W君越来越觉得,虽然现在的大学生遍地走了,但是依然还是需要“开民智”,依然还是傻子比正常人多,这似乎是W君所观察到的一个客观现象。
在很多军迷的观念里面,随着科技的发展,一切都变为可能。这种话实际上就是一个广告词,有激励作用但是并不能代替普遍认知。
其实,即便是就“脑洞大开”而言,现在的这些“军迷”的脑子也大不如前。W君记得在1999年新浪军事论坛上有过这么一个讨论,当时有一阵比较火的话题是量子的隔空传递,当时流传一种民科理论,说是通过量子技术可以把人分解成量子状态,传送到几千公里的距离上再次重组。这时候很多军事论坛上的帖子就在讨论能不能用这个技术传送一群特种兵到敌人的指挥部来次斩首行动。
在论坛上的喷子们口沫横飞之余,W君当时就问了一句,传送一个人困难还是传送一个爆炸装置困难?如果能传送人,而不能传送爆炸装置,那么这群特种兵是去人家指挥部耍大刀去吗?如果能传送爆炸装置,干嘛还得人过去呢?
如果只能传送人岂不是要像终结者那样,传送十几个光着屁溜子的大汉到对方澡堂子里面,再伺机的去偷点服装和装备?这种计划不会太“脑中有蝉”了呢?
为什么类似于这种不靠谱的想法会在军迷的圈子里大范围传播的?主要的原因就是某一个环节很“酷”,这种“酷”能触发很多人贫瘠的想象力的G点,让人不自觉的就嗨了起来。哪怕各种说法都禁不起推敲,只要“爽就完了”。
但要知道,军事科技从来都不是让人觉得“爽”的。
所以,今天咱们继续归纳那些看起来“酷”但是并不靠谱的认知,踏踏实实的别再臆断了。
首先,我们需要理解的第一点军迷很容易搞不清楚的问题是——飞机是为了在高空能够获得足够的升力才高速飞行的。
除了几种可变后掠翼战机之外大部分飞机的气动外形基本上不会在飞行中有变化。
所以,我们看一个问题:
在机翼的翼型不变的情况下,升力L是和大气压力ρ成正比,速度v的平方成正比的。飞机在飞行过程中如果要达到一个升力和重力的平衡,飞机就可以水平飞行,如果升力小于重力飞机就会下坠,反之飞机就会在升力的作用下提高飞行高度。
所以,在我们讨论飞机的飞行速度的时候,往往要同时讨论这架飞机的飞行高度。一架最大飞行速度马赫1.82的飞机的其实是很难在地面附近达到它的最大速度的。原因也很简单——当速度v提高的时候升力自然而然的就提高了,飞机会不由自主的提高飞行高速直到周围的大气压降低让升力和重力平衡。
这一点特性是不是和很多人的理解不一样了呢?很多人是把飞机飞行的高度忽略掉的,觉得在任意高度可以以任意速度飞行,飞的高低快慢全凭飞行员的心情。于是就出现了这样的回复:
理解这一点不难吧?那么再深入一点,飞机飞行的阻力也和空气密度ρ成正比,速度v的平方成正比。
阻力D越小,实际上飞机所需要的推力就会越小,理论上,当ρ=0 的时候飞机是不是就没有阻力了?傻子都这么觉得的,ρ=0是真空!在阻力消失的时候升力L也消失。但这个脑洞是可以开的,至少我们知道了ρ越小,飞机越省推力,如果不去节省推力,那么在相同的推力下也可以达到更高的速度,再结合升力公式,我们就可以找到一个所需要推力最小、但速度最快、升力也合适的飞行高度。这个飞行高度就是理论上的巡航高度,而在这个高度保持飞机平飞的最小速度就是这架飞机的巡航速度。
按照前面的理论来说实际上无论怎么算依旧是ρ趋近于零的时候飞机的飞行效率最高,可以无限的增加速度、无限的增加高度。但是工程学的概念是会跨出单一计算公式的。
从飞机的设计上你还得考虑这个ρ对发动机效率的影响程度。空气密度ρ越低、空气含氧量越低同时发动机吸入的空气质量就越少,发动机的效率就大幅度下降了。
所以从工程学的现实来看飞机又不一定是飞得越高越好。而且,对于战斗机来说,真正的作战高度其实是有一定范围的,并不会全空域都有优势。例如图中这架歼-20在低空高速平飞的时候,
如果仔细看你会发现它的鸭翼和升降舵都被打到了负升力的方向把飞机“压”在水平飞行的状态。这种飞行方式就会增大阻力降低发动机性能,所以,战机并不会长时间的以这种状态低空飞行。
其次,和战斗机的飞行高度速度关系相同的是,卫星的轨道速度其实也有这种特性。并不是说卫星一定要达到7.9km/s以上的第一宇宙速度才能稳定的在轨道上飞行。
意不意外?
先要说下第一宇宙速度是如何推导出来的,这里有两个固定的量值,第一个是G是引力常数,但要多一嘴的是——牛顿当年提出万有引力公式的时候也就是:
牛顿并不知道引力常数G的具体数值,也不知道地球的质量到底是多少,只知道地球的半径的大小,但依然可以推导出7.9km/s的第一宇宙速度,也是牛人一个了。
现在,我们知道万有引力常数是,这是牛顿提出万有引力之后100多年后由卡文迪许测量出来的,他也顺便在得到万有引力常数之后根据牛顿的第一宇宙速度公式计算出了地球的质量。
说回咱们的话题,引力常数是固定的,地球质量也不会怎么变化,地球的半径我们也知道了,因此再计算轨道速度就相当方便了。
这时候你得注意R这个数值,R是贴着地球表面的逃逸速度,当轨道提高,例如300km的高度上速度就要有变化了。
很简单,分母越大,数值越小。因此300km高度轨道上的轨道速度是7.73km/s,其实在W君桌面边上的监控程序里,咱们的天宫空间站的轨道补全参数也是按照这个轨道数据进行补全的。
这就基本上可以做到和天空上的天宫站保持一致。毕竟,咱们的载人航天办公室的天宫站星历只有每周一三五才发布,而且遇到节假日还不发数据……这就得靠计算补全了。
其实每天和大家聊的参数也好数据也罢,都是W君这边实时的都会用得到的实时数据,例如咱们空间站的数据:
每行的最后三个数字就是空间站相对于地球地心的三维坐标矢量速度,例如咱们提取出2025-02-14T00:00:00的数据,这样算:
当然了,也可以通过前面的三组相对于地心的坐标距离来推算出当时的时间点的轨道高度,例如:
结果数值减去地球半径就可以知道天宫站的轨道高度是377km了,当然了,如果再细致一点,还可以根据地球数据直接计算投影点的海拔高度再推算出天宫站距离地面的距离。
这件事,其实就告诉我们关于一颗地球人造卫星的所有参数数据了。
那么回到昨天的留言:
在鸾鸟发射白帝战机的时候降低轨道,白帝回来了再提升轨道这样的想法对不对呢?
这里就牵扯到咱们刚刚提到轨道速度了。在太空中除了火箭推进之外并不存在任何其他可以改变姿态的方式。所以咱们就可以运用火箭方程来计算这件事了。42000km高度的轨道上的轨道速度为2.87km/s,略慢于地球自转的速度。咱们就看鸾鸟下降到天宫空间站的高度上,所以速度改变是由2.87km/s加速到 7.68km/s
Δv=4.81km/s,按照火箭公式,我们就可以计算燃料消耗了,大约需要19万吨燃料,这还是通过霍夫曼转移轨道在做,整个的降低轨道的过程需要38小时,如果想要在6小时内降低轨道到天宫站的高度上,则需要走更为陡峭的双脉冲轨道,分别利用一次脉冲点火大幅度降低在42000公里轨道上的速度,进入更为陡峭的下落轨道,然后再继续加速到低轨道所需要的速度上,基本上会需要25万吨的燃料。这还只是下降,上升回到原来的轨道上则还需要这么多的燃料,也就是说要再翻倍。记得鸾鸟空天母舰的数据吗?122900吨的最大重量!
太空作战这种事,看起来很酷、听起来也很酷,但实现起来超级无敌残酷。这就是所谓的理想是丰满的,现实是残酷的。
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