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clip-image00242-223x300 原文链接在此。《新科学家》7月26,封面文章。比方程式赛车过瘾……
译者:Explorer。暂时没有写博客,也没有做个人网站。专业为工程物理,转计算力学,是不是还会再转我也不知道。在科普和科幻中长大,对科普与科幻的兴趣一直很浓厚,知道有松鼠会存在就是通过<科幻世界>的简介。随着科技的发展,各种科普资料都在不同程度地过时,很高兴能看到松鼠会这里的最新科普。

既有空间旅行的浪漫,又有公路赛车的激情,那将会是什么呢?欢迎进入动力机械运动的新时代,Greg Klerkx如是说。

威斯康星州奥斯科(Oshkosh)的天空,通常都和它下面的那座小城一样沉闷。但喷气式发动机的怒吼和螺旋桨叶的呼啸,在今年八月里让它们变得热闹起来。奥斯科是世界最大的航空年会的举办地,这个年会叫做“EEA奥斯科空中冒险”。每年因此聚集在那里的超过一百万的航空迷亲切地称其为“奥斯科”年会。

许多年来在“奥斯科”中出现过几乎所有的飞行器,从优雅的二战战机“野马”与“喷火”到21世纪最先进的战机F-22“猛禽”。2005年,那里第一次公开展示了Burt Rutan的“空间船一号”,这也是该飞船目前为止唯一的一次公开展示。“空间船一号”作为第一艘在两周之内两次进入太空的由私人基金建造的飞船,赢得了X大奖。

今年的展示会将有另一项重要的第一次:火箭动力飞机那粗野的怒吼将第一次咆哮在速度与敏捷的激烈比赛中。在经历了三年的传闻、起飞失败和挫折之后,火箭竞赛联盟(RRL)将让它亮相在在奥斯科2008 的空中。RRL预定在8月1日和2日进行表演赛,尽管这仅仅是包含至少六支队伍(后面有一个表)的完整赛事的一道“开胃菜”,但RRL的建立者们希望这场表演赛能够点燃结合空间旅行之魅力和大时代汽车赛事之激情的星星之火。组织者们还希望RRL能推进私人空间工业的发展,一方面使更广泛的民众了解私人空间工业,另一方面也促使空间工业本身的科技进步。

火箭动力飞机已经有60多年的历史了,不过商业化的火箭动力飞机从来没有真正离开地面。在二战中,德国和英国都在螺旋桨飞机和喷气式飞机上加装火箭,以给予他们额外的推力从而能在短跑道上,或是能以很大的载重量起飞。在空间竞赛的初期,火箭飞机成就了一些重要的航空里程碑。
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1947年,美国空军“贝尔”X-1飞机首次突破音障(约每小时1225千米,具体数值取决于空气的温度和压力);而强大的“北美”X-15于上世纪六十年代创下的每小时7274千米(相当于音速的6.7倍)的速度,至今尚未被打破。X-15也是第一架接近大气边缘的飞机,其高度纪录直到2004年才被“空间飞船一号”打破,它也是由火箭驱动的。

奥斯科的火箭飞机不能爬到X-15那么高,且其最高时速约为480千米,也未突破音障。但观众们仍将看到令人兴奋得发抖的奇观。

随着比赛开始,两架飞机将在跑道上狂飙然后以大爬升角起飞,伴随着发动机的燃烧、咆哮,飞机将随后迅速爬升到约400米高,沿着想定的8千米环形赛道飞行,赛道大约3.2千米长,800米宽。飞行路线将保证飞机始终处在观众的视野之内,并且会有一些近距通场飞行,观众们那时将能清楚地看见飞机拖着的尾焰,听到火箭发动机的轰鸣。以最短时间成功完成全程飞行的飞行员将会获胜。(具体飞行的圈数还没有确定下来,不过RRL估计正式的比赛将飞行四圈。)

每架飞机均由单台火箭发动机推进,火箭发动机能提供6700牛顿的推力,能使这些飞机具备当代最先进战斗机的加速度。载油量充许引擎工作四分钟,这意味着飞行员们都不得不执行“燃烧-滑翔”策略从而使自己能够在空中飞行大约12分钟以完成比赛。最初的起飞燃烧需要持续45到60秒,此后,燃烧段的安排就取决于赛道和飞行员的策略。

在正式的RRL比赛中,飞行员们会在他们的头盔显示器上看到一系列需要从中穿过的环,这些环向飞行员标志出了赛道。RRL尚未发布表演赛的细节,但是细节应该不会非常复杂。每架飞机将会有独立的赛道以减小碰撞灾难的风险——当然,没人能保证这竞赛绝对安全。

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更大的升力,更小的阻力

这些火箭飞机本身都有着不同寻常的设计。它们均采用鸭式气动布局,即将水平翼安装在机身的前端而不是后端。因为这样的布局提供了更大的升力和更小的阻力,特别适合于火箭飞机和其它“推进的”飞行器,就是说那些推进系统在尾巴上工作的。

飞机将由佛罗里达州塞巴斯第安(Sebastian)的速度航空公司(Velocity Aircraft)制造,最近RRL出于这个目的收购了该公司。两种备选机型均基于速度航空现成的螺旋桨动力飞机,“速度SE”型和“速度XL”型,采用火箭发动机替代了螺旋桨动力。RRL最终将选择其中一型作为标准RRL飞机的原型,这一原型将被称为“火箭比赛者”。

关于发动机,RRL最初只与一家公司签约:加利福尼亚州莫哈(Mojave)的XCOR宇航公司(XCOR Aerospace),该公司从二十世纪九十年代后期开始一直在进行火箭飞机方面的实验。然而在今年五月,RRL宣布了与德克萨斯州石墙(Rockwall)的犰狳宇航(Armadillo Aerospace)公司的另一个合约:设计并制造比赛发动机。向两家公司订货的理念在于给予RRL参赛队不同的发动机以供选择,如同过去的一级方程式(F1)队员可以选择普利斯通或是米其林的轮胎一样。

XCOR的发动机将使用混合液氧(LOX)与煤油动力,与传统的液氧-酒精混合动力不同。据XCOR的发言人Douglas Graham所说,这一决定很大程度上是出于美学的考虑:因为酒精燃烧的火焰是无色的,而RRL希望明亮艳丽的尾焰能够激起观众的惊叹。“犰狳”很可能坚持采用液氧-酒精混合,但同时很可能采用钠或是别的化学物品来加强火焰的颜色。

XCOR和“犰狳”的发动机之间最重要的不同在于控制系统。大多数火箭发动机是没有油门的,这些发动机要么是工作,要么是关闭。XCOR的发动机继续了这样的设计,但“犰狳”希望发动机有一个油门,让飞行员在执行他们的燃烧-滑行策略时有更强的灵活性。
驾驶火箭飞机可不是为新手准备的任务。资深试飞员Dick Rutan,即前面提到的“空间船一号”那个Burt Rutan的兄弟,作为不多的有经验的火箭飞机飞行员之一,在2002年奥斯科对采用XCOR的发动机的实验型EZ火箭飞机进行了试飞。他告诉《新科学家》,驾驶火箭飞机的感受和驾驶螺旋桨飞机或是喷气式飞机的感受都是完全不同的。“由于火箭发动机消耗了大量燃油,起飞和最初爬升时的过载是相当大的”,他讲到。“一旦完成起飞,达到一定初始爬升角和空速,驾驶感就变得越来越好,越来越敏捷,越来越快速。强烈的加速度感让你知道你的确是在飞行中了。”

另一个曾执行过三次航天飞机任务,有火箭飞机经验的老练的军方试飞员Rick Searfoss,他比较了火箭飞机和T-38的性能,T-38是一种被美国军方广泛使用的喷气式教练机。“与轻型航空器相比,驾驭火箭飞机绝对是更大的挑战。”他说,“但比起完成战斗机的战斗飞行任务来,这还是要容易一些。”然而,他补充说因为RRL飞行器还处于雏形阶段。“我们的表现还远远没有达到完美的水平。”

Searfoss和XCOR有长期的联系,且受雇于RRL进行表演赛飞行,在表演赛中他将驾驶使用一台XCOR发动机的“速度SE”型飞机。另一位飞行员,Len Fox,将驾驶速度XL型飞机。XL型比SE型稍稍宽一点、长一点,由一台“犰狳”发动机推进。“飞行器之间没有太大的不同,”RRL首席执行Granger Whitelaw说,“我们只是在进行一些安全性和性能参数方面的测试。”

Whitelaw,印第安那波利斯(Indianapolis)1996和1998年五百强的企业家,在1995年与X大奖经理 Peter Diamandis合作创立了RRL。其理念在于结合X大奖的先锋精神和车赛方式的可行性,也即结合了高科技与情绪激昂的观众。

Whitelaw指出,RRL和赛车之间的一个重要的类似之处在于比赛将刺激技术的进步。F1,IndyCar和NASCAR都已经成为了各种新技术的测试场,从合成橡胶到电子设备,从刹车到安全装置。“如此之多的东西在赛车上使用,而最终安装到了你的汽车上,”Whitelaw说。“这就是为什么Indy和别的车赛被制造商大力支持着。”

就像赛车团队拥有发动机设计、材料和零件方面的一些知识产权一样,RRL最终也将拥有一些新的航空航天科技。速度航空将为联盟的所有队伍设计标准的机身和航电设备,但是允许各队伍进行“小的调校”;XCOR和“犰狳”的发动机也是这样的要求。从而保障了RRL及其成员能创造出可以向航空业和私人空间公司出售或许可使用的知识财产。

大钱

Whitelaw还希望RRL能够像X大奖一样,激励私人空间飞行方面的竞争与合作。“如果你能让Virgin, Bigelow, Blue Origin(由Amazon.com的创造者Jeff Bezos创建的空间公司)和其它一些公司协同工作,你将会更加成功,”他说。“联盟就是一个他们能够协同工作的地方。”

比赛门票和其它一些相关商品的销售有赢得巨大收益的潜力。 Whitelaw指出目前已有的两大飞行赛事:“里诺”和“红牛”飞行比赛,都吸引了数百万人。“市场巨大。”他说。

在正式的RRL赛场上,观众们会看到与奥斯科表演赛很不一样的一些东西。联盟目前为止正式拥有六支队伍,正式比赛将会有更多的飞行器——可能会多达十架——不过不是同一时间都在空中。既然比赛并不是肉博型的竞赛而是独立计时赛,将不存在杆位一说,也没有明显的领先者。每场比赛都会有几局,并要求至少一次进站加油,Whitelaw说。
他说,在RRL比赛中更为考验勇气的一个方面是尽可能快地降落、加油、再起飞的过程。“火箭的两件大事就是启动和关闭,”资深试飞员Rutan说“每一件都需要完成一系列独特的操作,而这些操作必须正确地执行。否则,真正糟糕的事件就可能会发生。”

不难发现真正糟糕的事情是:由于火箭发动机依靠控制极不稳定的化学物质来燃烧进而产生推力,起火和爆炸并不罕见。去年在加利福尼亚州的莫哈为“空间船二号”进行的推进系统实验发生爆炸事故,三人丧生。Dick Rutan常回忆起在一次试飞中他不得不由一架火箭飞机中“出来逃跑”,还好当时仍在地面上——而在一场燃烧滑行比赛中如果你在空中的话就不可能那样直接跑出来了。“你身处数英里高而且是完完全全独自一人,”他说,“那句话是最适合的描述——‘你被彻底地隔绝了’。”

比赛还附加了更大的复杂因素,火箭仅在用完所装载的全部燃料后才能降落,这意味着那时它们将是完全意义上的滑翔机在进行“死杆”降落(成不成只有一次机会),飞行员只能耐心地依靠重力和空气动力来完成降落。Rutan干巴巴地说:“那没有第二次机会。” 赢得飞行挑战的要点在于RRL团队高明的策略和有效的团队工作。“这绝对是一个思考者的游戏”, Searfoss说。就象F1或NASCAR一样,成功的RRL团队需要精细的计划,明智的工程设计和小心翼翼的操作,在赛前和比赛中都需要这些。“这不会仅仅是转弯、点火这么简单。”Searfoss 说。

即使在奥斯科的一切都很顺利, Searfoss仍然不确定RRL就能保证已经做好了正式升空的准备。“有‘火箭飞机比赛’这个概念是一回事——这比赛的确有着激动人心的前景。”他说。“但是实际设计、建造、试飞和运行整个系统则要困难几个数量级,这一点我想人人都能意识到。”联盟还需要决定一个赛季进行多少场比赛,在哪儿进行这些比赛。

目前,RRL的领导层很高兴能够进行表演赛了。联盟在2005年10月建立,不少曾加入联盟的队伍放弃或是退出了。第一场表演赛原计划在2006年Wirefly X Prize Cup上举行,但是表演赛根本没能进行。除了奥斯科这次,RRL还给出了在今年另外3场表演场的时间表,第一场正式的RRL比赛最早将在明年举行。

“我确实希望通过一两场表演赛看看这比赛看起来和感觉起来是什么样的,爱好者们会如何反应,” Whitelaw说。“有很多东西需要考虑。我们必须制造更多的飞机,训练更多的队伍,确保联邦空管对我们所做的一切感到满意。我想这些事都必须做好。”尽管还有很多必须做好的事情,但“天空中的全美汽车比赛协会(NASCAR)”已经可以开始梦想腾飞的成功了。 

目前为止参加明年可能开始举行的火箭飞机赛的六支队伍有:
image布莱德斯坦火箭
加入时间: 2006年9月
所有者: 美国海军上尉:詹姆斯•布莱德斯坦
火箭明星
加入时间:2007年10月
所有者:前美国海军试飞员:托德•怀特
非常火箭队
加入时间:2007年10月
所有者:美国海军上尉飞行员:布莱恩•施瓦兹
超越重力
加入时间:2007年10月
所有者:加拿大空间企业家:布莱恩•费雷
圣菲
加入时间:2006年10月
所有者:马克•罗伯特•卡伯,新墨西哥地产开发商 雷霆之鹰
加入时间:2007年5月
所有者:火箭竞赛联盟

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13 Responses to “【小红猪】先生们,发动你们的火箭!”

  1. 哈哈飞机喷气原来还要考虑美学。另外最让我觉得受震动的是,他们说,如同方程式赛车是各种汽车先进技术的测试场,飞机展示赛也能推动新技术的快速普及。
    我能活着看见天上到处蹿私家机么……

  2. [...] [小红猪]先生们,发动你们的火箭! [...]

  3. 赵洋说道:

    也许我们能活着看到轨道上布满私家太空船。

  4. 不过火箭飞机……听着他们说,最后降落,就靠滑翔,真够惊险的。
    哈哈突然发现译者和文章很配。

  5. 赵洋说道:

    第一次大战前航空技术的发展就得益于美欧的民间飞行表演。

  6. 十方世界说道:

    我们是穿梭在太空的火箭队
    白洞,白色的明天等着我们
    -_-

  7. Tiberium说道:

    著名的喷火战斗机就来源于二战前的某参赛用水上飞机。

    不过现在航空是个烧钱活,他们现在玩的我估计多半800年前NASA就玩过了……

  8. [...] 原文在这里。作者:Linda Geddes 译者: Explorer [...]

  9. [...] 译者,Explorer,更多译作见这里和这里。 [...]

  10. [...] 译者:Explorer,他的更多译作请见这、这、那。 [...]

  11. Severus Noah's Ark说道:

    第一次来这里,我是在看《科教频道》的《走进科学》中知道有这样一个网站,我是一个初中生,希望我也能变成一只松鼠

  12. Marsei说道:

    可不可以多翻译些比较专业点的文章啊?

  13. versugw www.kuaipu.com.cn说道:

    快普企业管理软件