《惊奇队长》:飞机改改就能上太空?

作者:一点来源:蝌蚪五线谱发布时间:2019-03-19

​你咋不上天?

01.《惊奇队长》海报 来源:豆瓣

《惊奇队长》海报 来源:豆瓣

漫威影业出品的《惊奇队长》正火热上映,电影讲述了复仇者联盟中最强大的英雄角色惊奇队长觉醒成长的故事。电影里惊奇队长上天入地无所不能,电影高潮部分剧情一波三折,激动人心:

惊奇队长发现自己被骗啦!惊奇队长找回自己的记忆啦!惊奇队长要坐飞机上太空寻找光速引擎啦!

欸?等等,你说什么?

电影里惊奇队长发现了罗森博士的秘密:原来光速引擎被藏在了一架处于近地轨道的太空飞船中。为了能前往太空找到宇宙魔方,外星斯克鲁人把惊奇队长从美军实验室抢来的飞机改装成了宇宙飞船。

惊奇队长邀请闺蜜一起去战斗时,她的闺蜜说不确定开着由几个电子元件改装的飞机去太空是否安全。

这岂止是不安全,简直是送死啊!让我们先来看下斯克鲁人需要改装的飞机是什么样。

02.《惊奇队长》剧照 来源:豆瓣

《惊奇队长》剧照 来源:豆瓣

从外形看,它的结构很像美国著名的攻击机 A-10( A-10 ThunderboltⅡ)。

03.A-10 来源:腾讯

A-10 来源:腾讯

A-10 是一架亚音速单座双发近距空中支援攻击机,采用了尾吊双发动机、双垂尾的正常布局,飞机实用升限是9144-11000米[i]。因为网络上找不到电影里的飞机更多资料(很可能是编剧自己编的),我们通过A-10的结构、性能,对这架飞机需要改造的地方进行一番猜测,看看斯克鲁人会遇到什么难题。

04.A-10结构图 来源:空军之翼

A-10结构图 来源:空军之翼

卡门线:航天的起点

能上天飞行的飞行器被分为了三个种类:航空器、航天器、火箭和导弹。我们日常见到的飞机只能在大气层内飞行,归属于航空器的范畴。航空器要想跻身航天器行列,首先飞行高度要达标。这个标准就是卡门线——位于海拔100千米 处外太空与地球大气层的分界线。国际航空联合会以海拔 100千米来区分航空、航天之间的边界。

我们刚刚说到 A-10 的实用升限上限为11千米,也就是它最高能保持在11千米的高空保持等速水平直线飞行,这才达到卡门线的十分之一。你可能会说,这是 A-10 的发动机性能,也许电影里的飞机性能更高端呢?

截至目前,世界上飞得最高的飞机是美国的 X-15A 试验机, 1963年8月22日,美国航空航天局的试飞员沃尔克驾驶该机飞到了108千米的高度,这一纪录至今无人打破。[ii]

X-15A 是一架以火箭为动力的高空高速试验机,装有一台火箭发动机的它也仅仅是突破卡门线而已。从电影里飞机尾部的发动机来看,这只是一架燃气涡轮发动机飞机,斯克鲁人可能得换个发动机才能让它飞向外太空。

05.X-15A 试验机 来源:空军之翼

X-15A 试验机 来源:空军之翼

燃料:没有氧化剂,没有太空旅行

航天燃料不同于航空燃料最重要的一点是:航天飞行需要自带氧化剂。当海拔高度达到100千米以上时,空气密度大约是地球表面的二百二十万分之一。

航空器在大气层内飞行时只要备足燃料,从空气中获取氧气即可。太空中没有氧气,航天器就必须自带氧化剂和还原剂,靠二者互相作用产生动力。斯克鲁人不仅要对飞机进行改装,他们还得想办法找来一堆氧化剂才行。

此外,即便找到了氧化剂,斯克鲁人还需要考虑飞机的荷载问题。一架航天器几乎95%~98%的重量都是运载的燃料及发动机,哥伦比亚号航天飞机起飞重量约为2040吨,自重加上运载重量仅104吨,外贮箱和助推器的重量占了总重量的95%[iii]

飞机还是以 A-10 为例,它的机内燃油量为4853千克,最大起飞重量是22680千克,能携带的燃料重量仅占全部重量的21.4%[iv]。显然,斯克鲁人还得自带比冲4倍于地球航天燃料的物质才能把这架飞机送上太空(比冲: 单位质量的推进剂所能带来的动量的改变。比冲越高代表效率越好,亦即可以用相同质量的燃料产生更多的动量[v])。

06.航天飞机 来源:空军之翼

航天飞机 来源:空军之翼

隔热材料:黑白色是航天器的保护色

电影里的飞机经过改装后还是原来白橙相间英姿飒爽的模样,但是如果你仔细看看航天飞机的外观,会发现明显不同。航天飞机大部分都是白色,只在机头和机翼边缘位置包裹了一圈黑色。这是为了保护航天飞机重返大气层时,不被与空气超高速摩擦产生的高温损害而覆盖的超级隔热材料。这些灰黑色的隔热材料能够耐受最高达1650摄氏度的高温。白色部分也都是隔热毯,耐受温度达到了370摄氏度。

07.航天飞机 来源:空军之翼

航天飞机 来源:空军之翼

可别小看了这些隔热材料的作用,美国哥伦比亚号航天飞机正因起飞时隔热瓦被异物击破,导致返航时高温气体涌入机体,哥伦比亚号在空中瓦解,7名宇航员全部遇难。

漫漫航天路

制作一台航天器会遇到的问题远远不止这些,走向太空需要解决适应太空环境、飞行环境、安全防护等诸多问题。人类凭借着不灭的探索精神,付出了艰苦卓绝的努力,历经无数的失败才换来了向太空迈进的一小步,甚至许多人为此付出了生命的代价,绝不是像电影里说的那样把普通飞机改几个电子元件就可以做到的。

航天技术的发展引领了人类科技进步的走向,导航、计算机、集成电路、半导体这些技术的发展都得益于航天工程的带动。如果1995年一个斯克鲁人真的凭借他们的技术改装了地球上一架飞机飞上太空并成功返航,当今地球的科技面貌肯定已是另一番模样。

当然,探索太空科学技术很重要,想象力的作用也不可小觑。漫威宇宙从来都不是以科学性服人的,还是让我们走进电影院,用想象力跟随惊奇队长去宇宙间穿梭探索,匡扶正义,守护地球吧。

参考资料:

1、“A-10” 条目 上海航宇科普中心    

2、“飞行器”条目 百度百科

3、“卡门线”条目 百度百科

4、“航天飞机”条目 百度百科

5、《大名鼎鼎的A-10“雷电II”攻击机》 作者:潘文林 空军之翼

6、《不灭的太空探索精神(上、下)——航天飞机研发史》 作者: Armstrong 空军之翼

7、《离开地球表面——一小时读懂航天史》 作者:毛新愿 知乎



[i]数据来源:A-10 条目 上海航宇科普中心

[ii]数据来源:飞得最高的飞机 中国数字科技馆

[iii]数据来源:航天飞机 百度百科

[iv]数据来源:《大名鼎鼎的A-10雷电II攻击机》 空军之翼

[v]比冲 百度百科

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