首次實現(xiàn)在黑障區(qū)內的精準跟蹤測量之后立即昭告世界。
這是中國反導能力的巨大提升,以后黑障現(xiàn)象將是中國導彈的單方面保護屏障,別國無法精確定位我國導彈在黑障區(qū)內的位置,而我國可以精確定位別國導彈在黑障區(qū)的位置。
中國點亮了這個科技樹之后,美國就必須得跟,必須同樣砸錢去研發(fā),不能和以前那樣無所謂了,不然以后就只能被吊著打。
而對于研究進度我國遙遙領先的黑障區(qū)內通信技術,我只能說一旦正式突破,那在反艦導彈領域我國就是一枝獨秀,航母可以隨便摁著打,以后的海戰(zhàn)就徹底成了高超音速導彈對轟的天下,航母飛機會和當年的戰(zhàn)列艦一樣被徹底淘汰。
當然,前提是對手也得有黑障區(qū)內的跟蹤測量以及通信技術,不然連對轟的資格都沒有。
目前人類首次突破黑障的壯舉是中國完成的,全世界目前只有中國有跟蹤測量黑障區(qū)內移動飛行器的能力,大幅度提升了中國的反導能力,對不正義的導彈形成了巨大威懾。
黑障區(qū)內的通信中國只是擁有遙遙領先的的巨大研究優(yōu)勢,而黑障區(qū)內的跟蹤測量已經(jīng)從研究優(yōu)勢直接變成了戰(zhàn)力優(yōu)勢。
很明顯,這對于維護世界的和平與穩(wěn)定,有著重要的價值。

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