唐驳虎：中国新航天器=全球打击太空战机？不是( 三 )
▎X-37B只装了一台50公斤力主发动机而且问题还不在于发动机推力大小 ， 而在于航天尤其是地球近地轨道的本质是什么？与科幻片中飞船随意穿梭的自由截然不同 ， 航天器近地轨道是在速度、惯性和地球引力约束下 ， 极其刻板地决定了轨道的大小、形状和空间、时间的方位 。 用“难以动弹”形容 ， 并不为过 。在太空中 ， 对于飞行器轨道的任何改变 ， 都需要付出相应的燃料 ， 然后产生所需的速度增量（ΔV）为代价 。
转移前后的轨道在同一平面的 ， 称为“共面转移” 。 共面转移只需要增减速度即可 ， 所需能量很省 。例如 ， 航天飞机或者飞船想要降低轨道返回地球 ， 只需300米/秒甚至90米/秒的初始速度变化即可 ， 剩下的交给气动阻力来办 。提升轨道所需的速度增量 ， 一般也不超过1000米/秒 。 发动机持续工作一段时间便可实现 。
而要改变轨道倾角/轨道面的 ， 称为“非共面转移” 。 非共面转移所需要的速度增量就大了去了 。如图所示 ， 仅仅是改变15°的轨道面夹角 ， 就需要付出2000米/秒速度增量 。 如果想转移60° ， 那就差不多是7900米/秒了 。
7900米/秒 ， 就正好是“第一宇宙速度” 。 也就差不多是航天器从地面发射升空达到环绕地球要达到的速度 。而为了这个速度和抬升高度 ， 火箭发射需要付出近50倍的燃料 ， 才能将1个单位重量的物体送入近地轨道 。
改变轨道面 ， 吃力不讨好 ， 非常耗能量 。 对于燃料充裕的火箭还好 。 对于已经送入近地轨道的航天器 ， 少量的推进剂非常金贵 。实践中唯一需要大幅改变轨道面的 ， 只有从非赤道发射场发射、最终要改到赤道面上的地球同步卫星了 。 这其中也是尽可能可利用火箭第三级、上升级的能量 。美国1964年发射首颗地球同步卫星 ， 苏联直到1974年才有 ， 其中的主要原因便是苏联发射场纬度高 ， 改变轨道面付出的能量代价更大 ， 需要强力火箭和巧妙轨道 。
而对于已在近地轨道上的航天器 ， 简单测算改变20°轨道面夹角 ， 就需要付出占总重40%的推进剂 。X-37B一共5吨重量 ， 只携带了不到1吨燃料（20%） ， 因此这是不可能的任务 。至于传说中的先降速降高 ， 到大气较稠密的下层轨道气动转身 ， 再加速抬升轨道——降速加速的过程耗费的能量一样少不了 。
▎ 图中是两个倾角相同但“升交点赤经”不同的轨道面 ， 可见是迥然不同的位置 。以上还是简单地改变一个轨道面夹角 ， 如果是想改变“升交点赤经”——轨道与赤道交界点、决定轨道面空间方位的另一个更重要参数 ， 那就更不用想了 。至于很多人想象的“自由飞梭” ， 连什么轨道、轨道面、方向、高度都全然无视 ， 想拐就拐 ， 想漂移就漂移 ， 那就是玄幻世界而不是现实宇宙了 。归根结底 ， 近地空间受到地球引力的决定性作用 ， 航天器就像被一根无形绳索——引力系住的风筝 ， 环绕着地球高速飞行 。所以 ， 大幅度改变轨道面这件事不要想了 ， 航天飞行不是这么玩的 。自由航行是不可能的 ， 这辈子都不可能的 ， 只有沿着轨道飘 ， 才能维持得了飞行的样子 。
燃料不足是所有在轨航天器的死穴这是牛顿三定律、万有引力定律、开普勒三定律、齐奥尔可夫斯基公式决定的物理世界 ， 也是绝大多数普通人想象不到的轨道世界 。当然 ， 万有引力定律与人造地球卫星现在已经是中学物理必修内容 。 但航天的最基础基石齐奥尔可夫斯基公式还不是 。所以 ， 一般人理解不了在太空改变速度 ， 要付出多少燃料代价 。 更理解不了仅仅是“稍微”变下轨道面 ， 要花多少燃料 。齐奥尔可夫斯基公式如下：
v为获得的速度增量 ， ω为喷流相对火箭的速度 ， m0和mk分别为发动机工作开始和结束时的航天器总体质量 ， ln为比值的自然对数 。现在化学火箭的真空喷流速度一般为3500米/秒左右 ， 因此如果速度增量要达到2000米/秒 ， 航天器就要喷掉自身总重43.5%的燃料 。
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