2020年12月18日 星期五
“钱学森弹道”:为超高声速飞行器奠定基础
钱学森的科学预见
□ 王文华

    1945年,二战结束前夕,钱学森是美国国防部科学顾问团成员,空军上校。他随自己的老师冯·卡门教授来到德国,与许多德国火箭专家进行了深入的交流。在导弹再入大气层发生反弹时,不能很好地控制方向。经过多次反弹,导弹的精确度会有所降低。钱学森设想:能否在导弹再入大气层后就不再飞出大气层,而是在大气层中滑行呢?于是“助推—滑翔”弹道的想法诞生了,后人称之为“钱学森弹道”。

    “钱学森弹道”将弹道导弹和飞航导弹的轨迹融合在一起,使之既有弹道导弹的突防性能,又有飞航式导弹的灵活性。相比于传统弹道有明显优势,例如它保留了飞出大气层的部分,从而可以让导弹加速到较大的速度。在进入大气层后不发生反弹,易于控制导弹。在高空大气层中滑行,介于地面雷达和卫星的盲区,比较有利于隐蔽。滑行时导弹仍有动力,可以灵活的改变方向等。

    “钱学森弹道”目前的应用包括超高声速打击武器和新型飞航导弹,美国的HTV-2以及俄罗斯的YU-71等都采用的是“钱学森弹道”,这种弹道显著提高了导弹的突防能力和作战效能。

    “钱学森弹道”为世界上许多国家的超高声速飞行器奠定了理论基础。几十年后的今天,世界上的军事强国都是在采用“钱学森弹道”的基础上进行装备研制。“钱学森弹道”在民用和民用飞行器发展中的作用愈加凸显,具有很大的现实意义。

    “火箭客机”概念:世界航天飞机的基础

    1949年12月,钱学森在美国火箭学会年会上作了题为《火箭作为高速运载工具的前景》的报告,报告首次提出“火箭客机”的概念,为世界上第一架航天飞机的诞生奠定了理论基础。后来他在第四届火箭协会上详细介绍了“火箭客机”的构造、飞行原理及燃料等设想,为后来的航天飞机和运载火箭打下了理论基础。当时美国各大媒体对于钱学森和他关于航天飞机的设想给予高度评价。

    钱学森在1962年出版的《星际航行概念》中,再次阐述了用一架装有喷气发动机的大飞机作为第一级运载工具,用一架装有火箭发动机的飞机作为第二级运载工具的天地往返运载系统概念。而关于喷气发动机,他提出要“以涡轮喷气发动机起飞,当高度超过10km及飞行速度达到两倍声速以上时再把冲压发动机开动,继续爬高和加速,直到极限,然后第二级火箭脱离第一级火箭起飞”。随后,许多国家详细研究了钱学森提出的这个概念。实际上,在20世纪80年代初美国研制成功的航天飞机,就是钱学森的原始概念。这是一个完全被证实了的科学技术发展预见。

    从20世纪40年代到60年代初期,钱学森在火箭与航天领域还提出了若干重要的概念。比如,1948年,钱学森在美国火箭年会上向大家展示了自己超音速飞机的想法:火箭助推——再入大气层滑行。利用这种方法,飞机可以在1小时之内从美国纽约飞到法国巴黎。钱学森还画了一幅图展示自己的想法。在当时被称为“惊人的火箭理论”。

    这一理论震动了美国公众,纽约等城市的各大报刊还出版了刊有他设计的火箭图片的画册。在1953年,钱学森研究了行星际飞行理论的可能性并提出卫星轨道上起飞的可能性。他这些超前的设想和科学预见,已被后来航空航天技术的发展所实现。

    20世纪80年代后期,钱学森又一次对航天高技术领域提出了新的展望。1989年9月钱学森在《珍惜“两弹一星”成功的经验》一文中提出一项很具体的设想,他觉得要把眼光放远一点,看到21世纪中叶去。到那个时候,我们要干的,是真正的空天飞机,就是从地面水平起飞又水平降落的运载系统。这个项目的预研是很不容易的,有很多全新、非常难的问题,要搞三五十年才行。

    1993年7月23日,82岁高龄的钱学森在写给航天技术专家黄志澄的信中再次写道:“我希望我国航天事业能够后来居上,胜人一筹。21世纪的中国人,一定要在空天飞机上显一显身手,这是一件国家大事!”

    新能源汽车:跨越了28年的预言正在变成现实

    时至今日,各国政府及汽车公司逐渐认识到发展新能源汽车产业将是节能减排、解决环境污染的最佳途径。早在28年前,钱学森便预见了新能源汽车的发展前景。

    1992年8月,钱学森就曾致信时任国务院副总理邹家华,建议我国汽车工业跳过汽油、柴油阶段,直接进入减少环境污染的新能源阶段。那时美、日、欧已经开始着手高效蓄电池的研究,钱学森希望我国力争后来居上,从而避免环境污染。在钱学森给邹家华副总理的信中,他的主要观点为:我国可以从1992年开始从汽油柴油阶段,直接进入新能源电池阶段;2020年我国汽车产量将达1000万辆;当时氢镍电池一次充电可行驶250-300公里,具备一定实用性;我国已经在研发新型电池技术。

    随着时代的不断发展,这个跨越了28年的预言居然正在慢慢变成现实。例如,在2019年我国的汽车销量就达到了2500多万辆,已经远远超出了钱学森的预测,说明我国的前进速度已经超出预期。而如今,我国的电池技术确实已经处于世界的领先水平。       (中)

    (作者系钱学森研究者、科普作家,四川省科普作家协会理事)

京ICP备06005116