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第10章 遨游太空(2)

核动力燃料能量大,续航能力强。虽然核动力商船初期投资高,但是一旦使用起来,节省燃料的费用大大地超过早期投资,从长远观点来看,大功率核动力商船在经济上是占优势的。各国非常注重民用核动力船只的研究,研制出许多类型的核动力商船。从未来发展的趋势看,人们会对核能利用的安全给予更多的考虑,开发、研究和应用核能,一定会掀起航海业上的新革命。

“怪船”没有螺旋桨也没有舵,它靠什么前进,又如何把握方向?20世纪末期,海上出现了一种没有螺旋桨、没有舵的“怪船”,这就是超导电磁船。我们不禁要问,没有螺旋桨靠什么前进?没有舵,船又怎样把握方向呢?我们首先要了解一下超导电磁船的基本原理。

我们知道,利用超导体在超导状态时电阻为零的特点,把超导材料制成线圈,通上强大的电流,这时,就会在海水中产生强大的磁场,因为线圈不会发热,所以不用担心会被烧坏,这样,就可以把线圈的功率做得足够大。

同时,在海水中设置电极,利用海水的导电特性,形成通电回路,使海水带电。

这样带电的海水在强大磁场的作用下,产生了使海水发生运动的电磁力,而船体就在反作用力的推动下向相反方向运动。

超导电磁船依靠电磁力作用前进,所以它根本不需要螺旋桨。超导电磁船所获得的推力与通过海水的电流大小、超导线圈产生的磁场强度成正比。我们只要控制进入超导线圈和电极的电流大小和方向,就可以控制船的速度和方向;并且可以做到瞬时启动、瞬时改变方向、瞬时停止。可见,超导电磁船具有其他船舶无法比拟的机动性。超导电磁船不仅速度快,不受气候影响,推进效率高,控制性能好,而且噪声小,结构简单,易于维修。难怪它一问世,就有人把它称为“理想之舟”。超导电磁推动系统适用于各种用途的船舶,人们只要在海底埋好导体,就可以像列车在铁轨上运行一样为这类船导航。因此,也可以把超导电磁船比喻为“海上的火车”。

1990年7月,日本的三菱重工神户造船厂建造了一艘长30米、宽10米、排水量185吨的船体。

1991年9月,又完成了两组超导电磁推进装置的安装工作,这艘船被定名为“大和1号”。

1992年6月16日,在神户港附近海域,“大和1号”进行了直进、右转、左转等航行试验,时速11千米。人们评价这是造船技术上的一次革命,标志着新一代的船舶将以全新的面貌登上海洋运输的舞台。超导体对低温环境的要求非常苛刻,超导电磁船的推广遇到了复杂的技术问题,超导体的成本和工作条件是限制它推广的最主要的原因。

不过,随着更为优良的超导材料的出现,这种“理想之舟”终究会变成“现实之舟”。“GPS”到底是怎么回事?GPS是全球定位系统Gldalpositiontngsystem的简称。这个系统又称卫星导航系统,意思是测时测距导航定位系统。1957年,美国科学家研制的第一代卫星导航系统是世界上第一个实用的卫星导航系统,1964年正式为美国海军服务,1967年对民用开放。

1973年,美国开始研制GPS全球定位系统;1973-1978年对方案进行论证;1979-1985年进行了大量的工程研制和系统试验工作;1986-1990年,又对系统性能进行全面改善,全面组网并投入最初的使用;到1991年,这个系统终于全面正式投入使用。

GPS系统中的24颗卫星分布于6个轨道倾角为55度的轨道面上,两个轨道面之间在经度上相隔60度,每个轨道上放置4颗卫星,每个轨道间隔互为90度,另外还有3颗备用卫星也在轨道上运行。每隔一个轨道面上放一颗备用卫星。卫星在高度约为20138千米的近圆形轨道上运行,周期约为12小时。

每颗卫星绕地球运行两圈时,恰好是地球自转一周。这样每颗卫星每一个恒星日有1~2次通过同一地点的上空,使每一颗卫星每天至少能通过一个地面控制上空。因此地面控制可全部设在一个国家内。

卫星上装备有原子钟、导航电文存贮器、伪码发生器、接收机、发射机等。

卫星的基本功能介绍如下:

第一,接收机存贮地面站发来的信息。卫星上的接收机接收地面站发来的导航信息,包括卫星星历、卫星历书、卫星时钟校正参数等,卫星上的存贮器存贮这些信息;卫星接收机还接收地面站发来的控制指令。

第二,卫星的微处理器做少量的数据处理工作。

第三,原子钟保持精确的时间。第四,卫星上的发动机及喷管组成的推动系统由地面站遥控,使卫星轨道保持在设定位置并控制卫星保持稳定的姿态。第五,向用户发送导航电文,为提高抗干扰和保密性能,卫星采用伪码扩频调制方式发送信号。

人们对这个系统的评价很高。

GPS系统能在全球范围内提供高精度的位置、速度和时间信息,无论是在军事上、民用上,还是在陆、海、空的应用上都非常广泛。在现代航海中,GPS系统也有很广泛的用场,它可以应用于导航定位、建立浮标、水文测量、铺设海底管道、布雷、扫雷、引导舰载飞机、提高导弹发射精度等许多方面。有了GPS系统,就好像在地球上空有了一个俯瞰四方的好向导。怎样才能降低超音速飞机表面的温度呢?飞机作超音速飞行时,前方的空气被压缩,使飞机外壳和空气发生高速摩擦,产生了巨大的热量,飞机表面的温度可高达300℃。

高温的后果是严重的。受热后的金属材料的负荷能力下降,无法承受飞行负担,甚至还会发生变形。用不同金属制成的零件受热后膨胀情况不同,相互间连接就容易出现问题,严重时这种问题会造成飞机解体。同时,机舱内温度升高,驾驶员被高温烤得无法正常工作。高温还会软化飞机上的塑料、有机玻璃等器件,使它们失去原有的性能;燃料和润滑油在高温下也会挥发。

这种现象被称作超音速飞行时的“热障”,“热障”是提高飞机速度的“拦路虎”。

那么,怎样才能降低超音速飞机表面的温度呢?随着新材料技术的不断发展,各种各样的新材料被应用到航空领域,逐渐克服了“热障”。首先,将飞机表面做得非常光滑,一方面可以减少摩擦,减少生热;另一方面光滑的表面也可以辐射掉一部分热量。

其次,可以利用物理方法对飞机进行冷却,想办法将热量带走,如在飞机内表面夹层中安装冷却套,套内装有冷却液体,把热量带走。当然,也可以在飞机的表面涂上一层有机涂料,从飞机表面带走大量热量。

第三种方法比较复杂,称为烧蚀式防热。将一种新式高分子材料敷于飞机表面,这种材料遇到高温后,就可以吸收热量,变成一种具有良好隔热性能的疏松层。它的外表面虽然是300~400℃的高温,但在相隔5毫米的另一面,温度却可以保持在100℃以内,这种方法可以彻底地克服“热障”。有了先进的超音速飞机,又克服了“热障”这个“拦路虎”,飞机的飞行速度迅速提高,飞行纪录不断被突破。

1956年9月,X-2火箭飞机时速达到了3450千米;1967年9月,X-15型火箭飞机的时速竟达到了7200千米。一般战斗机的速度都超过音速3倍,大型客机大都可以以2倍音速飞行。能不能以太阳能作为飞机的动力呢?太阳能是一种最洁净的、取之不尽的能源,能不能以太阳能作为飞机的动力呢?这里我们要讲一讲法国人麦克格里迪的事迹。法国人麦克格里迪知识渊博,勇于进取,他的座右铭是:“在人类进取心面前,没有克服不了的困难。”他从宇航局借来了11000片太阳能电池,安装在新设计的“蝉翼企鹅号”飞机上,用太阳能电池来驱动飞机。这架飞机在试飞时升空只有30米,这证明了太阳能可以作为飞机的动力。太阳能电池价格昂贵,试飞经费遇到了困难。这时候,研究轻型材料的杜邦公司提供了赞助,于是机身长10米、翼展16米的太阳能“挑战者号”诞生了。

机翼上安装了16128片太阳能电池,总面积达22平方米。1981年7月7日,天气晴朗,“挑战者号”从法国起飞。从地面看,这架造型奇特的黑色小飞机就像一只大鸟,无声无息地在英吉利海峡上空轻快的飞行着。

突然,有一股强烈的气流使飞机摇摇欲坠,原是一架记者用的直升飞机在“兴风作浪”,一大群记者乘直升飞机赶来现场拍照。为了保证飞行安全,研究者不得不让记者们离开现场。飞机又恢复了正常,继续试飞。

“挑战者号”行程260千米,5个小时后,降落在英国伦敦蒙斯顿皇家空军基地。记者们蜂拥而上,团团围住,参观这架造价70万美元的小飞机。一位记者在采访麦克格里迪时问:“会不会有人肯花70万美元购置一架太阳能飞机?”回答是:“没有,可能一位也没有!但是,这正如有人问‘初生的婴儿有什么用’一样幼稚。婴儿会长大,会成长为教师、工程师、飞行员、宇航员会为人类作出贡献!”人们评价说,太阳能飞机试飞成功,是人类朝着太阳能飞行迈出的第一步,也是人类航空史上具有重大意义的一步。

但是,太阳能飞机毕竟离实用还有很大一段距离,还需要人们继续研制、继续实践。不过我们有理由相信,随着现代科学技术的飞速发展,太阳能飞机终会像彩蝶一样在阳光灿烂的空中飞翔。

无人飞机是无人驾驶吗?无人驾驶飞机简称无人飞机。无人飞机的问世,给航空技术增加了几分神秘的色彩。

专家认为,无人飞机是飞机高新技术的先导试验机,又是飞机高新技术的开拓应用机。在飞机上安装陀螺仪,就可以实现了飞机无人驾驶的自动飞行。

现在,人们把无线电遥控技术应用到飞机上,使航空航天的遥感技术得到实质性的发展。人们又把计算机程序控制的成果用在飞机上。现在,已经研制出了无人轰炸机。

20世纪80年代以来,人们在航空领域广泛采用微电子技术、复合材料技术、隐身技术和先进的传感技术,航空技术发生了巨大的革命性的变化。一批高新技术在无人飞机中的应用,促使形形色色的无人飞机异军突起,正向着多功能、小型化、军民两用的方向发展。

1982年6月9日黎巴嫩东部贝卡谷地的大空战,这是震惊世界的空战。战前,以色列多次出动小型的无人侦察机进行侦察。

无人侦察机的控制方式和电子技术装备都极其先进,非常隐蔽地侦察到了SM-6导弹发射阵地的地形、地貌和具体位置。随即,以色列军方对谷地进行强电子干扰,同时出动了F-15、F-16和F-4等战斗机和轰炸机对贝卡谷地导弹基地进行猛烈地空袭。结果出人意料,这次空战,以色列仅用6分钟就将贝卡谷地的19个SM-6导弹基地全部摧毁,举世震惊,舆论大哗。这次空战表明,无人飞机进入了新的发展时期。无人飞机用于民用,将在国民经济中大放异彩。

据报道,1989年5月,美国研制成功了一种高空探测专用无人飞机,供采集、分析、研究臭氧层空气取样之用,也可用于大气研究的其他方面。美国人研制的这种无人飞机,采用轻型、高强度、高刚性的薄长机翼,翼展达18米。在高空低速飞行时,薄长机翼气动阻力小,增强了空气黏性,可起到增大升力的作用。这种无人飞机已于1993年春试飞成功。

它能在21千米以上的高空、300千米范围内遥控巡逻飞行6小时,包括空气采集取样1小时。这种无人飞机是由地面绞盘车或飞机拖曳升空后释放的,然后以每小时74千米的速度爬升到30千米高空,进入臭氧层核心处,在飞行高度上突破了纪录。人们十分欣赏无人飞机的神奇力量,人们以希腊神话中的英雄“珀修斯”的名字,将它命名为“珀修斯A号”高空探测无人飞机。

隐身飞机如何隐身?目前,世界各国都有自己的雷达网和各种探测器组成的防空系统,日夜监视本国的领空,防范敌机入侵。

为了使有“千里眼”之称的雷达“看不见”飞机,在公开或者秘密的场合,世界上的一些主要国家对飞行器隐身技术研究了20多年,取得了举世瞩目的成功。20世纪80年代,诺斯洛普公司为美国空军研制了B-2战略隐形轰炸机。它的外形隐身措施很有特色。B-2战略隐形轰炸机的机翼、机身、发动机舱交接处采用弧面连接,融为一体,整个外形呈三角形飞翼结构,蒙皮表面平整,克服了雷达波反射大的问题。

设计师们匠心独运,飞机上干脆不设置垂直尾翼,消除了尾翼和机身间角反射器效应。常规的钝头机头也被改为尖锥机头,使曲面回波变为很小的尖顶回波,减弱了回波强度。发动机隐匿在机体内的背部,设有吊舱,机体后缘呈锯齿形,外侧机翼很多。

这样做的结果是,可以大大减小对雷达波的反射。另外,机身上还涂有深灰色的隐身涂料,对于雷达、红外线和可见光都有隐身能力。机翼面积大,可以使机翼前后缘都嵌入比较厚的吸波材料。

机上的各种结构都采取了隐身措施,有效地降低了被发现的概率,提高了作战时的生存能力。据称,B-2飞翼隐身轰炸机的航程可达12000千米,能携带34吨炸弹和常规巡航导弹以及17枚核弹头。

B-2是当代最先进的战略轰炸机。另一种隐身飞机的设计是用外形技术改变雷达回波的传播方向,使强波转向到探测威胁较小的方向,美国的F-117A多面体隐身战斗机就是这方面的典型代表。据专家介绍,F-117A隐身战斗机是超音速战斗机,机头前方有4根尖管,两根是空速管,另外两根是高度传感器,机身是前后尖的多面型体,有一块外倾的平面,还涂有吸波涂料,极大地减小了雷达波的反射。

这种飞机上还带有雷达干扰器,在编队飞行中极有利于隐蔽地接近目标并进行攻击。F-117A属于侦察、攻击型的隐身战斗机,它的尺寸小,飞行机动灵活,可以夜间飞行,也可以在多云、暴雨等复杂气候条件下飞行,人们把这种全天候的飞机誉为“看不见的飞机”。

人们评价说,隐身飞行的成功,标志着隐身技术向着更高水平发展,成为世界军事战略现代化的一个重要里程碑。奇妙的眼镜蛇和撞钟1989年,一架苏-27战斗机和另一架苏-27VB双座教练机不挂副油箱由前苏联直飞巴黎进行飞行表演。在进行飞行表演时,苏-27以攻角超过失速攻角(约30°)的姿态,进行了“眼镜蛇”特技飞行,这一绝技令西方航空专家大为惊讶,他们感到大跌眼镜,不得不对苏-27刮目相看。

人们公认,着名试飞员普加乔夫驾驶苏-27进行的“眼镜蛇”特技飞行壮观、惊险、冠绝世界,令人叹为观止。

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