|中国的“南天门计划”,十万吨级空天母舰,到底是真还是假的?( 二 )
从火箭与载荷之间的悬殊差异 , 可以知道火箭是非常不经济的 , 比如CZ-5B(长征五号B)的近地轨道载荷(一般指空间站高度轨道 , 高度大约400千米左右)25吨 , 自身重量为880吨左右 , 那么按比例算 , “鸾鸟号”空天母舰发射起飞的总质量为4326080吨 , 也就是430万吨左右 , 这个级别 , 一次就把全中国十多天的车用油给烧了 。
空天飞机有可能吗?
从“鸾鸟号”的外形来看 , 这是一架适合在大气层内飞行的飞行器 , 因为它的机翼长度远超机身长度 , 这是飞翼的典型气动外形 , 而且这个梯形翼也无法适合高超音速飞行 , 因为想要进入近地轨道 , 速度是必须的 , 即使它在起飞时穿越大气层也需要超高音速 。
高超音速飞行器飞行时的温度分布图空天飞机的发动机有几种模式 , 第一种就是吸气式涡喷或者涡轮风扇发动机 , 这种发动机按关键指标是推重比与油耗 , 假如算比冲的话大得令人发指 , 因为它可以利用大气层内的氧气 , 并且风扇可以吸入大量的空气排出变成推力 。
起飞后高度与速度增加 , 普通的吸气式喷气发动机不再适合 , 那么需要切换成冲压发动机模式 , 继续到超燃冲压 , 马赫数在6~10以后 , 此时飞行器的高度在60千米左右 , 已经达到大气层边缘 。
之后由于空气稀薄难以再利用大气层中的氧气 , 那么此时就需要开启火箭发动机 , 继续将飞行器加速 , 直至它达到第一宇宙速度入轨 。
从这个过程中 , 飞行器会在大气层中经历至少10马赫以上的速度 , 这种速度下的飞行器气动外形有很多种 , 但绝不是飞翼 , 所以鸾鸟号以这种方式是不可能飞出大气层的 , 会在高超音速的激波作用下解体 。
相比较而言 , 这种巨型天基母舰还是有可能实现的有没有新体制的发动机可以保证鸾鸟号飞出大气层?
相信很多朋友都想到了核动力火箭 , 这不是巧了么 , 2021年10月22日福克斯新闻报道 , 美国国家航空航天局(NASA)官员20日在听证会上称 , 为应对中国在航天领域的崛起 , 美国需要核动力航天器才能与之竞争!
这就是核动力火箭 , 它的比冲是当前最高的比冲氢氧机的2倍左右 , 尽管比冲增加了 , 但对于百万吨级的燃料就算降一半又如何呢?而且如此大推力的火箭 , 需要多大的核反应堆?一旦坠毁产生的天量的核污染 , 估计地球上就不用回来了
有可能实现的几种发动机模式
首先就是核聚变发动机 , 这种聚变发动机低污染或者无污染 , 当然用磁约束核聚变方式显然是不行的 , 那个需要强大的磁场 , 需要超导磁铁来实现 , 质量太大了 。
可以用作推力火箭的核聚变发动机一定是惯性约束 , 也就是激光打在燃料标靶上产生核聚变反应 , 其强大的能量释放推进飞行器前进 , 那么大约需要多少质量的核聚变燃料才能将其推到近地轨道呢?下面来个简单的比例计算:
1克的质量完全转换为能量约相当于2万吨TNT当量;
煤油的热值大约是TNT的十倍;
鸾鸟号起飞到近地轨道大约需要430万吨煤油 , 也就是相当于4300万吨TNT的能量;
假如换算成质能转换的话需要2150克的质量完全转换为能量;
按聚变反应普遍为7‰质量亏损计算 , 那么需要307千克核聚变燃料 , 或者正反物质各1075克 , 看起来确实不多 , 但这技术实现可就难了 。
反重力与空间曲率发动机
从现在意义上来看 , 反重力发动机似乎并不存在 , 不过好莱坞大片以及《三体》中描述的曲率或者曲速发动机就能实现这个 , 因为重力效应按广义相对论来解释 , 它就是质量扭曲空间的结果 , 而曲率或者曲速发动机扭曲空间后的弹性维持飞行器“前进” 。
所以可以制造出一个空间的膨胀与拉伸产生的“牵引力”与地球与飞行器之间的引力相等的空间曲率场 , 这不就是反重力技术了么?只是可惜的是这俩大神连影子都还没有呢 。
火箭有一个巨型整流罩 , 所以飞行器是啥气动外形是不敏感的 , 因此鸾鸟号可以用火箭送出去 , 只是代价实在是太大了 , 但它无法返回地球 , 因为气动外形不适合高超音速飞行 。
空天飞机模式也不适合 , 原因是其气动外形结构 , 核动力同样不行 , 包括后面的核聚变(也许50年内可以实现) , 最后的空间曲率发动机不在意外形 , 是可以实现的 , 但八字都不知道从哪开始写 。
结论很简单 , 就算实现空天飞机 , 也不会长鸾鸟那个样 , 这玩意儿真的只能存在于游戏中 。
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