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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 。
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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 。
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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 。
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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 。
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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 。
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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!
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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
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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 。
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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;
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