W君越來越覺得,雖然現在的大學生遍地走了,但是依然還是需要“開民智”,依然還是傻子比正常人多,這似乎是W君所觀察到的一個客觀現象。
在很多軍迷的觀念里面,隨著科技的發展,一切都變為可能。這種話實際上就是一個廣告詞,有激勵作用但是并不能代替普遍認知。
其實,即便是就“腦洞大開”而言,現在的這些“軍迷”的腦子也大不如前。W君記得在1999年新浪軍事論壇上有過這么一個討論,當時有一陣比較火的話題是量子的隔空傳遞,當時流傳一種民科理論,說是通過量子技術可以把人分解成量子狀態,傳送到幾千公里的距離上再次重組。這時候很多軍事論壇上的帖子就在討論能不能用這個技術傳送一群特種兵到敵人的指揮部來次斬首行動。
在論壇上的噴子們口沫橫飛之余,W君當時就問了一句,傳送一個人困難還是傳送一個爆炸裝置困難?如果能傳送人,而不能傳送爆炸裝置,那么這群特種兵是去人家指揮部耍大刀去嗎?如果能傳送爆炸裝置,干嘛還得人過去呢?
如果只能傳送人豈不是要像終結者那樣,傳送十幾個光著屁溜子的大漢到對方澡堂子里面,再伺機的去偷點服裝和裝備?這種計劃不會太“腦中有蟬”了呢?
為什么類似于這種不靠譜的想法會在軍迷的圈子里大范圍傳播的?主要的原因就是某一個環節很“酷”,這種“酷”能觸發很多人貧瘠的想象力的G點,讓人不自覺的就嗨了起來。哪怕各種說法都禁不起推敲,只要“爽就完了”。
但要知道,軍事科技從來都不是讓人覺得“爽”的。
所以,今天咱們繼續歸納那些看起來“酷”但是并不靠譜的認知,踏踏實實的別再臆斷了。
首先,我們需要理解的第一點軍迷很容易搞不清楚的問題是——飛機是為了在高空能夠獲得足夠的升力才高速飛行的。
除了幾種可變后掠翼戰機之外大部分飛機的氣動外形基本上不會在飛行中有變化。
所以,我們看一個問題:
在機翼的翼型不變的情況下,升力L是和大氣壓力ρ成正比,速度v的平方成正比的。飛機在飛行過程中如果要達到一個升力和重力的平衡,飛機就可以水平飛行,如果升力小于重力飛機就會下墜,反之飛機就會在升力的作用下提高飛行高度。
所以,在我們討論飛機的飛行速度的時候,往往要同時討論這架飛機的飛行高度。一架最大飛行速度馬赫1.82的飛機的其實是很難在地面附近達到它的最大速度的。原因也很簡單——當速度v提高的時候升力自然而然的就提高了,飛機會不由自主的提高飛行高速直到周圍的大氣壓降低讓升力和重力平衡。
這一點特性是不是和很多人的理解不一樣了呢?很多人是把飛機飛行的高度忽略掉的,覺得在任意高度可以以任意速度飛行,飛的高低快慢全憑飛行員的心情。于是就出現了這樣的回復:
理解這一點不難吧?那么再深入一點,飛機飛行的阻力也和空氣密度ρ成正比,速度v的平方成正比。
阻力D越小,實際上飛機所需要的推力就會越小,理論上,當ρ=0 的時候飛機是不是就沒有阻力了?傻子都這么覺得的,ρ=0是真空!在阻力消失的時候升力L也消失。但這個腦洞是可以開的,至少我們知道了ρ越小,飛機越省推力,如果不去節省推力,那么在相同的推力下也可以達到更高的速度,再結合升力公式,我們就可以找到一個所需要推力最小、但速度最快、升力也合適的飛行高度。這個飛行高度就是理論上的巡航高度,而在這個高度保持飛機平飛的最小速度就是這架飛機的巡航速度。
按照前面的理論來說實際上無論怎么算依舊是ρ趨近于零的時候飛機的飛行效率最高,可以無限的增加速度、無限的增加高度。但是工程學的概念是會跨出單一計算公式的。
從飛機的設計上你還得考慮這個ρ對發動機效率的影響程度。空氣密度ρ越低、空氣含氧量越低同時發動機吸入的空氣質量就越少,發動機的效率就大幅度下降了。
所以從工程學的現實來看飛機又不一定是飛得越高越好。而且,對于戰斗機來說,真正的作戰高度其實是有一定范圍的,并不會全空域都有優勢。例如圖中這架殲-20在低空高速平飛的時候,
如果仔細看你會發現它的鴨翼和升降舵都被打到了負升力的方向把飛機“壓”在水平飛行的狀態。這種飛行方式就會增大阻力降低發動機性能,所以,戰機并不會長時間的以這種狀態低空飛行。
其次,和戰斗機的飛行高度速度關系相同的是,衛星的軌道速度其實也有這種特性。并不是說衛星一定要達到7.9km/s以上的第一宇宙速度才能穩定的在軌道上飛行。
意不意外?
先要說下第一宇宙速度是如何推導出來的,這里有兩個固定的量值,第一個是G是引力常數,但要多一嘴的是——牛頓當年提出萬有引力公式的時候也就是:
牛頓并不知道引力常數G的具體數值,也不知道地球的質量到底是多少,只知道地球的半徑的大小,但依然可以推導出7.9km/s的第一宇宙速度,也是牛人一個了。
現在,我們知道萬有引力常數是,這是牛頓提出萬有引力之后100多年后由卡文迪許測量出來的,他也順便在得到萬有引力常數之后根據牛頓的第一宇宙速度公式計算出了地球的質量。
說回咱們的話題,引力常數是固定的,地球質量也不會怎么變化,地球的半徑我們也知道了,因此再計算軌道速度就相當方便了。
這時候你得注意R這個數值,R是貼著地球表面的逃逸速度,當軌道提高,例如300km的高度上速度就要有變化了。
很簡單,分母越大,數值越小。因此300km高度軌道上的軌道速度是7.73km/s,其實在W君桌面邊上的監控程序里,咱們的天宮空間站的軌道補全參數也是按照這個軌道數據進行補全的。
這就基本上可以做到和天空上的天宮站保持一致。畢竟,咱們的載人航天辦公室的天宮站星歷只有每周一三五才發布,而且遇到節假日還不發數據……這就得靠計算補全了。
其實每天和大家聊的參數也好數據也罷,都是W君這邊實時的都會用得到的實時數據,例如咱們空間站的數據:
每行的最后三個數字就是空間站相對于地球地心的三維坐標矢量速度,例如咱們提取出2025-02-14T00:00:00的數據,這樣算:
當然了,也可以通過前面的三組相對于地心的坐標距離來推算出當時的時間點的軌道高度,例如:
結果數值減去地球半徑就可以知道天宮站的軌道高度是377km了,當然了,如果再細致一點,還可以根據地球數據直接計算投影點的海拔高度再推算出天宮站距離地面的距離。
這件事,其實就告訴我們關于一顆地球人造衛星的所有參數數據了。
那么回到昨天的留言:
在鸞鳥發射白帝戰機的時候降低軌道,白帝回來了再提升軌道這樣的想法對不對呢?
這里就牽扯到咱們剛剛提到軌道速度了。在太空中除了火箭推進之外并不存在任何其他可以改變姿態的方式。所以咱們就可以運用火箭方程來計算這件事了。42000km高度的軌道上的軌道速度為2.87km/s,略慢于地球自轉的速度。咱們就看鸞鳥下降到天宮空間站的高度上,所以速度改變是由2.87km/s加速到 7.68km/s
Δv=4.81km/s,按照火箭公式,我們就可以計算燃料消耗了,大約需要19萬噸燃料,這還是通過霍夫曼轉移軌道在做,整個的降低軌道的過程需要38小時,如果想要在6小時內降低軌道到天宮站的高度上,則需要走更為陡峭的雙脈沖軌道,分別利用一次脈沖點火大幅度降低在42000公里軌道上的速度,進入更為陡峭的下落軌道,然后再繼續加速到低軌道所需要的速度上,基本上會需要25萬噸的燃料。這還只是下降,上升回到原來的軌道上則還需要這么多的燃料,也就是說要再翻倍。記得鸞鳥空天母艦的數據嗎?122900噸的最大重量!
太空作戰這種事,看起來很酷、聽起來也很酷,但實現起來超級無敵殘酷。這就是所謂的理想是豐滿的,現實是殘酷的。
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