火箭撬
——陆地超音速试验装置（上）
工程投资额：—
工程期限：1987年——1997年
2005年，美国桑迪亚国家试验，在新墨西哥州阿尔伯克基市科特兰德空军基地，2000英尺（610米）长的的“Sandia 1”火箭撬滑轨上，用火箭助推器将一架F-4战斗机高速撞向测试墙，以试验战机在高速撞击条件下的毁伤效果。最终这架战机与测试墙一起化为齑粉。
很多人喜欢飚车，将车开到时速200公里以上，体验那种风驰电掣的感觉。但是跟本文的主角相比，那就太小儿科了。它可以达到陆地速度的极限——时速10430公里，相当于每秒前进2885米，是步枪子弹出膛速度的4倍，比战术导弹飞行速度还快。创造这一纪录的就是——火箭撬（Rocket sled）。
火箭撬是一种空气动力学试验设备，利用推力强大的火箭助推器，推动测试物体在类似铁路的专用滑轨上高速前进，再用高速摄影机及其他设备记录数据，以分析其空气动力学性能。形象一点说：你可以把它看作是一枚躺在铁轨上发射的火箭。火箭撬可用于研制核武器、高超音速导弹及飞行器、航空母舰上的弹射器、战斗机火箭弹射座椅、宇宙飞船逃逸塔、电子战武器等尖端设备。它是在陆地进行超音速试验的重要装置，目前全世界仅有美、英、中、俄、法等少数国家拥有此类设备。
贝尔X-1火箭飞机和挂载它的B-29轰炸机，照片摄于1949年。B-29轰炸机做了改装，腹部挖空用于吊挂X-1。
挑战超音速飞行
对速度的追求，是人类千百年来的梦想。然而人体的生理条件，决定了人类的奔跑速度并不快。即使百米飞人博尔特创下的9秒72的世界纪录，也仅仅相当于时速37公里，这比猫和狗的奔跑速度都要慢得多。在过去的数千年里，人类就靠双脚和骡马车辆，缓慢地前进。直至最近200年，工业革命中出现的各种交通工具，帮助人类不断突破速度极限。 在19世纪末，汽车成为当时最快的交通工具。1898年12月，一辆名为Jeantaud Duc的电动汽车，在法国创下时速63.15公里的纪录。次年4月，一辆名为La Jamais Contente的电动汽车，达到时速105.88公里。这是汽车首次突破时速100公里大关，也超过了马匹的奔跑速度。1904年1月，美国人亨利·福特，在底特律附近的圣克莱尔湖，驾驶“福特999”号汽车，创造了时速147公里的纪录。他创办的公司，后来成为世界最大的汽车企业——福特汽车。1906年1月，由斯坦利兄弟设计的蒸汽汽车“斯坦利火箭”，在美国佛罗里达创下了
时速205.45公里的纪录。这比其他任何交通工具都要快。到1938年8月，英国人乔治·艾斯顿(George Eyston)驾驶Thunderbolt号汽车，在美国犹他州巴纳维亚盐滩，创下了时速555.55公里的世界纪录。这在很长一段时间内，成为陆地最快速度的极限。
直至第二次世界大战结束，随着火箭发动机和涡轮喷气发动机技术日渐成熟，飞机和火箭速度迅速提高，甚至突破了音速。1947年10月4日上午，美国飞行员查克·耶格尔（Chuck Yeager）上尉，从加利福尼亚州缪罗克空军基地起飞，由B-29轰炸机携带他驾驶的贝尔X-1型火箭飞机，升至6000米高空，母机随即投下X-1飞机。X-1飞机由一台XLR-11火箭发动机为其提供动力，采用液氧与酒精和水的混合物作为燃料。耶格尔按程序点着了4个燃烧室，飞机马赫数达到0.88，飞机开始颤振，耶格尔随即关掉2个燃烧室。飞到12800米高空时，耶格尔使飞机平飞，又打开第3个燃烧室，飞机开始加速，这时空中传来了像打雷一样的巨响，他超过了音速。后来测定，耶格尔飞到了1.07马赫，即每小时飞行约1120公里。这是人类首次实现超音速飞行。
超音速飞行在当时的技术条件下，存在很大的危险性。因为飞行器在速度接近音速时，前方空气不断被压缩，形成压力波并以音速扩散。飞行器在0.8倍音速以下的亚音速飞行时，压力波跑在飞机前面，在一定程度上起到把前方空气推开的作用。但当飞行速度达到音速时（空气中≥340米/秒），前方的压力波“躲闪不及”，叠在一起，阻力急剧增加，空气阻力比亚音速时增加3倍，飞行器就像一头撞到一堵墙上一样，这就是“音障”。更严重的是，音障激波会使流经机翼和机身表面的气流，变得非常紊乱，从而使飞机剧烈振颤，操纵十分困难，处置不当就会机毁人亡。音障发生时还会发出巨大的爆炸声，称为“音爆”。强烈的音爆不仅会对地面建筑物产生损害，对于飞行器本身伸出冲击面之外部分也会产生破坏。1946年9月27日，英国著名试飞员杰弗里·德·哈维兰驾驶DH.108型试验机飞行时，从高空向下俯冲，希望在短时间里超过音速。当飞机达到0.94马赫时，飞机空中解体，哈维兰不幸遇难。
1940年，梅塞施米特Me-109战斗机在德国不伦瑞克市郊松林中，德军绝密的戈林空气动力学研究所进行全尺寸风洞试验。这种德军王牌战机，共生产了33000架，是当时最快的活塞
螺旋桨飞机。德军头号王牌哈特曼少校长期使用的也是该机型，共击落敌机352架。图片来自德国航空航天中心科隆档案馆。
现代空气动力学的发展
哈维兰只是人类在向超音速挑战过程中牺牲的先驱之一。在20世纪初至二战后的短短50年中，人类航空器取得了突破性进展，从活塞螺旋桨飞机，进化到喷气式超音速时代，这得益于现代空气动力学理论和实验手段的发展。空气动力学研究起源于17世纪的欧洲，荷兰科学家惠更斯首先估算出物体在空气中运动的阻力。1726年，牛顿应用力学原理得出：物体在空气中运动所受的力，正比于物体运动速度的平方和物体的特征表面以及空气的密度。这可以看作是空气动力学经典理论的开始。
1755年，瑞士数学家欧拉得出了描述无粘性流体运动的微分方程，即欧拉方程。19世纪上半叶，法国人纳维和英国人斯托克斯，提出了描述粘性不可压缩流体动量守恒的运动方程，后称为纳维-斯托克斯方程。到19世纪末，经典流体力学的基础已经形成。20世纪初，随着航空事业的迅速发展，空气动力学便从流体力学中发展出来，并形成力学的一个新的分支。 空气动力学发展的另一个重要方面是实验研究。空气动力学试验分为实物试验和模型试验两大类。实物试验包括：导弹实弹发射和飞机弹射座椅试验等，这类试验费用昂贵，试验过程难控制，但是取得的数据不容易失真，一直是鉴定飞行器气动性能和校准其他实验结果的最终手段。由于气动试验的测试物，如飞机、导弹、火箭等体积庞大，因此将其做成等比例模型，进行模型试验，可以有效降低试验费用和控制难度。
空气动力学实验按空气（或其他气体）与模型（或实物）产生相对运动的方式不同可分为3类：①空气运动，模型不动；如风洞实验。②空气静止，物体或模型运动：如火箭橇实验（用火箭推动在轨道上高速行驶的滑车携带模型进行实验），旋臂实验（旋臂机携带模型旋转而进行实验），模型自由飞实验（有动力或无动力飞行器模型在空气中试验飞行）③空气和模型都运动，如风洞自由飞实验（相对风洞气流投射模型而进行实验）、尾旋实验（在尾旋风洞上升气流中投入模型，并使其进入尾旋状态而进行实验）等。
1907年，普朗克教授在德国哥廷根空气动力研究所，建成世界第一座超音速风洞。图为1918年科研人员在哥廷根风洞，对齐柏林飞艇LZ120“博登湖”号的模型进行风洞测试。图片来自德国航空航天中心哥廷根档案馆。
