超5馬赫已是「高超音速飛彈」,為何衛星速度輕鬆可達23馬赫?

2020-12-23 天下布武

在中學課本中我們可以了解到,近地軌道衛星的繞地速度一般略小於第一宇宙速度,也就是略低於7.9千米/秒(約合23.2馬赫),這是一個非常快的速度。而對於一些飛彈來說速度能達到1倍音速(1馬赫)已經是很了不起了,而達到5倍音速及以上就已經被稱為「高超音速飛彈」了,這已經是全球頂尖的技術了,為什麼差別那麼大呢?

首先,在稠密的大氣層中飛行的飛彈等飛行器,速度越快其受到的空氣阻力也就越大,想要加速就需要發動機提供更大的推力,同時需要的燃料也就越多,如此「惡性循環」,飛彈想要達到更高的速度所消耗的燃料就會幾何倍式的增長。而這對於體型有限且需要遠距離飛行的飛彈來說顯然是不可取的,所以在全程大氣層中飛行的飛彈速度達到8馬赫(俄羅斯的「鋯石」飛彈可以達到8馬赫),已經是常規飛彈中速度最快的了。

但對於繞地衛星就不一樣了,衛星一般都運行在距離地面高度150公裡外的太空,大氣已經非常稀薄甚至可以忽略不計,所有飛行器在這一高度飛行幾乎不用考慮空氣阻力的問題。而且,根據萬有引力公式表明,當衛星本身重力等於其向心力時,衛星可以繞地球做勻速圓周運動。

這時候衛星不再需要其他動力,也就是說理想狀態的下的繞地衛星如果不進行變軌的話是不需要燃料的,所以衛星的大部分燃料只需將其在進入預定軌道時加速到第一宇宙速度即可,之後便可保持這一速度(23馬赫)持續繞地飛行。

另外,飛彈的速度也不是都那麼低,對於射程在10000公裡以上的洲際飛彈來說,其末端再入大氣層突防速度也是可以輕鬆達到20馬赫以上的。因為洲際彈道飛彈也要衝出大氣層,本身就需要極高的速度,而且中段高度可以在1000公裡以上,可以依靠地心引力的持續加速。

例如,上世紀80年代,美國在試驗「和平衛士」洲際飛彈時,該飛彈的末端再入大氣層速度達到了26馬赫;而喜歡玩核武器的俄羅斯則在去年宣稱其「先鋒」洲際飛彈最大速度可以達到27馬赫,平均速度也有20馬赫;如此來說,飛彈的速度並非不能趕得上近地軌道衛星的繞地速度的。

綜合來說,大氣層中飛行的飛彈和大氣層外繞地飛行的衛星,因為在飛行方式方面有著本質的區別,所以速度會有著很大的差別;但對於既要衝出大氣層飛行,又要再入大氣層突防的洲際彈道飛彈來說,最大速度卻可以輕鬆達到20馬赫以上。

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