摘要:关于欧根·桑格尔(Eugen Sänger,1905–1964)所提出的对跖点轰炸机的完整故事,可以在瓦季姆·卢卡舍维奇(Vadim Lukashevich)和伊戈尔·阿法纳西耶夫(Igor Afanasiev)所著的《太空之翼》(《Космические к
关于欧根·桑格尔(Eugen Sänger,1905–1964)所提出的对跖点轰炸机的完整故事,可以在瓦季姆·卢卡舍维奇(Vadim Lukashevich)和伊戈尔·阿法纳西耶夫(Igor Afanasiev)所著的《太空之翼》(《Космические крылья》)一书中找到,这一构想被认为是航空航天系统及有翼航天学整体历史的起点。
欧根·桑格尔(Eugen Sänger,1905–1964)
艾琳·赖因希尔德·阿格尼丝·伊丽莎白·泽格-布雷特(Irene Reinhild Agnes Elisabeth Sänger-Bredt,1911年4月24日-1983年10月20日)是一位德国工程师、数学家和物理学家。她因在二战前及二战期间共同参与设计一种拟议中的洲际太空飞机/轰炸机而闻名。
……由“桑格尔”提出的对跖点轰炸机,被他称为“银鸟”(Sänger 的原文中虽有此称谓,但官方从未使用),是一种下单翼布局的飞机,采用后掠翼设计(拥有超音速飞行的薄翼型轮廓和锐利边缘),并在水平安定面末端配备垂直操纵面。该飞机的一大特点是其升力型机身,其下表面面积在空气动力学计算中被明确考虑。如前所述,这种布局最初提出于1938年。也是在那时,飞机的机翼相较于机身的比例开始缩小。一架由不锈钢制成的模型曾在超音速风洞中进行测试。
欧根·桑格尔的“对跖点轰炸机”技术详解
燃料系统与发动机结构
四个储箱(两个氧化剂箱、两个燃料箱)并排布置,占据机身长度三分之二以上。尾部安装了一台液体火箭发动机(ЖРД),其核心部件包括:
涡轮泵驱动系统
燃料供给依赖蒸汽涡轮驱动的涡轮泵组(ТНА),其工作原理如下:
发射与飞行轨迹
飞行器通过火箭动力发射车在3公里轨道上加速:
跨半球打击与反质点轨道设计
桑格尔提出:
初始涡轮启动由一个启动用蒸汽燃气发生器提供,与V-2(A-4)火箭类似,但有改进:V-2使用过氧化氢作为整个飞行期间的涡轮驱动介质,而在桑格尔的设计中,过氧化氢只在启动阶段使用。启动时,热氧与过热水蒸气混合进入涡轮,使其旋转,随后这些气体被排出。等主发动机进入工作状态后,冷却水系统开始沸腾,构成封闭的再生式冷却系统,驱动主涡轮泵。
飞机起飞时使用一个装有火箭发动机的发射滑车,该滑车沿三公里长的轨道加速,推力约为600吨力,燃料为过热水蒸气。
发动机在11秒内将飞机加速到500米/秒,即马赫数约1.5。之后飞机脱离滑车,依靠机翼和机身的升力以30°角上升到1700米高度,此时点火主发动机。在逐渐减小推力以控制过载的条件下,飞机在8分钟内爬升到150~160公里高度,随后进入波浪状的弹道飞行轨迹,在大气层内外反复“弹跳”。
欧根·桑格尔写道:“在喷气速度为3000米/秒的情况下,可以将飞行器的速度提升到6000米/秒,最大飞行高度达到150公里。”此后,轰炸机将继续沿上述波浪轨迹滑翔,如果燃料加满且战斗部载荷最小,它理论上可以绕地球一圈。
设计目标之一是实现**“对跖点飞行”(约20000公里),甚至全球飞行**,这是根据其作战使用需求而设想的。
如果飞机从德国基地起飞,完成任务后仍需返回出发地,将因转向损失大量速度,造成航程受限。若在目标后方设置辅助基地以完成着陆,可显著扩展航程。尤其吸引人的是在“对跖点”降落,即距离起点20000公里的地球另一侧。按照合适的发射方向,可以在地球任何地区投弹,无需调头即可直接降落。
设想中的一次“对跖点”飞行可能如下:从德国机场起飞,加速进入波浪形轨迹飞行,在第二次进入大气层的下落段靠近纽约时投弹(此时距离起点5000多公里)。之后,已经释放炸弹的轻型飞行器继续沿波状轨迹飞行,直至第九个下降段,位置在距起点16800公里处。
接着飞机将在约40公里高空滑翔一段时间,当距离起点23000公里时开始降低高度,再飞行约500公里,最终着陆,完成了地球半圈飞行。着陆速度仅为145公里/小时,几乎任何机场都能接受这样的飞机。
辅助基地理论上可承担飞行器补给与反向出击的任务。但最大的问题是:对跖点在新西兰以东洋面,航程尽头的机场都掌握在敌方手中。
解决方案之一是直接进行全球飞行返回德国。尽管如此,仅仅实现对跖点飞行已经面临众多技术挑战。
即便在极其轻的炸弹载荷——仅为500到700公斤的情况下,仍然需要液体火箭发动机具备非常高的性能(喷射速度至少要达到3000米/秒),并且要求飞机的起飞总重量与空重之间具备极高的比值。按照当时专家的看法,或许确实能实现所需的单位推力,但要达到10:1的质量比几乎是天方夜谭。
据欧根·桑格尔本人估算,“对跖点轰炸机”的研制成本高达30亿英镑——一笔天文数字!
……因此,根据执行任务的不同以及终点是否设有辅助基地,桑格尔轰炸机的使用设想被划分为几种模式。最基本、最优先的一种设想是攻击一个点目标后返回起飞机场。要想有效命中目标,关键前提是接近目标时的速度要足够低。因此,飞行剖面设计为主发动机两次点火:第一次点火发生在脱离起飞滑车之后,用于初步加速,将飞机送入目标区域,并确保飞行器到达时剩余能量最小;完成瞄准投弹后,轰炸机以亚音速飞行,能够轻松掉头,随后进行第二次点火加速,原路返回本土。
这一模式的缺点是初始速度相对较低,从而限制了作战半径。然而,即使采用相对保守的喷射速度(c=3000米/秒),其作战半径也能达到2000公里——这意味着桑格尔轰炸机可以从德国本土出发,携带15吨炸弹打击莫斯科。若将有效载荷减少至5吨,作战半径则可增至3000公里——即使对现代前线航空兵而言也是一个相当出色的指标!该打击范围包括:从西边的冰岛,到东边的里海和乌拉尔地区,还涵盖了北非与苏伊士运河。
关于不同飞行条件下桑格尔轰炸机的作战覆盖区,资料中列举了当炸弹载荷在30吨至0吨之间、喷射速度及飞行剖面不同的各种情况。方案1、2、3分别描述了喷射速度为3000、4000和5000米/秒时,采用双脉冲飞行模式并返回原机场的点目标打击能力。方案4则模拟了飞机在马里亚纳群岛(当时属于日本)辅助基地降落,并在转向基地途中进行第二次加速时的打击范围,此处喷射速度为4000米/秒。
以c=4000米/秒为例,桑格尔轰炸机可以携带5吨炸弹飞行5200公里——即能打击加拿大西海岸或克拉斯诺亚尔斯克(俄罗斯中部城市)。如果具备辅助基地,则能够打击更远距离的目标,当然前提是目标要靠近该基地。例如,若辅助基地设在当时属日本的马里亚纳群岛,那么仍携带5吨炸弹的情况下,轰炸机可以飞抵上海或海参崴。
文献中还列举了一个具体计算案例:轰炸机携带2吨炸弹打击巴拿马运河的船闸,作战距离为惊人的9450公里(!),然后飞往距离目标3200公里、位于美洲西海岸的辅助基地降落。
喷气速度 (c)载弹量作战半径典型打击目标3000 м/с15吨2000 км莫斯科3000 м/с5吨3000 км苏伊士运河4000 м/с5吨5200 км温哥华4000 м/с2吨9450 км巴拿马运河战略价值与工程悖论
跨代优势:即使按最低参数(c=3000 м/с),其3000公里作战半径仍超越同期螺旋桨轰炸机(如B-17最大航程仅3200公里),且突防速度达高超音速;质量比困境:10:1的质量比要求意味着100吨起飞重量的飞机,结构净重不得超过10吨——这对1930年代材料工艺堪称不可能三角;地缘威慑:方案揭示德国试图建立跨半球快速打击体系,通过"波浪弹道"规避盟军防空网,直击北美与苏联战略纵深。历史注记:尽管桑格尔方案最终停留于蓝图,但其双脉冲轨道机动思想在冷战时期的X-20 Dyna-Soar空天飞机计划中重现,而超燃冲压发动机+火箭组合动力概念更是现代高超声速武器的理论先驱。
当喷射速度 c = 4000 米/秒时,桑格尔轰炸机在第一次加速结束时的飞行速度可达 4560 米/秒,飞行高度为 60 公里。
在某些情况下,如果目标的重要性极高,以致可接受飞行器无法返回、飞行员战死或被俘的后果,那么根据计算,桑格尔飞机在一次脉冲加速并采取“跳跃式”弹道飞行的情况下,可以到达地球上的任何一个角落。
即使喷射速度仅为 3000 米/秒,在不可回航的攻击任务中,桑格尔飞机也可以将多达 12 吨的炸弹准确投送至纽约。对面目标区域的攻击设想是在高空和高速条件下实施,因此初始加速的持续时间会更长,飞行距离也更远。起飞后,飞机将沿波浪形轨迹飞向目标,在尚未靠近目标时就提前释放炸弹,随后沿较平缓的弯道转向并返回本土基地。
尽管在以高超音速完成转弯时会造成严重的能量损失,但在喷射速度为 3000 米/秒,且携带 5 吨炸弹的条件下,泽格尔飞机的航程仍可达 3400 公里——足以覆盖整个欧洲战区(从东边的乌拉尔到西边的格陵兰)。飞机甚至可以飞抵纽芬兰,但此时炸弹载荷必须为零。
如果将喷射速度提升至 4000 米/秒,则在相同载荷条件下,航程可以增加到 7000 公里。文献中给出了一次打击纽约的计算示例:桑格尔飞机在离起点 736 公里、海拔 91 公里的位置达到起始速度 6370 米/秒。在距离德国本土机场 5550 公里的地方、距目标约 950 公里处完成对目标的6吨炸弹投放。接着飞机以半径 500 公里的下降螺旋轨迹转向,速度由 6000 降至 3700 米/秒,高度由 50 公里下降至 38 公里,最终在起飞后 4755 秒(约 1 小时 19 分)返回基地。
若能在墨西哥西海岸附近(克利珀顿岛)设立辅助基地,即便喷射速度只有 3000 米/秒,桑格尔飞机每次出击仍可携带 2 至 5 吨弹药打击美国与加拿大全境(不含阿拉斯加)。而在马里亚纳群岛设立基地则可打击西伯利亚、远东及东大境内的目标。
在对跖点(地球另一端)距离飞行任务中,当喷射速度为 3000 米/秒时,桑格尔飞机的炸弹载荷大约为 700 公斤;若喷射速度提升至 4000 米/秒,起始速度 V_0 = 6000 米/秒,则可携带多达 8 吨炸弹。
至于是否可以进行全球绕飞任务,若喷射速度为 3000 米/秒,即使在零载荷条件下,飞机也无法完成环球一圈。只有当喷射速度达到 4000 米/秒时,桑格尔轰炸机才有望以携带 3 吨炸弹的形式完成全球飞行,并可以在地球上的任何一点投弹。此时的初始速度为 7200 米/秒,飞行高度为 101 公里,整个环球飞行的持续时间为 3 小时 38 分钟。
外形为一款洲际超级轰炸机,出自奥地利航空工程师欧根·桑格尔(Eugen Sänger)所著的《用于远程轰炸机的火箭推进》(Über einen Raketenantrieb für Fernbomber)一书。泽格与其搭档(后来的妻子)伊雷娜·布雷特(Irene Bredt)在第二次世界大战期间共同提出了这一设想。该资料现藏于亨廷顿图书馆。
那份报告正是桑格尔于1944年撰写的《用于远程轰炸机的火箭推进》(Über einen Raketenantrieb für Fernbomber)。
图为“银鸟”轰炸机的轮廓图,出自桑格尔与布雷特合作的报告。
桑格尔与其搭档伊雷娜·布雷特共同提出了这款超级轰炸机的概念,旨在满足二战德国希望拥有一种可打击美国本土的战略武器的需求。1944年,他向德意志航空部正式提交了该提案。虽然部分德国高官认为这种被称为“银鸟”(Silbervogel)的轰炸机是可以建造的,但战争结束阻止了该项目的实施,最终它只停留在纸面上。
尽管如此,关于“银鸟”的传闻还是传到了盟军情报机关的耳中。在战争结束的混乱时期,各国对德国工业成果争相掠夺,美国和苏联的军方都急切寻找桑格尔与布雷特的报告——据估计该报告仅印刷了100份。有传言称,一位苏联军官在德国波罗的海沿岸的佩内明德火箭基地解手时,在木柴堆后偶然发现了一份盖有“绝密”(Streng Geheim)印章的副本。
苏联人对报告中令人惊异的细节感到震惊:桑格尔与布雷特详细考虑了飞行员驾驶火箭飞行器以每小时30,000公里速度飞行的各种技术问题——这一速度足以让飞机短暂进入绕地轨道飞行。
苏军迅速翻译了该报告,并在高级军政官员及科学家中少量发行。据说该信息最终传到了慈父那里,可能是通过其儿子瓦西里转达的。大约在那一时期,慈父得知桑格尔仍然在战后德国,便动了把他带到苏联的念头。根据后来解密的俄国档案,斯大林甚至曾组织了一次绑架行动,试图将桑格尔带往苏联,但最终失败。
图为“银鸟”轰炸机设计中的火箭发动机草图。
“银鸟”最终没有建成,它的概念过于超前。尽管苏联科学家与工程师曾在随后数年中努力研制其火箭发动机,但至1950年前后,该研究也宣告放弃。有人认为,桑格尔-布雷特的设计对后来的太空探索产生了深远影响,其提出的诸多技术理念,为NASA后来成功研制航天飞机打下了基础。
1944年桑格尔本人的《银鸟》报告副本,现收藏于亨廷顿图书馆的珍本书收藏中。据推测,这份副本最初可能由喷气推进实验室(JPL)的创始人之一西奥多·冯·卡门获得,之后被珍稀科学图书收藏家杰里米·诺曼(Jeremy Norman)收藏,并于2015年将其捐赠给了亨廷顿图书馆。
图为《银鸟》报告中的世界地图,标注了其理论上的最大飞行范围。
该报告图文并茂,并在多处边缘写有铅笔手稿批注,显示出桑格尔本人曾将此报告视为进一步技术交流与讨论的基础。虽然报告的语气高度专业化,但其潜台词显而易见:“银鸟”只为执行一项使命而生:轰炸敌人。而目标,正是美国——更具体地说,是纽约市。报告中附有数张纽约市地图,清晰标出了曼哈顿岛的位置与打击圈。
这些地图清楚表明:科学研究与军事目标之间的界限,在二战与冷战初期是模糊不清的。也再次印证了一个观点——太空竞赛远比我们普遍所理解的复杂且离奇,其中细节之丰富令人震惊,有些甚至带有某种恐怖意味,足以改变我们对过去的认知。
图为桑格尔报告中,将纽约市列为“银鸟”轰炸目标的地图。
来源:胡侃kaowow