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踢館:憑什麼馬斯克能搞出獵鷹重型?對我國有何啟示?

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昨天是堂主的東家新年後第一天開工,照慣例,廣東系的公司開工首日要搶紅包。

聽說總部的搶紅包活動今年更是玩出了新高度:

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作為一名北京分公司碼字狗,看到你們這麼玩物喪志,堂主想問:你們那邊還缺懂軍事知識的不?

這些都是身外之物,誰讓堂主不會寫代碼呢……堂主還是踏踏實實地碼字吧。

問:堂主,為什麼一家美國私人企業公司可以搞出獵鷹系列這麼牛逼的火箭,而其他國家包括歐盟靠國家意志都沒做到?都知道搞航天技術燒錢,獵鷹系列的成功是靠科技技術的進步,還是得到了美國政府的扶持?

這主要是兩條,一是美國航天工業強大的技術積累。50年代航天競賽以來,美國長期維持了世界最高的航天工業投入和發射規模,大量型號的發射和研製積累了豐富的經驗。

而且社會化大分工的前提下,雖然ULA是最主要的運載火箭發射商,但是各個分系統、材料等都是獨立的企業,在價格合適的情況下他們積累的技術也能為獵鷹火箭服務。從而使得火箭的開發站在很高的水平上,而且也不用從頭開發基礎技術。

圖:為SpaceX公司梅林發動機提供燃料泵的Barber-Nichols公司的介紹資料。該公司此前是發射聯盟的供貨商。如果將發射聯盟視為我國航天科技集團公司,波音視為航天一院,Barber-Nichols公司視為航天六院,SpaceX公司視為航天科工集團某基地,就大致可以理解了。

圖:我國也有類似案例。此前我國衛星主要由航天五院和八院研製,吉林長光所只負責提供衛星光學設備。可長光所自己搞了吉林一號系列衛星,號稱要發射137顆實現全球5分鐘重訪,一樣對航天構成巨大壓力。你要問長光所的衛星技術哪來的……反正各大學是提供不了。

第二點是美國的風投體制,馬斯克通過不停的股權投資,可以獲得相當多的資金,在我國股權投資基本還集中在IT行業,而在美國很多科技領域其實都是依靠風投來獲得資金,這也是獵鷹成功的一個重要因素。

圖:站在龍飛船前的馬斯克。SpaceX公司里馬斯克個人佔54%的股份,有很強的控制力,但這個公司能迅速發展,與風險投資密不可分。這既包括對SpaceX公司的投資,也包括對馬斯克此前所有的電動車公司的投資,不然他可不會有這麼多錢。

圖:真要說尷尬,最尷尬的應該是美國發射聯盟。他們有最豐富的技術積累,做的經費支持,最強的人力儲備,最優厚的發射合同,結果被獵鷹9迅速朝越,除了體制問題沒有任何理由可以解釋這是為什麼。

問:重型獵鷹的成功讓我們看到了太空殖民的希望,不得不說馬斯克是真有決心。而且最難能可貴的是這是由商業化私人團隊研發的,我們舉國之力還比不過一個公司。所以,如果中國航天有機會和馬斯克合作,我們最需要的是哪些技術?

牛頓說自己的偉大,是站在巨人的肩膀上,實際上馬斯克和獵鷹的成功也是一樣,他是站在美國航天工業雄厚的力量基礎上。

美國六、七十年代的巨額投資為航天事業鍛造了堅實的基礎,比如說未來登月要使用的J-2發動機,是阿波羅計劃裡面就用在了土星5號火箭上,60年代就投入使用的100噸級液氫液氧發動機,比我國現在最大的YF-77液氫液氧發動機推力還大,這就是真正的征途是星辰大海的超級大國啊……

圖:土星5的J-2發動機,第二級用了5台,第三級用了一台,推力1000千牛。我國YF-77隻有500千牛。

圖:飛行中的土星5,起飛重量3038噸,接近一艘051型驅逐艦,在下面一個回答里有張對比圖,可以看出,它是人類最大的火箭之一。我國長征5火箭只有800噸級,要長征9才能到3000噸級。

馬斯克雖然是個公司,但是他的開發是基於NASA幾十年下來積累的豐富經驗和技術。而我國的主要問題還是以前窮,長期沒投入,現在有投資了也不可能像冷戰時期那麼燒錢,所以積累是弱得多的。

圖:發射台上的土星5,它的總承包商包括波音公司、北美人航空公司、道格拉斯飛行器公司以及IBM,都是美國私營企業。所以說重點強調獵鷹9是民營公司研製的其實很奇怪,前述公司同樣是民營的,它們就是美國技術比我們領先的表現,豈止一個馬斯克。

圖:回收後的獵鷹9火箭,和人相比支架尺寸非常大。雖然火箭回收看起來很炫,但真要說技術難度未必很高,馬斯克也還沒有實現大幅降低成本的目標。目前我國科技領域相當多的行業已經到了外購技術效果大幅下降,與自己研究的價值差距不大的階段。我們想買的美國不賣或太貴,便宜的我們又不想買……

問:看同比例示意圖,為何切洛梅的質子號火箭,體積比德爾塔4重型和太空梭小那麼多,而近地軌道發射能力還非常接近呢?

圖:世界火箭對比圖,三排右4是質子號,四排右4是德爾塔4重型,體積確實差很大。

跟太空梭接近?太空梭近地軌道入軌重量是90多噸啊,這還能接近?

質子的LEO能力是22.8噸,而德爾塔4的三箭體版本是23噸,看起來差不多,這主要是因為質子是四級火箭,而德爾塔4是兩級火箭。

根據火箭基本定理,就是通過多級火箭,不停的降低消極質量能有效提高載荷效率,所以同等技術水平下,三級火箭運載效率比兩級好,兩級又比一級好。所以差不多噸位下,質子的低軌道運載能力和德爾塔4差不多。

圖:蘇俄質子火箭,它有2、3、4級多個型號,發射重量最大的是4級型號。

但是火箭級數多了,就要多次空中點火,和地面環境比起來飛行過程中的點火成功率是更低的。所以為了提高成功率,現代火箭往往盡量減少級數,像德爾塔就只有第一級和半人馬座上面級,半人馬座推力還非常小,不像質子密密麻麻的搞了四級。

圖:德爾塔4重型的結構,可見其第一級上面就直接裝上面級了,結構非常簡化。

另外質子其實噸位跟德爾塔4很接近,只是體積小一些,因為常溫毒性燃料的密度比液氫大很多。

圖:德爾塔4重型發射場景,它使用液氫液氧燃料,燃燒產物是水蒸氣。質子號使用偏二甲肼燃料,正逐步被取代。

問:踢館,有專家說電磁炮發射成本低,我覺得不是,因為幾百公里的射程肯定要用制導炮彈,電磁炮彈仍然離不開導引頭,而導引頭恰恰是最貴的部分。與導彈相比,電磁炮彈只是取消了動力部分,本質上仍是導彈,那種說電磁炮改變戰爭規則的說法太過誇張。我說的對嗎?

節前堂主回答了關於電磁炮射程靠譜不靠譜的問題,這次我們進一步討論電磁炮射擊成本的問題。

這位朋友說的這個問題其實要拿實際例子來對比說明的。比如說,美國人對電磁炮的要求是要370公里射程下支援陸軍或者海軍陸戰隊作戰,而導彈要實現這樣的射程需要什麼尺寸?

就目前來說,實現這個射程的導彈至少也要相當於標準2這樣的地空導彈的尺寸級別,也就是接近600公斤的體重,加高性能火箭發動機,才能把導彈打到足夠距離,美國人以前半途而廢的標準4對地導彈差不多就這個水平。而這樣的導彈,發動機和彈體那可就很貴了。

圖:標準4由標準2 BlockⅡ/Ⅲ型導彈改進而來,裝備先進的全球定位制導系統,MK125改進型彈頭;同時具有超音速飛行能力,在美國海軍的近岸火力支援中扮演重要角色。

圖:美國陸軍M270火箭炮發射的ATACMS戰術導彈射程不過165公里,增程型才能達到300公里,重量倒是有1.5噸。

這種導彈威力倒是比電磁炮的炮彈大很多,幾十千克重的戰鬥部不是吃素的,問題是當代的支援任務傾向於小彈頭而重視高精度,確保附帶殺傷少,這樣才不至於滅敵人同時順帶也把周圍的自己人也給滅了,而且多個小戰鬥部可以執行更多任務。實際上一發標準4很多時候執行的任務跟兩、三發炮彈差不多,這樣的場景下對比起來,炮彈就便宜了。

圖:ATACMS-2戰術導彈能攜帶13個20公斤重的子彈藥,大致相當於1.5枚40公斤155榴彈,投放重量是比較大,但也就相當於8枚而已。標準4的戰鬥部比ATACMS-2又小多了。

圖:美國現在給DDG1000研製的LRLAP增程炮彈重約100公斤,報價10萬美元,就算最終漲到15萬美元也不奇怪,但即使這樣,也比80萬美元的ATACMS便宜多了。而且火箭發動機是很貴的,電磁炮省掉這個,單價起碼可以降一半,那樣差距就更大了。考慮到大系統的差異,整體價格差距更大。

問:踢館,歐洲拿破崙戰爭和美國南北戰爭期間,為什麼都沒有看見有發明手榴彈?

實際上拿破崙戰爭之前,手榴彈是很多的,現在我們還能看到的擲彈兵這個詞,以前真就是扔手榴彈的。

圖:擲彈兵準備投擲手榴彈,扔出去之前必須先點燃引火線。

只是烈性炸藥還沒發明,手榴彈裡面只能填黑火藥,鑄鐵彈體也是很粗糙厚重,所以整個手榴彈傻大黑粗,必須要最強壯高大的士兵才能扔。而且還要在交火線上冷靜的用火種點燃火繩再扔出去,需要的都是勇士,因此在當時軍隊裡面擲彈兵的意思就是部隊裡面最高大強壯勇敢的步兵分隊。

圖:從左至右,依次為法軍偵察兵、步槍兵和擲彈兵。擲彈兵需要大個子,這樣才能把手榴彈扔出去足夠距離。

圖:擲彈兵作戰場景。

哪怕之後手榴彈被淘汰了,各國軍隊也保留了擲彈兵這個兵種,而且給他們配備特立獨行的服裝,作為最耀武揚威鼓舞人心的精銳部隊使用。

剛才說了黑火藥,大家也就知道黑火藥的毛病,爆速實在是太低了、威力太小。所以到了拿破崙的時候,擲彈兵就已經轉型成精銳步兵,再也不扔手榴彈了。而手榴彈的復興,則是等到了日俄戰爭時期。

圖:其實擲彈兵這個名字在二戰時也是很出名的,德軍機械化步兵就稱裝甲擲彈兵。1942年7月5日,陸軍統帥部命令將裝甲師內的步槍兵團更名為裝甲擲彈兵團;同年10月,摩托化步兵師內的步兵團改名為摩托化擲彈兵團。1943年6月23日,摩托化步兵師更名為裝甲擲彈兵師。

問:以前看血色夜空最感慨的一點是漢斯在空軍夜間戰略上的問題,明明可以利用黃昏偷襲轟炸機所在的機場卻不幹而是非要搞攔截,而英國空軍則是一直提心弔膽擔心德國人搞黃昏突襲,哈里斯說如果當時來架bf110扔顆炸彈到停機坪就能把整隻中隊全部炸翻。糖主啊,如果德國一直堅持利用拂曉和黃昏這兩個時間段經常襲擊英軍後方的機場的話會不會給英美對德戰略轟炸造成較大的困擾?

這個問題,我覺得就是想當然了,如果襲擊對方轟炸機機場有效的話,那等量對比來說,不列顛之戰的時候英國人也可以襲擊德國機場啊,為什麼沒啥效果?打仗這問題,不能總是想什麼我方最牛X,敵人都傻X之類的思路來。

圖:B-52的機場停放。飛機加油是通過油罐車或管道進行的,空襲警報一響油罐車就能開到後方的疏散區,避免被連環引爆。至於炸彈,那東西很不容易爆炸,除非炸彈直接命中,但是這需要很好的運氣或很大的投彈量。

戰略轟炸開始以後,美英在不列顛島上的兵力部署是高度強化的,數萬飛機都堆了起來,夜間戰鬥機數量也相當巨大,還有綿密的雷達網,機場自身也有大量高射炮,這樣的情況下要達成突襲效果是很難的。可能一架BF-110飛到目標上空是很大的威脅,但是飛到這一架,需要損失多少架就不好說了。

圖:英國I型雷達,在不列顛空戰時發揮了重大作用。德國人當時都只能勉強佔上風,到1943年後如何還能突防?要知道,諾曼底登陸時只有1架德軍戰鬥機飛到了登陸場上空。

而且BF-110是沒內部彈艙的,炸彈要外掛,掛了以後速度損失也大,不像蚊子本身速度就快得多,而且還有內部彈艙,才能完成單機突襲。

圖:德軍BF-110雙發重型戰鬥機,機腹有導航天線。對於戰鬥機而言,就不要指望有很高的載彈量和投彈精度,空襲效果肯定不會很強。

圖:二戰時的美軍硫磺島機場,可見當時機場的布局。機群是沿著跑道停放的,戰鬥機有3排,轟炸機也就1、2排,佔地空間不超過100米。雖然面積很大,但要知道,當時水平轟炸的誤差常常是幾百、上千米,要炸中機群還是很考驗人品和技術的。

這個問題其實就是哈里斯高估了德國人水平,或者說是故意吹高德國人水平,好彰顯自己的重要性。

迷你踢館

問:不說飛機性能,毛子的飛行員技術水平如何?如果邀請毛子,或者其他和我們關係比較好國家的飛行員來打金頭盔,在不耍賴的情況下會有好成績嗎,對我軍飛行員技術水平的提升有多大幫助?

關鍵還是看規則了,不同國家對於空戰的各種類型權重分配不同,命中判定規則也不一樣,所以說不準的。

圖:與泰國空軍聯合演習,我軍戰鬥機每次緊急起飛都比別人晚1分鐘,就因為地面滑行階段都走遠弧……我國航空兵還處在不知道自己哪落後的階段,都還沒到系統改正……

問:堂主,我國和西歐的埋頭彈的口徑都是40毫米,踢一腳,大口徑坦克炮炮彈和加榴炮炮彈為什麼不用,是什麼限制了埋頭彈口徑的擴大化?

因為埋頭彈是為自動炮設計的,大口徑炮沒自動化。另外美國人三十幾年前其實搞過高初速的75毫米埋頭彈炮打算給輕型坦克用。

問:請問二戰時期怎麼沒見過漢斯們上刺刀,難道漢斯們的刺刀用來開罐頭的?據說漢斯們的訓練科目幾乎沒刺殺科目,但漢斯們拼刺刀的技術不差啊?

巷戰近戰要是衝鋒槍彈藥夠用的話,誰還願意用刺刀啊?另外漢斯用的是卡賓槍吧,98K和美國的M1903一樣都屬於短管步槍,不是那麼適合拼刺刀。

圖:二戰時,衝鋒槍和手榴彈才是巷戰利器。

問:火箭彈發射巢可以像副油箱那樣扔掉嗎?如果突然遭遇空戰,帶著這玩意很累贅。

現在的火箭巢一般沒有拋棄機構,本身也是為CAS任務的攻擊機設計的,不太講究這些複雜設計。

問:堂主潛艇的入口那麼小而且還要下樓梯,在接收一百多人的補給時,應該會特別費時費力,如果一張一張桌子或者椅子壞了那不得拆了才能換進去。我想知道潛艇是否還有其他入口,大件點的貨物是怎麼送進去的?

很多潛艇船頭有個專門裝填魚雷的通道,其他的話基本還是從小圓洞進去,要換大件點的設備就只有大修中修時在艇體上開洞換了,畢竟密封和耐壓很重要。

圖:從魚雷裝填口裝魚雷的澳大利亞柯林斯級潛艇,西方喜歡設這個口裝魚雷,蘇系核潛艇有用,常規艇多數從魚雷發射管裝填。

問:海南島戰役我軍木艇打軍艦,請問用對海搜索雷達,木殼和金屬殼發現距離有區別嗎?

對現在的雷達來說雖然反射比金屬船殼弱些,但並沒有太大區別,海上雷達搜索主要還是受視距也就是海天線距離影響更大。

問:堂主,我想問一下關於咱們國家運-20的問題。自從前幾年從試飛到列裝到空軍後就沒有了消息,請問運-20現在能批量生產了嗎,第二運-20能否改裝成預警機和加油機啊?

顯然你不怎麼看新聞,現在運-20的新聞上鏡率是很高的,經常就出來溜達幾圈,批產很順利,規模很大。

圖:目前一共交付了5架。

圖:2017年11月20開始首架量產型對接,交付要到18年下半年了。

問:堂主好!一直有個問題,德制PPK系列手槍一直口碑很好,我國64就是仿製PPK的,但為什麼毛病一大堆?是我天朝手藝潮,還是PPK本身也不怎麼樣?

因為要自(no)主(zuo)創(no)新(die),所以在PPK基礎上做了很多修改,基本上沒改的地方都很好用,改了都有問題。

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