人类首次突破黑障,中国反导技术再上一个大台阶

人类飞行器运行共有三大障碍,分别是音障、热障和黑障,其中音障和热障已经被人类突破,只差黑障。

所谓音障就是当飞行器的速度接近音速时,空气会在飞行器附近出现激波,导致飞机遇到的空气阻力剧增并对飞机外壳造成极大的压力。

人类第一次察觉到音障的存在是在1945年6月英国试飞DH-106时,因飞机接近音速导致机身被突然出现的激波给撕裂,最终机毁人亡。

英国科学家对此事研究后说:

“音速像是飞机面前的一堵障碍墙。”
从此,音障就成了描述这种现象的一个专业术语。
在经历千难万险之后人类终于找到了破除音障的办法,第一是采用后掠翼等先进气动布局来削弱激波,第二是进一步加大发动机推力来抵消阻力,第三就是研发先进材料加固机身。
1947年10月14日,美国研发的X-1试验机成功突破音障,24岁的查克·耶格尔成为了全人类第一个飞的比声音更快的人,他的名字从此载入航空史册。
突破了音障后,人类的飞行器继续迈步向前,飞的越来越快。
直到在3倍音速时,人类遭遇了热障,被迫停下了脚步。
突破音障后,飞行器会受到激波和剧烈空气摩擦的影响,导致机体温度显著提高。
刚突破音障时这个问题并不大,当速度提升到2倍音速的时候,机头处的问题也刚刚超过100℃,情况也还算好。
但当飞机的速度接近3倍音速时,机头处的温度会提升到350℃,这个问题就很大了,因为机身的材料为铝合金,350℃为铝合金正常工作的极限温度,一旦超过这个温度铝合金的强度就会大大降低,飞机会直接空中解体。
为突破热障,人类科学家给飞机表面覆盖了复合热障涂层,用烧蚀材料来对抗热量,同时加装隔热设备、安装冷却系统等,保证飞机不会因高温而损毁。
1956年9月27日,美国研发的X-2成为了全人类第一架突破3倍音速大关的飞机,虽然不幸出现了事故坠毁,但在试飞中最高飞到过3.2倍音速。
热障的出现直接导致空气动力学诞生了一个新的分支学科,名叫气动热力学,一般来说速度超过2.5倍音速的高度飞行器必须要按照气动热力学的要求来设计,没超过这个数值则可以按普通飞机的要求来设计。
解决了热障的问题后,人类在飞行的路上越走越远,很快就遭遇了黑障。
当飞行器的速度超过5倍音速的时候,遭遇的问题就不仅仅是激波和高温了,仅仅靠牺牲烧蚀材料来降低飞机表面温度也没用了。
因为此时的温度高到已经足以把飞行器表面的气体分子给直接电离,在飞行器周围形成了一个等离子层,科学家把这个叫做等离子鞘套。
人类首次突破黑障,中国反导技术再上一个大台阶
这个等离子层不具备破坏飞行器的能力,但具有极强的吸收和不规则反射电磁波的能力,飞行器被这样的等离子层包裹后,实质上就在外表形成了一个电磁波屏蔽层,雷达无法精确定位飞行器的位置,只知道模糊的大概方位,偏差非常离谱,而飞行器内外的联系也被隔绝,飞行器外的信号进不到飞行器内,飞行器内的信号也传不到飞行器外。
当人类发射运载火箭、洲际导弹的时候,其速度可达到音速的十几倍甚至几十倍,从太空返回大气层的时候外壳温度将高达上千甚至数千摄氏度以上,会产生巨大的黑障现象。
人类首次突破黑障,中国反导技术再上一个大台阶
在黑障区内,飞船和导弹都是完全失控状态,只能凭借惯性制导按初始计划一路前进,也无法对外进行任何探测以进行机动应变。
因此飞行器进入黑障区的时候风险会急剧加大,是航天领域里最危险的时刻。
你解决不了等离子层的问题,就解决不了黑障问题,进入黑障区就只能惯性制导。
对于洲际导弹而言,理论上来说进入黑障区后那就成了活靶子,彻底丧失了机动规避的能力。
但一直以来大家都不怎么关注这个,因为进入黑障区后洲际导弹也直接从雷达上消失了,只留下一片模糊的虚影,精确拦截不可能。
所以黑障区现象的存在不仅没有阻碍洲际导弹战力的发挥,甚至反过来成为了洲际导弹发挥战力的最大保护。
只要洲际导弹以5马赫以上的速度从太空中进入大气层间就会激发黑障现象,然后雷达就无法精确定位洲际导弹的位置,而洲际导弹的末端速度高达20倍音速以上。
所以末端状态的洲际导弹是不可拦截的,大家只考虑中段拦截的可能性,一旦让洲际导弹进入黑障区那就只能闭着眼等被炸了。
黑障区的存在虽然是好事,但各大国一直都在研究破解黑障的办法,毕竟最佳状态肯定是让黑障区只保护自己而不保护敌人。
不过破解黑障很难,在人类破解热障之后又过了半个多世纪,黑障依然没能破解。
但是在今年,人类成功破解了黑障。
2023年6月4日,中国研发的设备成功在神舟十五号载人飞船进入黑障区的时候实现了精确跟踪测量,成为了全人类首次在黑障区内对高超音速物体的精确定位。
这项技术到底是怎么实现的属于国家机密,目前大家并不清楚,过于先进不便展示。
人类首次突破黑障,中国反导技术再上一个大台阶
在以前,载人飞船返回舱的落地是无法判断的,虽然初始预定了位置,但如果中间出现了轨迹错乱是无法及时修正的,这就导致很多时候飞船的落点会比预期的位置偏差几十公里甚至更多,救援人员无法及时赶到返回舱落点,宇航员必须原地等候,危险很大。
而如果能精确跟踪测量黑障区的返回舱,我们就可以及时去接应宇航员,节约了很多时间。
当然这个其实都还好,更重要的是从此中国的反导技术会再上一个大台阶。
之前说了,黑障区不仅隔绝了内外通信,而且等离子体对电磁波的吸收和不规则反射作用会让雷达无法精确定位洲际导弹,让末端反导成为不可能。
我们今天能精确定位返回舱,明天就能精确定位洲际导弹在黑障区内的位置,而洲际导弹在黑障区内反而是一个僵直的活靶子,黑障区的保护单方面消失了。
这项技术一旦成熟之后,对反导能力的提升是很恐怖的。
而关于黑障区的通信中国也濒临突破,研究进度遥遥领先于美国。
一旦这玩意也突破了,那意义就更大了,绝不仅仅只是反导。
美国是高超音速导弹技术的创造者,但这些年美国的高超音速导弹研发进度很缓慢。
一方面是美国在二战时从欧洲掠夺的人才用光了,一方面是美国确实没有研发高超音速导弹的必要性。
刚才说了,5倍音速以上导弹就会在大气层内触发黑障现象,直接在雷达的显示屏里变成模糊的一大块,但同时自身会完全失去制导能力,只能凭惯性前进。
对于瞄准敌方城市的洲际核导弹而言,这无所谓,甚至是好事,美国也研发出来了,但对于更小的反舰导弹来说就没任何意义了。
中国的东风-17、鹰击-21等高超音速导弹,专为美国的航母研发,速度、射程、变轨等多项战斗参数都远高于美国,技术远远超过美国,但美国并没有拼命追赶。
第一个原因就是中国以前没有航母,俄罗斯也没几个,美国研发出来了这种导弹后甚至连个假想敌都找不到。
第二个原因就是中国的这种高超音速导弹虽然可以达到10倍音速,但只要敢在大气层内突破5倍音速以上就会彻底失去制导能力,只能凭惯性前进。
而航母是会动的,这就导致如果鹰击21在很远的距离外就加速到5倍音速以上,那航母只要随便不规则移动就可以避开,拦截弹也是会动的,你要敢在很远的距离就突破5倍音速那就是拦截弹的活靶子。
因此中国的高超音速导弹想要命中,很多时候并不能实现理论上的最高速度,有时候甚至要踩刹车控制住速度,完成最终制导后再加速,一旦开始最终加速那就没办法再变轨了。
所以中国的鹰击-21等高超音速导弹的命中是一个概率问题,双方都是看运气,突破5倍音速后雷达无法精准定位,美方确实很难反制,但中方其实也很难命中,因为无法制导,最后到底能不能打中完全看天意。
因此高超音速导弹对航母要饱和攻击,要在最终加速前提前封死航母所有可能的机动轨迹,确保自己至少有一发导弹可以命中,用十几发甚至几十发同时攻击的数量来弥补无法制导的不足。
所以5倍音速以上的反舰导弹其实没那么好用,威力并不能完全发挥,就是因为黑障的存在。
既然如此,美国自然没必要花血本去研发高超音速反舰导弹,差不多够用就行了。
中国拼命研发高超音速反舰导弹的科技树那是因为没办法,需要依靠这个东西对付航母,所以能提升一点威力是一点。
导弹一旦不能制导,对付移动物体就是会很难受,比命中城市的难度要大太多了。
目前中国已经拥有了黑障区的精准定位能力,如果再实现黑障区的通信技术呢?
那就会带来一个极其可怕的能力提升,对我国目前已经拥有的高超音速导弹技术带来巨大增幅,因为这意味着我们中国的导弹以后可以在黑障区内进行制导变轨了,不断盯着航母的位置修正轨迹,直接10倍音速冲过去,而航母甚至完全不知道黑障区的内的导弹目前在哪,轨迹如何。
这样的话,高超音速导弹对航母的威胁就会出现几十倍的提升,以前要十几发甚至几十发密集发射才能确保命中,现在一发就能确保命中。
对手如果没有黑障区内的精确定位技术,那连拦截能力都没有,来袭导弹只要提升到5倍音速以上触发黑障现象,那雷达直接全废。
对手想要防御拦截,那就必须拥有对黑障区导弹的精准测量定位能力。
而对手想有同等的制导攻击能力,就必须同样有黑障区的通信技术。
因此中国这些年投入了大量的人力物力来解决黑障问题,在首次实现在黑障区内的精准跟踪测量之后立即昭告世界。
这是中国反导能力的巨大提升,以后黑障现象将是中国导弹的单方面保护屏障,别国无法精确定位我国导弹在黑障区内的位置,而我国可以精确定位别国导弹在黑障区的位置。
中国点亮了这个科技树之后,美国就必须得跟,必须同样砸钱去研发,不能和以前那样无所谓了,不然以后就只能被吊着打。
而对于研究进度我国遥遥领先的黑障区内通信技术,我只能说一旦正式突破,那在反舰导弹领域我国就是一枝独秀,航母可以随便摁着打,以后的海战就彻底成了高超音速导弹对轰的天下,航母飞机会和当年的战列舰一样被彻底淘汰。
人类首次突破黑障,中国反导技术再上一个大台阶
当然,前提是对手也得有黑障区内的跟踪测量以及通信技术,不然连对轰的资格都没有。
目前人类首次突破黑障的壮举是中国完成的,全世界目前只有中国有跟踪测量黑障区内移动飞行器的能力,大幅度提升了中国的反导能力,对不正义的导弹形成了巨大威慑。
黑障区内的通信中国只是拥有遥遥领先的的巨大研究优势,而黑障区内的跟踪测量已经从研究优势直接变成了战力优势。
很明显,这对于维护世界的和平与稳定,有着重要的价值。

原文始发于微信公众号(远方青木):人类首次突破黑障,中国反导技术再上一个大台阶

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