在前几天的国庆阅兵仪式上，展出了我国的许多新式武器。尤其引人注意的是东风-17导弹，有报道说：这是一种新式的高超音速武器，可以在太空打水漂，还用到了乘波体和钱学森弹道两种物理原理。

  导弹能在太空打水漂吗？乘波体、钱学森弹道都是啥意思呢？今天来给大家做个简单的介绍。

  打水漂可能是全世界小朋友们都玩过的一款游戏了。找一块扁平的石头，用很大的力气扔到水面上，只要找好角度，石头就能在水面上跳很多次。可是，你知道打水漂其实也有科学道理吗？

  2005年，几位法国学者在英国杂志《流体力学》上发表了一篇文章，标题就叫《打水漂》。

  在这篇文章中，科研人员制作了许多扁平的圆形铝片做石头，又专门制作了一台打水漂机，以此研究不同的参数对打水漂的影响。

  比如：要打出漂亮的水漂，石头必须以一定的角速度自转，只有这样才可以通过陀螺效应保证石头的方向不会在运动过程中变化。要让石旋转起来，就需要在扔石头的时候用手指勾住石头的边缘——许多小朋友打不出水漂，可能是由于不知道这个秘诀。

  而且，通过多次实验，研究者找到了最佳的入水角度：石头平面与水面的夹角α和速度方向与水面的夹角β都大约是20度时，反弹的效果最好。

  在石头入水时，由于和水面发生了碰撞和挤压，石头会受到水的作用力F。文章依据流体力学的基础原理，得出了石头入水时的受力公式：

  这个作用力能分解成竖直向上的Fy和水平向后的Fx，就是靠着竖直方向的力，石头弹跳起来了。要获得很大的上升力，较大的入水速度也是必须的。

  总而言之，通过研究，我们会得出这样的结论：要打出漂亮的水漂，需要较大的速度、较快的自转和合适的入水角度。

  比如，你能参加每年的世界打水漂大赛，还可当作打水漂世界冠军计入吉尼斯世界纪录，名垂青史。现在的吉尼斯世界纪录保持者名字叫库尔特，他在1965年的比赛中打出了88个水漂。

  1943年，第二次世界大战还处于胶着之中。盟军策划炸毁德国的重工业基地——鲁尔工业区。鲁尔工业区有丰富的煤炭资源，也成了德国钢铁、军工产业的基地。两次世界大战中，鲁尔工业区都是德国重要的产业基地。

  可是，由于德国的防空力量强大，盟军的几次轰炸的效果都不理想。于是，有人提出：应该炸毁鲁尔河上游的三座水坝，这样一来鲁尔工业区会被洪水淹没，而且修复大坝需要很久，最近一段时间工业区的电力供应也会被切断。

  盟军能够想到的方法，纳粹自然也能想到。德国设计了强大的水坝保护火力，盟军的轰炸机无法靠近水坝。为避免盟军飞机在远处投掷鱼雷炸弹，德国还在水坝附近的河里安装了拦炸弹网，鱼雷也无法从水面到达水坝。

  这时，英国空军的一位工程师巴恩斯.沃利斯突发奇想：为什么不用打水漂的方法炸掉水坝呢？

  他的方案是：制造一种圆柱形的炸弹，让轰炸机在远处投下旋转的炸弹，炸弹遇到水面之后会像打水漂那样跳起，通过几次跳跃跳过拦炸弹网，炸掉水坝。

  也许有人会认为这是天方夜谭。可是，按照这种设想，盟军真的炸掉了鲁尔河上游的两座水坝，给了希特勒沉重的打击。

  现代人甚至重复了这个实验，我们会看到这一个炸弹在水面上高速跳起，非常有趣。

  导弹与炸弹的不同之处在于：炸弹一般是无动力的，扔出去之后只能凭借惯性和重力作用运动。而导弹一方面具有动力，可以飞更远的距离，另一方具有制导能力，可以锁定或调整自己的目标。

  巡航导弹一般在大气层中飞行，由喷气式发动机提供动力，靠弹翼提供上升力，这些都与飞机相同，我们基本能把巡航导弹看作一个携带炸药的无人机。例如著名的巡航导弹——战斧，精确度很高，射程2500km。这种导弹在海湾战争中发挥了及其重要的作用，也是美国战场0伤亡目标的重要武器。

  不过，巡航导弹也有自己的缺点。例如射程较近，飞行高度低，速度慢。战斧导弹的速度大约0.7马赫。马赫表示空气中的声速——大约340m/s， 0.7马赫即0.7倍声速，大约900km/h。这个速度与一般的喷气式客机差不多。加上它的飞行高度低，一旦被敌人发现，就很容易被拦截——防空导弹、高射炮甚至肩扛式火箭筒都可能把它打下来。

  所以，除了巡航导弹，人们还发明了弹道导弹——一种射程极大，速度极快的导弹。

  弹道导弹为了获得较大的射程，需要飞出大气层，所以它一般携带火箭发动机，自带燃料和助燃剂，无需从环境中吸进氧气。弹道导弹一般没有弹翼，在大气层外，火箭发动机燃料燃尽之后，弹道导弹就变成无动力的炸弹，依靠地球的引力以极快的速度落回地面。由于飞行高度大，弹道导弹的精确度没有巡航导弹高，因此一般设计用于携带威力巨大的核弹。

  1937年，25岁的冯布劳恩成为了纳粹德国火箭试验基地的技术部主任。在第二次世界大战末期，他主持设计了著名的V-2导弹。纳粹用这种导弹轰炸320km之外的英国，导弹末端速度达到4.8马赫，让英国人根本来不及拦截。

  不过，这样先进的武器依然没有阻止希特勒的倒台。1945年，德国被盟军击败，美苏两国都极力搜捕包括冯.布劳恩在内的德国火箭专家——战后美苏两国的导弹技术突飞猛进，其实有很大功劳属于这一批德国科学家。冯.布劳恩经过慎重考虑，最终向美国投降。

  来到美国后，冯布劳恩加入了美国航空航天局（NASA），设计了著名的土星五号火箭。正是靠着这种大功率火箭，阿波罗飞船才来到了月球。冯布劳恩被NASA誉为世界上最伟大的火箭专家。

  其实，在德国发明出V-2导弹的时候，希特勒并不满足于轰炸英国，他还有一个更疯狂的想法：用V-2导弹轰炸美国。可是，美国与欧洲远隔大洋，导弹能飞行这么远吗？

  德国科学家的头脑果然是非同寻常，1940年，火箭专家桑格尔就提出：可通过打水漂的原理轰炸美国。依靠火箭助推导弹飞出大气层，当导弹以高速再次进入大气层时，由于大气的作用，导弹会向上弹起，就像打水漂一样。经过几次反弹，导弹就能打到大洋彼岸的美国了。这种弹道也叫做助推-跳跃弹道。

  但是还没等到这个计划付诸实践，纳粹就倒台了。而且受到技术方法的限制，桑格尔弹道在几十年的时间里始终没付诸实践。

  前几年，我国发射了嫦娥五号实验飞船。飞船返回舱就用到了桑格尔弹道的原理。如果让返回舱立即进入大气层降落，由于速度太快，存在许多不可控因素。所以飞船进入大气层后，首先反弹出大气层实现一次减速，再重返大气层降落。经过实践检验，证实了这种方法——太空打水漂的可行性。

  1945年，纳粹战败后，美国派出自己的空气动力学专家远赴德国，接收德国火箭专家的投降，其中就包括后来成为中国导弹事业奠基人的科学家——钱学森。

  1935年，24岁的钱学森以美国退还的庚子赔款赴美留学，师从著名空气动力学家冯.卡门。1943年，美国获悉德国正在研究火箭，也抓紧建设了喷气实验室，钱学森任喷气实验室组长。二战结束时，钱学森是美国国防部科学顾问，空军上校。他随自己的老师冯.卡门来到德国，与许多德国火箭专家进行了深入的交流。在这样的一个过程中，钱学森逐渐产生了一个新的想法，后人称之为钱学森弹道。

  在导弹再入大气层发生反弹时，并不很好控制方向。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？助推-滑翔弹道的想法诞生了。

  助推-滑翔弹道相比于传统弹道有一些优势，例如它保留了飞出大气层的部分，从而能够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。

  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，飞机可以在一小时之内从美国纽约飞到法国巴黎。钱学森还画了一张图展示自己的想法。现在网上流传着这张图片，却经常配上“在法国投降之前打到巴黎”之类让人啼笑皆非的标题。

  1955年，中国释放了11名朝鲜战争的美国战俘，作为交换，钱学森获准回国。在钱学森的指导下，1960年，中国第一枚仿制导弹东风-1发射成功。如今，东风导弹已经有十余种型号，是中国重要的战略装备。

  国庆展出的东风-17导弹，预计速度5-20马赫，射程约2000km，速度快，轨迹捉摸不定，难以拦截。由于很多技术细节没有公开，所以其实我们并不清楚其采用的是桑格尔弹道，还是钱学森弹道，抑或是二者的改进。不过凭借速度优势，东风-17导弹就可以无视大部分的反导系统，天下武功，唯快不破。

  还有一个问题没有解释：没有弹翼的导弹，是如何在大气层中获得上升力实现滑翔的呢？

  我们以前介绍过：如果物体的运动速度超过声速，声波会叠加在一起，形成马赫锥。

  此时，强烈的冲击波（或叫激波）会使空气发生挤压，空气的密度也会发生明显的变化，形成一堵空气墙。导弹在空气中滑翔，就像冲浪板在水面上航行一样，具有这种特点的飞行器叫做乘波体飞行器。在大气中飞行的高超音速飞行器，大多要用到乘波体的原理。

  由于超音速飞行器在大气中飞行时会产生高温，许多飞行器必须设计合适的形状和阻热材料表面，才能让飞行器长时间、高速度的飞行。有研究表明：锥形的头部能够让激波与飞行器有一定间距，从而形成隔热层，所以许多超音速飞行器采用了这种设计。

  美国在超音速飞行器方面投入了很多力量进行研究，例如X-51， HTV-2，都是设计速度为20马赫的飞行器。只可惜在实验过程中，这些飞行器大多没有经受住考验。

  东风-17导弹的锥状头部、两侧的小翼，就是为乘波体特别设计的。也许我们在超音速飞行方面已经走在了世界的最前列。

  大国之间，最重要的就是战略平衡。通俗来说，你有的武器我一定要有，这样才可以保证对等威慑。比如美国研制出了，中国也勒紧裤腰带做出了；美国有B-52轰炸机，可以把扔到全世界各个地方，我们也做出了东风-5、东风-41弹道导弹，也能够把核弹扔到美国；美国为了防御中国的远程导弹建立了萨德反导系统，中国就有了东风-17这种高超音速弹道导弹，用以克制萨德…

• 上一篇: 保单回执不签多久会失效 保单回执的作用是什么
• 下一篇: 铝片募投项目可行性研究报告