火箭滑車

火箭滑車是在專用的軌道上，利用火箭發動機作動力推動火箭滑車高速前進以獲取試驗測試數據的大型地面動態試驗系統。

系統組成火箭滑車採用橇形底盤並以特殊形狀的滑塊扣合在滑軌上滑動運行。由於諸多外力的影響，滑橇在軌道上以極其複雜的形式運動，包括俯仰、橫滾、偏航、跳躍振動和自身的彈性變形。火箭滑車的滑軌有單軌和雙軌兩種。單軌滑車負載較輕，但成本低，操作方便，可達到較高速度。火箭發動機早期採用固體燃料火箭，優點是負載重、操作簡單。但隨著試驗次數和滑軌長度的增加，多採用壽命較長的液體燃料火箭。剎車裝置一般用水制動。作試驗時，通常用光電系統測定火箭滑車的速度，並通過遙測系統和攝影設備獲取模型的試驗數據。

發展二戰末期超音速武器的出現，刺激各國政府展開軍備競賽，由此建造了一大批氣動試驗設備。美國是最早進行火箭滑車超音速研究的國家。1943年，美國戰爭部（國防部前身）將研製火箭的任務交給了加州理工學院和美國海軍，他們選擇在加州中部的中國湖（Chinalake）地區，建設海軍空戰武器中心（NAWC）。這是美國海軍最大的武器研製基地，佔地4400平方公里，擁有4000多人，主要研製美軍各類導彈、彈射座椅及電子戰系統，曾參與研製美國第一顆原子彈和阿波羅登月計劃。1944年，中國湖基地建成一條代號“B-4”的火箭滑車試驗滑軌，全長6800英尺（2073米），主要用於導彈高速測試。1953年又增建了一條海軍超音速武器研究滑軌（SNORT），全長21550英尺（6569米）。在1959年的一次測試中，創下了時速4972公里的紀錄，相當於音速的4倍！1944年，美軍還在加州愛德華茲空軍基地，建成代號“Gee Whiz”的火箭滑車滑軌，全長2000英尺。1949年又在該基地增建一條高速滑軌，後來延長到20000英尺（6096米）。1951年，桑迪亞國家實驗室在新墨西哥州阿爾伯克基市科特蘭德空軍基地，建成一條代號“Sandia 1”的滑軌，全長2000英尺。1966年又增建了代號“Sandia 2”的滑軌，全長10000英尺。桑迪亞國家實驗室是美國核武器研發機構之一。1954年，新墨西哥州阿拉莫戈多的霍勒曼空軍基地，建成霍洛曼高速測試滑軌（HHSTT）1&2號線，該軌道後來延長至50788英尺（15.48公里），成為世界最長和速度最快的火箭滑車滑軌。該基地還有一條20200英尺長的3號滑軌。霍洛曼滑軌主要用於導彈超高速試驗。1968年該基地在一次高雷諾數氣動試驗時，單軌試驗速度達到6.5馬赫。1982年10月的一次試驗中，將一個25磅重的測試物，加速到了時速9845公里，相當於8倍音速。2003年4月30日，霍洛曼空軍基地第846試驗中隊，在HHSTT滑軌上，將一個192磅重的測試物，加速到了每秒2885米，相當於時速10430公里，或音速的8.5倍。這是目前陸地有軌車輛最快的極限紀錄。在1994年衝擊紀錄失敗后，美軍耗資2000萬美元，全面升級了霍洛曼火箭滑橇，研製新的推進系統和精確的軌道校準系統。這次試驗採用一套由13台火箭發動機組成的四級火箭，每台火箭發動機重500公斤，燃燒1.4秒，一共能產生228000磅（103噸）的強大推力。由此可見此類試驗所需耗費的驚人代價。從上世紀40年代至今，美國共建成20多條火箭滑車滑軌，積累了豐富的試驗數據。除了美國外，世界最大的彈射座椅製造商——英國馬丁·貝克公司，於1971年在北愛爾蘭朗福德洛奇皇家空軍基地（RAF Langford Lodge），建成一條6200英尺長的火箭滑車滑軌，用於進行彈射座椅測試。俄羅斯星辰科研生產聯合體（NPP Zvezda），在莫斯科郊外建有一條8202英尺長的火箭滑車滑軌。星辰聯合體是世界著名的彈射座椅和宇航服製造商。法國西南部海濱城市比斯卡羅斯（Biscarrosse）的蘭德斯導彈試驗和發射中心(CELM)，建有一條3937英尺長的試驗滑軌。該中心建於1962年，是法國彈道導彈和戰術導彈的主要測試機構，目前正在建設第二條、第三條測試滑軌。

用途火箭滑車在航空航天、兵器、電子、核武器研製中，都有重要的試驗價值。譬如在飛機研製過程中，飛機的彈射座椅和降落傘，如果採用真機飛到空中進行試驗，就會帶有很大的風險性。在火箭滑車試驗中，將測試用的彈射座椅固定在滑撬車上，用滑車尾部的火箭發動機，將彈射座椅加速至預定的速度（甚至是超音速），再將滑車上的飛機坐椅彈射實驗座椅上的測試假人和傘具彈射至空中，用高速攝影機和各種觀測設備記錄試驗數據，就可以有效分析彈射座椅的性能。部分戰機的火箭彈射座椅，必須在彈射前，將飛機座艙蓋拋離機身，稱為拋蓋彈射。這種方式也可以採用火箭滑車進行試驗，可有效降低飛行試驗的風險。火箭滑車試驗的過程極短，雖然滑軌長達幾公里，但在火箭發動機的強大推力下，往往幾秒鐘時間就到了盡頭。滑車尾端安裝的水剎車可以將測試物迅速截停。航空母艦的艦載機彈射試驗，也可以採用火箭滑車來進行。美國航母的艦載機試驗，主要在新澤西州萊克赫斯特（Lakehurst）的海軍航空兵工程站彈射試驗場。該基地建於1956-1963年，佔地7400英畝，主要用於研究美國航空母艦的蒸汽彈射器和電磁彈射器，以及艦載機在陸地進行的彈射試驗。這裡共建有5條長度為1.8-2.3公里的火箭滑車試驗滑軌。在旁邊的機場末端，還建有兩台蒸汽彈射器和一台美國最新研製的電磁彈射器。2010年10月，美軍完成了電磁彈射器測試工作，將安裝到CVN-78福特號航母上。在導彈研製過程中，火箭滑車試驗還可用於測試導彈的引信、子母彈撒布器、導彈制導性能，以及導彈彈頭的毀傷性能。美國彈道導彈防禦系統的攔截導彈，就進行過該類測試。高爆炸藥在運動中的滑車上引爆產生爆炸效果，用來模擬導彈攔截超音速和高超音速的彈道導彈、飛機零件，導彈和航空系統所產生的衝擊波，爆炸威力相當於5000公斤的TNT炸藥。攔截導彈的彈頭、命中感測器、穿透器和摧毀攔截器都要經過對固定不動目標，和速度界於每秒3000到9500英尺（914-2896米）的實彈的衝擊試驗。1998年5月27日，霍洛曼高速測試滑軌，被指定作為美國導彈防禦局的實彈射擊試驗和主要毀滅性試驗評估基地。火箭滑車在電子戰試驗中也有重要作用，可用於測試導彈警告接收機和紅外對抗。試驗時將導彈緊貼在滑車上高速射出，可對飛機紅外導彈警告系統進行測試，適用於地對空導彈和空對空導彈。測試項目包括：閃爍、鉑條、誘騙系統以及火箭發動機的尾焰。最快的速度機器(6張)在環境測試中，火箭滑車可用於測試導彈在雨雪冰雹環境下的飛行性能。在滑軌附近安裝有每小時25-635毫米降雨量的設施，可以模擬降雨、降雪、冰雹等野外環境。測試在高超音速飛行條件下，雨雪冰雹對導彈引信、感測器、天線罩、撒布器及其他元器件的侵蝕效應。還可以驗證高超音速飛行的洲際彈道導彈，穿越核爆引起的粉塵環境的效果。火箭滑車還可用於人體在超音速條件下的環境試驗。由於在二戰中，大量美國飛機被擊傷，導致飛行員暴露在寒冷的高速氣流中。美軍急需研究人體對極端環境的適應性，並成立了航空醫學實驗室。1949年，愛德華墨菲上尉在一次人體加速度承受實驗中發現了著名的“墨菲定律”。1954年，美國空軍的約翰·斯塔普上校自告奮勇，在加州愛德華茲空軍基地的“Gee Whiz”火箭滑車滑軌上，開始進行人體抗衝擊力的試驗。斯塔普共乘坐“火箭滑車”29次，最快時達到時速917公里后突然停止，這時他需要承受相當於自己體重46倍（46.2G）的衝擊力。在經歷了多次生不如死的試驗后，斯塔普被鑒定為腦震蕩、多處肋骨骨 地球上速度最快的人(2張)折、腕部骨折、牙神經失靈以及雙眼血管破裂。斯塔普的試驗結果表明：只要有適合的姿態和防護裝備，人體至少可以承受45G的過載而不會死亡。該類試驗對後來研製飛行員的彈射座椅、抗荷服和安全帶產生了重要影響，同時受惠的還有傘兵安全帶的改進、汽車防撞安全帶和所有新車強制使用安全帶的法律誕生。斯塔普也因此被稱為“地球上速度最快的人”，他一直活到了89歲，於1999年離世。

陸地上最快的速度機器2003年4月30日，在美國新墨西哥州霍洛曼空軍基地，一個由四級火箭組成的火箭滑車將一個87公斤（192磅）的負載加速至2886米/秒（9468英尺/秒），即10385公里/小時（6453英里/小時），創造了陸地速度機器的世界紀錄。此次實驗旨在模擬彈道導彈防禦系統對以8馬赫速度來襲的導彈彈頭的攔截能力。儘管實驗花費達75萬美元，但它比用實際彈道導彈實驗要便宜得多。這次試驗採用一套由13台火箭發動機組成的四級火箭，第一級為5台火箭發動機，第二級有6台，第三第四級各一台固體火箭，每台火箭發動機重500公斤，每級火箭燃燒1.4火箭滑車在出發后3秒鐘的高速攝影秒，最大功率390萬匹馬力，最大推力228000磅（103噸），最大加速度達到驚人的157G，極速達8.5馬赫。世界上僅有這一台車擁有萬公里加速數據。

中國的火箭滑車1993年6月，我國投資6700萬元，在湖北襄樊黃集市與河南鄧縣交界處建成國內第一條、也是亞洲唯一的火箭滑車滑軌，結束了我國22年來一直借用普通鐵路支線做高速地面模擬試驗的歷史。試驗場佔地3250畝，軌道全長10275英尺（3132米），採用標準軌距（1.435米）。2005年8月24日，襄北火箭橇滑軌試驗場進行了我國首次超音速全狀態綜合彈射救生試驗，它標誌著我國自行研製的彈射座椅以及彈射試驗技術又上了一個新台階。2006年1月1日，該試驗場完成了迄今我國地面模擬速度最快的一發試驗，該項試驗最快速度達到時速3420公里，相當於音速的2.8倍。由於長度限制，其試驗領域和能力受到一定程度的制約，因此該滑軌計劃將擴建至6132米長。