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这几年网上流行“黑科技”一词，特别说到中国自主研发的高技术和尖端技术、前卫技术，包括国防科研的大杀器和杀手锏技术，都说是“黑科技”。这个词的含义解释起来挺费劲的，怎么中国人的高技术都是黑科技，西方的都是高科技？是不是特意贬低中国高技术？ 其实，我们读有黑科技名词的文章和帖子，联系文章和帖子的前后句揣摩黑科技在里面的意思，又多多少少是带着强烈的褒义和夸奖，甚至是赞扬。仔细琢磨，这个词来自于中国科技发展，包括军事高技术发展八股文里的“核心技术”一词，网上网友写着写着就成了黑心技术了，最后简称黑科技，这里面有卖萌的意思，也有表现自己玩世不恭态度的意思。 黑科技这个词往往用在中国破除了美国和西方在某些尖端技术项目上长期垄断的中国高技术上，美国和西方上百年、几十年的技术垄断被中国一朝破除，消息往往用黑体字出现在媒体上，特别抢眼。中国老百姓虽然不知道过程，但是突破的消息传出来，美国和西方的脸就一下子拉的很长，中国人感觉西方的媒体上总是表现的酸溜溜的，老大不高兴，俗话说就是“黑”着脸说话。这也是黑科技这个词的来源之一。另外，“黑”还有颠覆的意思，也有超越的意思。中国人习惯的称“这个人真黑”，往往指一个人隐藏的很深，深藏不露，所以“黑”还有善于暗中运筹的意思，一出手招式老辣狠毒，防不胜防。黑科技还往往指一种技术有“必杀技”的本事，一招制敌，不可招架。 综上所述，中国这几年频频曝光出的“黑科技”大致都有上面的含义。对于中国人民来说这是欢欣鼓舞的事儿，对于美国和西方则感觉噤若寒蝉，如芒在背。特别是在一些美国和西方长期垄断的科技领域，比如尖端科技领域，它们在几十年甚至上百年的积累的能甩中国几条街的高端技术上，一旦被中国一朝突破，那种感觉虽然不能说是绝望，至少也是恼羞成怒。要知道中国这些成就的取得还是在美国和西方严密封锁的情况下做出来的，美国不用说是严防死守，频频使用“钓鱼执法”阻止中国获得这些技术，欧洲还一直对中国实施武器（包括军民两用技术）禁运，在这样严密的封锁下中国人民还能取得如此辉煌的成就，这种出人意料的“黑”是它们不能接受的。 以往美国和西方把持这些核心技术，把这种技术优势的获得归结为来自它们所谓的“制度优势、体制优势、道路优势、意识形态优势”，那么，中国人民在短时间内获得如此的进步，破除的不但是它们的技术优势，还反向破除了它们的“制度优势、体制优势、道路优势、意识形态优势”，这个打击往往上升到政治层面和意识形态层面，这就更使它们接受不了。 黑障通信已经解决 先说说这几天争论的黑障通讯技术。2016年3月8日，全国政协委员、中国载人航天工程总设计师周建平透露，6月首飞的长征七号运载火箭将搭载缩小比例的新飞船返回舱。这是我国新一代多用途载人飞船首次得到公开披露，该飞船有20吨和14吨两种型号，具备一系列先进特性，如部分可重复使用、黑障通信、自备动力逃逸技术，从陆上回收为主改为海上回收为主，可实现第二宇宙速度下再入大气层。黑障指的是飞船、返回式卫星和导弹弹头在高速重返大气层过程中，在40至100公里高度出现的无线电通讯中断的情况。这一现象是由于飞行器外壳前部与高空稀薄大气高速摩擦烧蚀、产生等离子体导致的，等离子体可以吸收和反射电磁波，它包裹在飞行器外面时相当于将手机装进密封金属罐中，从而使得通讯中断。 实现黑障区通讯的方法多种多样，基本原理却很简单。既然等离子体是航天器外壳前部烧蚀产生的，那么只要调整航天器外形，使飞行器后部的等离子体密度下降，就可以恢复通信能力。例如美国航天飞机就有天然优势，它体型相对扁平，背部等离子体密度小，就在背部设置了通讯天线。另外等离子体吸收电磁波的频段主要集中在厘米波波段，采用毫米波、米波通讯也可以绕过其屏蔽；或者采用亲电子物质烧蚀材料，降低等离子体的密度、改变其吸收频段等。 航天飞机体型扁平的好处之一是再入时背部等离子体密度小。坏处当然是需要进行隔热防护的面积大，维护困难，容易损伤。美国的哥伦比亚航天飞机解体惨剧就是隔热失效造成的。 根据负责飞船研制的航天科技集团五院的公开材料，我国新一代飞船采用了后部二次中继通信的方式突破黑障，即在等离子体密度最低的尾部安装S波段（波长10厘米）通讯天线，先将信号发给附近的载人空间站或分离后的飞船轨道舱，再由其通过地球同步轨道上的中继卫星转发回地面。 前者只能采用Ka波段，需要为几分钟的黑障通信新增一整套设备。后者采用S波段，无需新增整套设备。这样做的好处是降低了对飞船通讯系统的要求，新增设备和发射功率要求降到最低，有利于降低系统重量。缺点是只能在载人空间站附近穿过黑障区，限制了重返时间的选择，对任务时间规划提出了略高一点点的要求。 长征七号运载火箭将搭载缩小比例的新飞船返回舱的消息经中国载人航天工程总设计师周建平透露后，网上传出这就是黑科技，一是说长征七号发射的返回舱用量子通讯技术克服了黑障通信的世界性难题，二是说，长征七号发射的返回舱再入速度达到了第二宇宙速度，第二宇宙速度为11.2公里/秒，有文章说，以这个第二宇宙速度再入可以有效的突破萨德THAAD的拦截。 现在看，这两个说法都有不少问题。首先，中国的量子通讯卫星还没有发射，这就不可能从太空用量子通讯卫星与长征七号返回舱联系，如果从地面和海上用量子通信与返回舱联系，又不能克服返回舱正面的等离子鞘的屏蔽和吸收电磁波的阻碍，因为无物理连接的天地量子通信也要依靠无线电波，一样不能克服等离子鞘的屏蔽和吸收。前面说过我国新一代飞船采用了后部二次中继通信的方式突破黑障，所以，有没有量子通信也能解决黑障通信问题。 第二就是中国再入的洲际弹道导弹不管有没有第二宇宙速度美国的萨德也拦截不住，这个说法容易引起误解，比如对中国洲际弹道导弹再入的突防效率的怀疑。 航天飞机悲剧为什么会发生 2003年2月1日，美国的哥伦比亚航天飞机返回地球时失事，世界震惊。这架哥伦比亚号航天飞机总长约56米，翼展约24米，起飞重量约2040吨，起飞总推力达2800吨，最大有效载荷29.5吨。它的核心部分轨道器长37.2米，大体上与一架DC—9客机的大小相仿。每次飞行最多可载8名宇航员，飞行时间7至30天，航天飞机可重复使用100次。航天飞机集火箭，卫星和飞机的技术特点于一身，能像火箭那样垂直发射进入空间轨道，又能像卫星那样在太空轨道飞行，还能像飞机那样再入大气层滑翔着陆，是一种新型的多功能航天飞行器。 在返航时，它能借助于气动升力的作用，滑行上万公里的距离，然后在跑道上水平降落。与此同时，在滑行中，它还能向两侧方向作2000公里的机动飞行，以选择合适的着陆场地。 事故调查 初步分析 美国“哥伦比亚”号航天飞机发射后不久燃料箱外脱落的一个泡沫碎块，一直是事故调查中的一大疑点。美国宇航局公布的一份分析报告显示，该航天飞机可能曾被多达三块泡沫材料击中，而不是早先所认为的一块<4> 。 “哥伦比亚”号航天飞机1月16日发射升空，1月24日航天飞机项目承包商美国波音公司技术人员撰写了这份报告，并于1月27日提交给宇航局飞行控制部门。报告称，在“哥伦比亚”号发射82秒后，有三个泡沫材料碎块从连接外部燃料箱和航天飞机的支架区域脱落，每个碎块长约20英寸（相当于50厘米），它们击中航天飞机后“似乎出现了瓦解”，化为大量更小碎片。 美宇航局在公布这份报告时强调说，根据报告得出的结论，泡沫碎块撞击不会影响航天飞机飞行安全性，宇航局飞行控制部门也“同意这一结论”。 尽管如此，新报告公布之后，泡沫材料撞击在“哥伦比亚”号失事中所起的作用，再次引起人们关注。“哥伦比亚”号解体坠毁后不久，泡沫碎块问题就浮出水面。虽然美宇航局一直坚持认为，泡沫碎块撞击不会有严重后果，但负责对“哥伦比亚”号事故进行调查的独立委员会，仍在对泡沫碎块的影响进行深入分析。这一独立调查委员会目前得出的最主要结论是“哥伦比亚”号机壳上可能出现孔洞，导致超高温气体进入航天飞机，最终酿成事故。而根据美宇航局21日公布的文件，宇航局一位工程师就曾在电子邮件中警告说，航天飞机外部隔热瓦受损，有可能导致轮舱或起落架舱门出现裂孔。 后续调查 美国宇航局2004年8月13日进一步确认，美国“哥伦比亚”号航天飞机外部燃料箱表面泡沫材料安装过程中存在的缺陷，是造成整起事故的祸首。“哥伦比亚”号航天飞机事故调查委员会公布的调查报告称，外部燃料箱表面脱落的一块泡沫材料击中航天飞机左翼前缘的名为“增强碳碳”（即增强碳-碳隔热板）的材料。当航天飞机返回时，经过大气层，产生剧烈摩擦使温度高达摄氏1400度的空气在冲入左机翼后融化了内部结构，致使机翼和机体融化，导致了悲剧的发生。 调查委员会指出，有关方面正在研究美国航空航天局(NASA)是否在“机体老化”问题上重视不够，以致最终酿成本次悲剧。有关“哥伦比亚”号失事的直接原因基本确定：超高温空气从机体表面缝隙入侵隔热瓦下部四处乱窜，最终造成航天飞机在返航途中解体坠毁，七名宇航员丧生。据介绍，飞机起飞一分钟后，遭遇的风力强度已经接近NASA允许的极限。专家因此认为，原本已开始出现老化的机翼因遭受如此强风吹袭，才在外界异物的撞击下显得弱不禁风”，从而出现破损，为返航途中的超高温空气入侵形成了“方便的后患”。 据美联社等西方媒体2013年2月2日报道，同年2月1日，在美国“哥伦比亚号”航天飞机宇航员罹难惨剧发生10周年纪念日到来之际，美国宇航局（NASA）前飞行主管韦恩·哈尔惊爆秘闻，称当年“哥伦比亚号”航天飞机机翼受损后，尽管NASA的高级工程师们早就发现这一致命故障，并相信这架飞机在返航途中将机毁人亡，然而NASA主管和同僚却一致同意向宇航员隐瞒事实。因为NASA高层相信，与其让宇航员知道实情后在痛苦绝望和折磨中度过他们的生命最后时刻，还不如让他们在不知情的情况下突然死去！ 哈尔披露，当NASA的高层官员在获悉“哥伦比亚号”左翼受损后，当时的飞行任务总指挥乔恩·哈珀尔德立即召开紧急会议，讨论“哥伦比亚号”航天飞机可能出现故障的情况，而他显然已预计会出现最坏情况。哈尔回忆道：“当时哈珀尔德在会上说：‘你们都知道，对于隔热保护层受损，我们都无能为力。所以如果真的发生事故，我认为宇航员也情愿蒙在鼓里。你不认为宇航员在回程时，在毫无预兆的情况下死亡，比知道无法解决问题、要留在轨道上，并等待空气用尽后死亡好吗？’” 当哈珀尔德说出这段话之后，现场所有人都沉默不语。最终，大家默许了这个艰难的决定。而事后调查证明，NASA本来可以有多达8次机会利用军事卫星近距离查看损害程度，但NASA却错误地忽视了这些机会。哈尔痛苦地说，如果当年NASA将真相告诉了“哥伦比亚号”上的宇航员，那么他们至少还可以在遇难之前与死神进行最后抗争，或者是向亲人留下最后遗言。尽管哈尔当年也默许了NASA隐瞒故障让宇航员“送死”的决定，然而，10年之后，哈尔坚信这一决定是错误的。多年来哈尔一直为此深深自责。 2003年2月1日21时42分，“哥伦比亚”号到达位于太平洋上空144公里的位置，这时的火箭发动机以每小时27，000公里(声速的25倍)的速度工作着。 21时44分，“哥伦比亚”号开始“进入大气层”，其前端向上抬升，保持一个40度的仰角，这样，航天飞机外的陶瓷阻热瓦能够承受飞机进入浓厚大气层时与大气层摩擦产生的所有热量。陶瓷阻热瓦开始升温。 21时46分，“哥伦比亚”号距地面只有102公里了，并准备在30分钟内着陆，逐渐地，它穿越加利福尼亚、内华达、新墨西哥、亚利桑那、得克萨斯、路易斯安那州的墨西哥湾沿岸，最后到达佛罗里达州上空。 这也是人们最后看到的完整的哥伦比亚号，之后不到一分钟惨剧就发生了。 一哆嗦决定九十九拜 中国人对一件事最后能不能办成时最爱说“九十九拜都拜了就看最后一哆嗦”，这句话也是对人类征服太空后返回，能不能战胜黑障烧蚀这个魔鬼最合适的形容。再宏大的太空工程，只要你还打算返回地球，都要过黑障和烧蚀这一关，这几分钟决定几万亿美元投入的成败。又比如洲际弹道导弹，前期投入的千万亿，包括制造出原子弹和氢弹的巨大投入，能不能再入大气层返回地球击中目标，也必须由这几分钟所决定。 有资料显示，冷战时期美苏都有长达8-10年的时间没有彻底解决洲际导弹再入大气层抗烧蚀问题，不知道它们是怎么互相吓唬的，应该是中国人常说的“麻杆打狼：两头害怕”，这也许是核战争没有真正打起来的原因。 这两天，朝鲜公开展示了金正恩视察洲际导弹弹头抗烧蚀试验现场的图片，朝鲜公开这样按说是绝密的弹头技术，就是想告诉世界朝鲜真有可以打到美国的核武器，这从侧面也体现了抗烧蚀技术的决定性作用。某种程度上，有没有抗烧蚀这个技术就等于有没有原子弹。 不过朝鲜披露的这个秘密有个最大的破绽，就是用于模拟再入烧蚀的火箭发动机只能模拟弹头面对的温度而不能模拟弹头再入的速度，世界上还没有一种火箭发动机有每秒11.2公里的比冲。 第二宇宙速度仍然是决定性的 前面说长征七号返回舱黑障通信已经不是关键，但是笔者可没说第二宇宙速度返回地球不是关键，因为长征七号返回舱以第二宇宙速度返回地球恰恰是洲际弹道导弹和水漂弹再入的速度！ 俗话说的好，不怕不识货，就怕货比货，我们略微谈谈什么是洲际弹道导弹，为什么洲际弹道导弹再入要比宇宙飞船返回难得多？ 洲际弹道导弹之所以被称为弹道导弹，主要是洲际导弹要打一条形似“单峰驼”的弧度很高高弹道，再利用“高举高打”的速度优势增加弹道的长度，也就是增加投掷距离，洲际导弹在中段达到的高度大约是3600公里到4000公里，而弹道的全程一般是这个高度的2.5倍，这就是洲际导弹射程必须是8000公里以上的来源。 一般来说，洲际导弹在达到3600公里以上高度后会依靠伺服火箭进行调姿和调整方向，进入发射中段的下降段，这个时候的速度一般都不可避免的达到第二宇宙速度，想“刹车”都不能“刹车”，然后以11.2公里/秒的速度进入大气层，进入大气层的速度按声速计算就是33.1倍的速度，甚至更高。这个速度进入大气层产生的摩擦温度要远高于低轨道卫星返回和再入的7.8公里/秒，也就是22倍声速的温度。 说到这里，我们就知道为什么长征七号返回舱以第二宇宙速度返回再入大气层的意义了吧？这其实就是洲际弹道导弹返回和再入的速度！这个速度（33.1倍声速）远高于哥伦比亚航天飞机返回再入时烧崩的速度（22倍声速），而更高的速度产生的与大气层摩擦的温度也远高于航天飞机，抗烧蚀的能力要求更强，这才是真正的黑科技！ 爆炸的美国水漂弹和成功的中国水漂弹 美国著名的臭鼬工厂，也就是产生过U-2高空侦察机、SR-71高空高速侦察机的这个美国最机密的尖端技术研发单位最近试验的HTV-2高超音速飞行器，几次发射几次都失败了，失败的原因就在以20倍声速再入大气层时因为抗烧蚀机体被烧的“蠕变”而烧崩的，目前HTV-2已经被无限期推迟再次试射。 而中国的被美国称为WU-14（后改称DF-ZF）的高超音速飞行器已经6战6胜。 据美国《自由灯塔报》1月22日报道，美国战略司令部司令周五表示：中国2015年11月23日成功进行了第6次代号为DF-ZF的高超音速飞行器试验。而在2015年10月30日，中国在库尔勒进行了动能-3反卫星试验。 新闻延伸：美国《华盛顿自由灯塔》网站25日报道，五角大楼消息源确认中国23日进行了一次高超声速滑翔飞行器试验，飞行器从山西五寨发射升空，飞到位于中国西部地区的靶场。美媒称这次试验中发射的飞行器代号被称为DF-ZF（此前被称为WU-14），飞行速度远超过5马赫。这是中国第六次进行高超声速滑翔器飞行试验，美国称中国的高超声速滑翔试验目的在于研制可突破反导系统的新一代洲际或中程导弹。 美国战略司令部是美国军方权威机构，老老实实承认中国的高超音速飞行器6战6胜很不容易，虽然有意在DF-ZF速度上说法模糊，只说超过5倍声速没说上限，但是嫦娥三号返回舱以第二宇宙速度“在大气层内外跳跃返回”成功和长征七号返回舱以第二宇宙速度（33.2倍声速）返回，都证明了中国的DF-ZF高超音速水漂弹的潜力。这一切都证实了抗烧蚀这种黑科技在中国的成功。 美国一向自称有甩其他国家几条街的尖端技术，拿着这些高技术在全世界称王称霸，不可一世。但是，这样的历史恐怕很快就要过去了，单单在极为关键的抗烧蚀这样的黑科技上已经没有优势可言，美国计划的“一小时全球打击”的设想被中国发展成既有“一小时全球打击”能力，又有新一代洲际导弹突防技术的崭新黑科技，这是美国万万没有想到的。 当然，中国能取得这样的成绩也不是从天上掉下来的，中国建设了世界上唯一的JF12爆轰风洞，可以模拟高超音速飞行器在10倍声速和3000度高温状态下的飞行，这才是成功的保障。至于美国，也许是因为体制的原因，或者是其他什么原因，没有建设这样的风洞。美国一个名人曾经感叹到“美国是什么？美国就是一场交易”，所以，不知道这场交易出了什么问题，这应该是体制问题。而我们中国历来有集中力量办大事的传统和意志，我们的成功得益于体制。 |
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