導彈在大氣層打水漂? 他分析神秘的錢學森彈道
圖爲美國的獵鷹高超音速滑翔器與運載火箭在軌道上分離的示意圖。(圖/美聯社)
近期有人提到有些導彈在大氣層可以打水漂,達到4或5倍以上的超高音速,以至於抓不準彈道,難以預測方向,原理是運用「錢學森彈道」。有一位大陸高中物理老師李永樂,在其Youtube直播就介紹了「錢學森彈道」。
李永樂,畢業於北京大學物理系,北京清華電子工程研究所,現任大陸高中物理老師,並且在Youtube從事「科普」,希望學生用最低成本學習到物理知識,目前有160萬訂閱者,介紹錢學森彈道的影片有148萬次點閱,另外介紹晶圓製造原理也創下340萬次點閱。
李永樂開宗明義說,2005年2名法國學者在英國《流體力學》雜誌發表一篇論文,研究如何讓水漂打得更遠。
例如以圓形的石頭片,以速度v入水,速度方向與水面的夾角是b,石片與水面夾角是a,自轉角w,所得出結論如下:
2,a角度接近於20度,b角度也接近20度,這時後所打出的水漂是最優的。
他說,其實早在二戰時,盟軍想利用魚雷炸燬德國魯爾工業區上游水壩,但德國人在水庫佈置漁網,讓魚雷還沒炸到大壩之前,就觸碰漁網爆炸。於是英國人發明「跳彈」,利用打水飄原理,使魚雷不會接觸漁網,最後成功炸掉大壩。
至於打水飄原理運用在導彈上,李永樂首先說,導彈又分巡航導彈,利用噴射引擎和機翼,不飛出大氣層,例如戰斧導彈,射程2500公里,0.7馬赫。
另外是彈道導彈,是火箭推進,可以飛出大氣層,燃料燒完後就以慣性作用向下,大約可以達到4以上馬赫。阿波羅大空船的運載火箭就是火箭推進。
至於彈道導彈的彈道軌道,乃一德國人桑格爾想到,先把導彈發射到太空,在進入大氣層後,就會發生打水漂現象,經過數次後,射程會變成非常遠,稱爲「桑格爾彈道」或「助推跳躍彈道」。不過後來德國戰敗,此構想不了了之。
後來錢學森發明「助推滑翔彈道」,錢學森於1945年是美國國防部空軍上校,被派到德國,接觸這方面的科學家。錢學森認爲,導彈在大氣層打水漂不容易控制方向,於是讓導彈進入大氣層後,不再彈出大氣層,在大氣層下方滑翔,又稱「錢學森彈道」。
而導彈沒有機翼,無法利用「柏努力定理」在空中滑翔,於是錢學森想到「乘波體」,當飛行器速度超過音速,聲波會彼此嵌套,稱爲「衝擊波」,會把空氣擠壓,形成「空氣牆」,飛行器其實是在「衝擊波」上面運動,此現象稱爲「乘波體」,亦即「乘波體飛行器」。