第六代战机会是无人机吗,航母是海洋强国科技

  出品:科普中国军事科技前沿

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  作者:兰顺正(察哈尔学会研究员)

  作者 :于飞(资深科技媒体人)

F-35C在航母上的起降。 

  监制:光明网科普事业部

  制作:光明网科普事业部

  美国海军部长Ray Mabus说:“F-35C舰载隐身战斗机将是,并且几乎肯定是海军将要购买或使用的最后一型有人攻击战斗机。”

  在5月份的全国科技活动周暨北京科技周活动主场的军民融合展会上,国产“凌云”临近空间高超声速通用试飞平台公开亮相,这意味着中国的高超声速飞行器技术又进了一步。

  据新华社消息,5月13日,我国第二艘航母从大连造船厂码头启航,赴相关海域执行海上试验任务,主要检测验证动力系统等设备的可靠性和稳定性。据了解,自去年4月26日下水以来,第二艘航母建造工作按照计划稳步推进,完成了系统设备调试、舾装施工和相关系泊试验,具备了出海试验的技术条件。

  在国际上,诸如美国的F-22、F-35以及中国的歼-20被公认为第五代战机。那么显然,下一代战机,肯定就是第六代了。

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  航母的全称即是航空母舰,是一种以舰载机为作战武器的大型水面舰艇,可以供舰载机起飞和降落。因为要供战机起飞和降落,所以航母通常拥有巨大的飞行甲板和舰岛,吨位也很大,排水量三万吨的舰船也只能算是小型航母,而大型航母的排水量一般在6万吨以上。依靠航母,一个国家可以在远离其国土的地方、不依靠当地机场的情况下施加军事压力和进行军事作战。

  而关于第六代到底是有人机还是无人机,争论一直都很大。

  “凌云”临近空间高超声速通用试飞平台(图片来自网络)

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  如果我们这个世界从未出现无人机,那么六代机就没什么可争议的,它当然还是有人驾驶战机。

  航空“新星”唯快不破

  图为我国第二艘航母首次出海试验。新华社发

  但现实是,无人作战飞机纷纷出现,人工智能技术又如火如荼,这让六代机在“到底该往哪走的问题”上,产生了严重的撕裂。

  高超声速飞行器是飞行速度超过5马赫的飞机、导弹、炮弹等有翼或无翼飞行器的总称。由于蕴含巨大的军事和经济价值,所以高超声速飞行器已成为当今世界各军事大国纷纷投资的领域,成为21世纪航空航天事业发展的一个主要方向。

  纵观世界航母的百年发展史,航母是 “海上霸主”的象征,体现一个国家综合国力。相信我国新建的首艘国产航母将和“辽宁”号航母一起,跻身世界先进航母行列,将进一步完善我国的航母研发能力,助力我国从海洋大国迈向海洋强国。

  无疑,这是一个巨大的岔路口,走左边还是右边,意义重大。

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  我国的辽宁号以及新建的国产航母都属于中型航母

  因为有时候,选择比努力更重要。

  美国快鹰高超音速巡航导弹(图片来自网络)

  现代航空母舰通常按满载排水量的大小分为大型航空母舰(6万吨以上)、中型航空母舰(3-6万吨)和小型航空母舰(3万吨以下);按动力装置可分为核动力航空母舰和常规动力航空母舰。

  为时过早吗?

  高超声速飞行器大致可分为两个种类:

  大型航母是以美国的“尼米兹”号、“福特”号为代表,其排水量达到10万吨级,并且是核动力航母。

  有人可能会认为,中国的歼-20,还有美国的F-35这才刚服役不久,现在就来讨论下一代战机,这是不是太操之过急且不切实际?

  第一类为吸气式高超声速飞行器,这类飞行器依靠自身高性能动力推进系统就可实现大气层内数倍音速的飞行器。超燃冲压发动机、脉冲爆震发动机是这类高超声速飞行器的关键技术。

  而法国的“戴高乐”号、俄罗斯的“库兹涅佐夫”号、我国的“辽宁”号以及新建的国产航母,据了解都属于4-6万吨级的中型航母。

  绝非如此。

  第二类高超声速飞行器又被称为助推滑翔高超声速飞行器。目前助推滑翔高超声速飞行器大多采用技术上可行的火箭助推获得速度完成进入太空,达到最高点后下降进入大气层,进入大气层后通过气动升力效果在靠近大气层的边缘进行滑翔,最终抵达目标上空。

  虽然我国国产的航母还只是中型航母,但是航母作为造船业“皇冠上的明珠”,第一艘国产航母下水到问世,我们可以自豪地说中国已经具备世界上最先进的造船能力。

  以F-35战机为例,它主要是由美国洛克希德·马丁公司研制和制造的,难道美国国防部能这样说:“洛克希德公司,既然F-35刚服役,那么你们留下一小撮人员维护它就行了,而下一代战机目测也要2030年才服役,所以你们大可以让90%的研发人员去休10年的长假,为节约成本,你们甚至可以裁掉大部分人员,到时再招聘,重组队伍。”

  高超声速飞行器一旦武器化,其首要特点就是一个“快”字。这类武器的飞行速度设计指标都在5马赫以上,因此能在很短的时间内抵达地球上的任何一点,迅速打击数千或上万公里外的各类军事目标。同时这类武器则可在瞬间跨越遥远的距离,使对方拦截兵器没有足够的反应时间和实施拦截的飞行速度,有利于突破对方防空火力拦截,达到出其不意的攻击效果。另外高超声速武器不但拥有精度,而且借助高速飞行获取巨大动能,通过直接碰撞杀伤目标,其产生的巨大破坏力适合打击加固和深埋目标。

  航空母舰的建造是一个巨大的系统工程,往往涉及成百上千家单位和企业,能建造国产航母,这也体现了我国整体的工业实力,已经跻身世界前列。

  显然,美国国防部不会这么说。但问题来了,既然F-35已服役,那么空出的大量研发人员该干嘛?当然是投入到下一代战机的各种前期设计中。

  “东风—征服”名扬海外

  世界上最早建航母的是英国

  还有,早在2005年12月15日,F-22就已服役,难道,研制F-22的核心技术人员也是休长假至今?当然不是。

  这些年来中国在第二类高超声速技术领域的发展引人瞩目,如2014年1月14日由美国华盛顿自由灯塔报首先向外界披露,中国于2014年1月9日首次测试的一种高超音速滑翔载具,2014年1月15日,中国国防部证实了这一消息。

  建造航母,要使战机在母舰上起飞,说起来容易做起来难。在世界航母发展史上,最早进行这种尝试的,是当时的老牌海洋强国——英国。

  实际上,在六代机的研制上,各大国早就进入赛道,开始竞争了。俄罗斯“航空港”杂志主编帕捷列耶夫认为,法国已放弃第五代战机,转向第六代无人战机的研发。

  美国军方将这项高超音速滑翔式导弹载具试验对象命名为WU-14。WU指的是中国山西省五寨导弹基地,14为该型号首试年份,既2014年,中国国内也有舆论将其称为“DF—ZF”(即“东风—征服”的首字母)。外媒称,在随后的近3年时间里,中国已对该超高声速滑翔载具进行了7次测试,其中6次被认为成功。

  1917年,英国皇家海军将 “暴怒”号巡洋舰的前主炮拆除,铺设木制的飞行跑道,制成了世界历史上第一艘改装的航母,但因为舰上高耸的塔式桅杆和烟囱的阻碍,其不具有全通飞行甲板,飞机降落十分困难,所以这是一艘很不完善的航空母舰。

  法国的选择也许是明智的,因为等他们的五代机研发出来并服役时,别国的六代机也差不多出来了。一步慢,步步慢。

  “凌云”高超声速飞行器厉害在哪

  1917年8月, 英国海军少校邓宁凭借着高超的驾驶技术,驾驶战斗机艰难地降落到航行中的“暴怒”号前甲板上,首开了飞机在航母上着陆的先河。然而,几天后当他重复这一壮举时,飞机却翻出军舰坠入海中,他以身殉职。

  看得见的诱惑

  一直以来,中国的第一类高超声速技术显得有些默默无闻,在国际上这类飞行器知名的主要有美国的X-51、俄罗斯的“锆石”等。而本次的“凌云”可谓是帮助中国补齐了这块短板。

  第一艘安装全通飞行甲板的航母是由一艘建造中的客轮“卡吉林”号改建的英国“百眼巨人”号航空母舰,它的改造于1918年9月完成,飞行甲板长168米,甲板下是机库,有多部升降机可将飞机升至甲板上。1918年7月19日,七架飞机从“百眼巨人”号航空母舰上起飞,攻击德国停泊在同德恩的飞艇基地,这是第一次从母舰上起飞进行的攻击,不过航母并未在一战中发挥太大的作用。

  之所以在六代机的选择上,会有大量无人机的呼声,这是因为,无人机有太多太多一眼就能看穿的好处。

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  1930年,英国建造的“皇家方舟”号航空母舰采用了全封闭机库、一体化的岛式上层建筑、强力飞行甲板、液压弹射器,被誉为“现代航母的原型”。

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  “凌云”头部进气道特写,从这里可以看到它采用了弹头进气布局(图片来自网络)

  第二次世界大战宣告了航母时代的来临

F-22(图片来自美国空军。)  

  从相关图片可以看到“凌云”高超声飞行器弹头布置有X形四进气道,所以应该是采用的超燃冲压发动机。超燃冲压发动机是指燃料在超声速气流中进行燃烧的冲压发动机。所谓冲压,就是利用飞行器飞行时的迎面气流的压力,使其进入发动机后自然压缩。当飞行速度小于5倍声速时,冲压发动机吸入的空气被压缩后,气流速度会下降到低于声速;但飞行速度再增加,压缩后的气流速度将高于声速。也就是说,燃料必须在高于声速的气流中燃烧,即所谓“超声速燃烧”。由于超燃冲压发动机可以在攀升过程中从大气里获取氧气,因此可以放弃携带氧化剂,节省重量,就意味着在消耗相同质量推进剂的条件下,超燃冲压发动机能够产生4倍于火箭的推力。

  航空母舰在战争中初建功勋是在1940年11月11日,英国海军的“光辉”号航空母舰出动鱼雷轰炸机编队攻击了塔兰托港内的意大利海军并且击沉一艘、击伤三艘战列舰。此举使美国等海洋强国意识到航母时代的来临。

  上图的F-22,一眼看去,你会惊讶于它内部空间的使用率是如此之高,其前面是两个发动机进气道,尾部是发动机喷口,问题来了,它8.2吨的燃油藏在哪儿?武器又是挂在哪里?

  可问题在于,超燃冲压发动机的研制同样是障碍重重。首先,流过超燃冲压发动机的空气只有几毫秒的通过时间,要想在这样短的时间内完成压缩,并使燃料与空气迅速、均匀、稳定、高效地掺混、点火并燃烧,技术上十分困难,如同“在十二级大风中点燃一根火柴”。其次,超燃冲压发动机需要克服的另一大难题是材料。由于发动机工作时具有极高的热负荷,因此需要使用最高性能的耐高温复合材料。虽然有消息称“凌云”飞行器在数年前就已在社交媒体露过面,但此次官方正式公布无疑是向世人宣布中国的超燃冲压发动机技术已经趋于成熟,这为中国自己的高超声速巡航飞行器打下了坚实的基础。

  二战中,航空母舰在太平洋战争战场上起了决定性作用。从日本海军航空母舰偷袭珍珠港,到双方舰队自始至终没有见面的珊瑚海海战,再到运用航空母舰编队进行海上决战的中途岛海战,从此航空母舰取代战列舰成为现代远洋舰队的主干。美国建造了大批“埃塞克斯”级航空母舰,组成庞大的航空母舰编队,成为海战的主角。

  燃油和武器当然还是在机身某处,但这是不是可以说明,F-22的内部,根本不可能再有一丝一毫的无用空间?

  世界上最疯狂建造航母的国家是日本。在日本海军史上,共拥有航母29艘,有4艘在二战结束时还未完工,庞大的航母群曾让日本自认为是海上第一强国。

  “当你为一架战斗机安排内部设备时,如果还剩下多余空间,就说明你的工作没做好。”

  历史证明,这只是日本人的幻觉。1942年中途岛大海战,日本“赤城”、“加贺”、“苍龙”和“飞龙”4艘主力航母全部被美军炸沉,

  这是美国某飞机设计师的话,其形象地说明了,战斗机的内部空间,真的是寸土寸金。

  而且在美军反攻中,日本航母一艘接一艘地葬身海底。至于残留的几艘航母如“凤翔”、“龙凤”等以及尚未完工的航母,在日本投降后均被美国下令解体,日本航母迎来了彻底的毁灭。

  再举个例子,假如你是某10万吨级航空母舰的总设计师,当你设计好以后,有一天上级却告诉你,未来需要增加女兵在航母上的数量,所以你得在合适的地方再增加5个女厕所……

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