核爆炸與獵鷹火箭：NASA追日全食飛機的傳奇

小火箭出品

本文作者：邢強博士

本文共5326字，75圖。預計閱讀時間：45分鐘。

公元2017年8月21日是朔日，月球本影接觸地表而使該區域完全得不到陽光，形成日全食，同時在本影兩側數千公里的半影範圍內遮擋部分陽光，形成日偏食。此次日全食橫穿美國大陸，日偏食則將覆蓋整個北美洲、南美洲中北部、歐洲西岸、非洲西岸、俄羅斯東北部。

這是自1918年6月8日以來，將近百年的時間裡，首次出現從美國西海岸橫貫到東海岸的日全食。

這次百年一遇的機會，當然不容錯過。北美洲有3億人能夠一睹日食的盛況。不過，在地面上的人只能看到2分30秒的日食精彩過程。

為了能夠更好地觀測，NASA派出了傳奇的WB-57飛機，通過跨越美國14個州的高空高速飛行，來做夸父逐日式的追蹤，這樣就能獲得7分30秒的觀測時長，為研究太陽和水星提供了絕佳的條件。

小火箭在本文，就是要說一說NASA此次派出的這兩架WB-57的傳奇身世。她系出名門，原本是英國的轟炸機，後來因高空高速性能極佳而被用作各種用途，後來美國的馬丁公司看中該機，重金引入美國，再後來，她承擔了觀測核爆炸、觀測太空梭、觀測SpaceX公司的獵鷹9號火箭等多種重要任務。

堪培拉

在美國這次日全食觀測中舉世聞名的XB-57高空觀測機，實際上有著純真的英國血統。

這款名為堪培拉的轟炸機是英國皇家空軍擁有的第一種輕型噴氣式轟炸機。該機在1949年5月13日首飛。其飛行性能讓英國人感受到了驚喜。

可以說，堪培拉轟炸機是首款超出了大家期待的噴氣式轟炸機。

堪培拉轟炸機採用懸臂式中單翼設計，以發動機為界，其外側機翼為梯形，內側機翼為矩形。

該機的機翼展弦較小（4:3），翼根相對厚度是12%，翼尖相對厚度是9%。從這種設計可以看出，該機的定位為追求較快的巡航速度，雖然按轟炸機來使用，但並不准備犧牲飛機的機動性。

傳奇

公元1951年2月21日，首飛還不到2年的堪培拉轟炸機，完成了一項壯舉。

為了用行動證明設計師並沒有用錯展弦比（有人認為該機展弦比過小，航程會太短），一架堪培拉轟炸機從北愛爾蘭的奧爾德格羅夫起飛，期間未經停任何地方，直接跨越了大西洋，然後在加拿大紐芬蘭-拉布拉多市的甘德機場著陸。

此次跨越大西洋飛行，航程達3300公里，而這傢伙順便也打破了一項世界紀錄：最短時間跨越大西洋（4小時37分鐘）。

其實，當時堪培拉還沒有把全部能耐使出來。堪培拉馬力全開的話，可以在12192米的高空以0.88馬赫（933公里/小時）的速度飛行。

航程和飛行速度已經在1951年的那次跨越大西洋飛行中向世人證明了堪培拉的實力，緊接著她又做好了準備來應對「輕型噴氣式轟炸機不適合高空飛行」的傳言了。

1953年5月4日，一架堪培拉轟炸機升空後，不斷持續爬升，然後一口氣飛到了19406米的高度，打破了德哈維蘭公司的一架吸血鬼噴氣式戰鬥機在1948年3月23日用18114米創造的噴氣式飛機的飛行高度紀錄。

看到英國人又摘得了一項世界紀錄，美國人坐不住了。好端端地發展一款轟炸機就發展唄，時不時總破個世界紀錄，這簡直不能忍。

1954年5月28日，美國一架貝爾X-1（嗯，就是那款在1947年代表人類首次突破聲障的技術驗證機），藉助火箭發動機的強大動力，飛到了27570米的高空。但是，這次飛行沒有官方正式記錄，另外就是使用了火箭發動機而並沒有用噴氣式發動機，可謂勝之不武。

不過，美國人扔下了一句話：「噴氣式飛機幾乎不可能飛到2萬米高空，這裡是火箭發動機的天下。」

哈！這句話讓不信邪的堪培拉轟炸機團隊知道了。

1年多以後，1955年8月29日，還是當年創造飛行高度世界紀錄的飛行員吉布，駕駛堪培拉轟炸機飛到了20079米的高空。

這次飛行證明了堪培拉噴氣式轟炸機是可以飛到2萬米以上的。但是，這的確也幾乎到了當時噴氣式發動機能夠正常工作的極限了。

看到英國人還真的想用堪培拉噴氣式轟炸機來挑戰火箭發動機驗證機，美國人覺得有必要搞一次鎖定勝局的飛行。

1956年9月7日，一架能夠以3馬赫速度飛行的貝爾X-2驗證機從B-50轟炸機母機的機腹投下，隨後，火箭發動機啟動，將X-2送上了38491米的高空！

堪培拉轟炸機還是不服氣！

他們又試著挑戰了一次。不過，這次堪培拉沒有僅僅使用羅羅公司的奧林巴斯發動機，而是加裝了納皮爾天蠍座液體火箭發動機（採用過氧化氫和煤油作為燃料）。

1957年8月28日，這架採用噴氣式-火箭發動機組合動力的堪培拉飛到了21430米的高度。

這個高度也就成了中外文獻中大量使用的堪培拉轟炸機的最大飛行高度數據。但實際上，這是加裝火箭發動機的魔改版本的堪培拉，僅使用噴氣式發動機的堪培拉，最大飛行高度為20079米。

雖然是為高空飛行專門設計的，但實際上，堪培拉轟炸機的低空性能，尤其是超低空飛行的性能也同樣非常優異。上圖為一架堪培拉轟炸機在做超低空通場飛行。

堪培拉轟炸機的機翼是鋁合金雙梁結構，主梁在40%弦長處，後梁在襟翼和副翼之前，主梁和後梁形成機翼主抗扭盒。

堪培拉轟炸機的副翼是鋁合金的，有氣動力角式補償片，每一副翼上裝有一個調整片。後緣有4塊由液壓操縱的開縫式襟翼。這些設計賦予了她優秀的超低空性能。

超低空飛行成了堪培拉家族的拿手好戲。

採用英倫設計風格的三大噴氣式飛機，由遠及近：TSR2噴氣式轟炸機、閃電噴氣式戰鬥機、堪培拉噴氣式轟炸機。

英國皇家空軍停靠在香港啟德機場的一架堪培拉轟炸機，攝於上世紀60年代末。這傢伙在當時威懾力還是蠻強的。

當然，放在今天來看，我們只是單純從技術的角度來欣賞這架轟炸機的工程美感了。小火箭慶幸生在這個時代。

其實當年英國人在香港啟德機場還駐守有火神戰略轟炸機。這在當時可是專門用來投放核彈的。詳見小火箭公號文章《火神轟炸機：英倫設計的美學典範》。

改型

堪培拉轟炸機改型的識別度非常高。這是一架堪培拉PR.9改進型轟炸機，注意她的駕駛艙採用了偏置式設計。咦？難道機組成員改為單人制了？

並沒有，導航員還在飛機上，只不過給安排到碩大的機鼻裡面去了。

側著看就沒有那麼怪了

用於高空氣象觀測的堪培拉改型

這架堪培拉又改了回來。這是一架堪培拉T.4，攝於2005年。她的塗裝甚至包括機身的大量結構細節都在1999年的時候改回了當年堪培拉轟炸機原型機的樣子，用來在世界各地飛行紀念1949年的那次成功的首飛。

小火箭覺得，這角度，美得宛如油畫。

馬丁

美國人早就盯上了堪培拉這款轟炸機。雖然在後來的爬升高度的競爭中，美國和英國之間火藥味漸濃，但是總歸還是互有惺惺相惜之意。

還記得小火箭前文講到的1951年2月21日，一架堪培拉轟炸機的原型機連續飛行3300公里，成為首架跨越大西洋的噴氣式飛機的事情吧！

這架飛機跨越大西洋後，沒去別處，直接就給送到了美國空軍的試驗場。

在那裡，一架馬丁公司的XB-51轟炸機原型機正在等著堪培拉。小火箭註：注意看XB-51的發動機奇特的位置。

在美國空軍和英美兩國工程師的見證下，美國本土的馬丁XB-51和跨越大西洋前來的堪培拉轟炸機進行了大量性能對比飛行試驗。

結果是：堪培拉轟炸機的性能全面超越馬丁XB-51！

1951年5月25日，美國空軍宣布：堪培拉轟炸機以絕對優勢贏得了剛成立不久的美國空軍的輕型先進噴氣式轟炸機的競標。

這是有史以來，第一次有一款美國本土之外研發的飛行器以絕對優勢在軍方的競標中獲勝。堪培拉轟炸機的確是有點兒神奇。

但是，美國空軍接下來的要求讓英國工程師們驚呆了：

我們要訂購400多架堪培拉，而且要儘快交付。

哈！堪培拉轟炸機當時還沒有大量列裝英國皇家空軍呢。就算英國的工廠開足馬力以二戰期間的節奏全力生產，也難以同時滿足英國皇家空軍和美國空軍對輕型轟炸機嗷嗷待哺的需求。

後來澳大利亞空軍也看上了堪培拉，提出了採購49架的需求。這個要求是難以拒絕的，畢竟用了人家首都的名字來命名轟炸機嘛。

但是，加上英國皇家空軍900架的大單子，英國的工廠這回吃不消了。

還是馬丁公司有主意：英國生產不過來，可以授權給美國來生產。

這是馬丁公司接過英國授權之後生產的美版堪培拉轟炸機啟動的場面，還是很壯觀的。這是那個年代的飛機所特有的濃煙。

馬丁公司按自己的理解對堪培拉轟炸機進行了一番改進。翼尖油箱成為了標配，投彈艙門則採用XB-51的設計以便更好地適配美國的炸彈。（主要原因恐怕還是要給XB-51的原研製團隊有個交待。）

從此，英國的堪培拉轟炸機有了美國版本的堂兄弟：馬丁B-57轟炸機。該機的綽號，沿用了那個傳奇的名字：堪培拉。

上圖為正在投彈的美國B-57堪培拉轟炸機。（除了翼尖油箱和彈艙的艙門外，該機大部分結構還是沿用了英國人的設計。）

1957年，正在進行飛行表演的美國空軍B-57B堪培拉轟炸機。

RB-57D高空偵察機

RB-57

波馬克

波馬克導彈基本型長14.43米，彈徑0.91米，翼展5.54米。該彈由1台LR59-AJ13液體火箭發動機和2台衝壓發動機提供動力。有關這款核導彈，詳見小火箭的公號文章《北美地區唯一的衝壓發動機核防空導彈》。

工程師們喜歡這款導彈，美國空軍和加拿大防空部門更喜歡這款導彈，不僅大量訂購，而且僅測試發射就用了100多枚。

他們還給波馬克起了一個往常只有戰鬥機才能擁有的F字頭的名字（F-99）。而民眾對於這款造型優美的導彈也表現得有些情有獨鍾。你看，連「波馬克小姐」這樣的與導彈來比美的美人都有了。

而波馬克導彈成功的背後，離不開堪培拉的鼎力支持。上圖這架堪培拉的鼻子是不是有些長？

嗯，波馬克導彈把頭部放在了這架堪培拉飛機的機頭位置，以便測試導彈的儀器。在當時，能夠帶著波馬克導彈的彈頭上天，同時又能夠高速飛行的載機中，堪培拉可以說是最好的選擇。

核爆

1957年5月15日，在太平洋中的一座叫做莫爾登的小島上，英國的第一枚氫彈爆炸成功。

43歲的英國皇家空軍飛行員斯蒂文少校駕駛堪培拉高空觀測機穿越了蘑菇雲，採集到了氫彈爆炸後產生的輻射性塵埃的樣本。

（斯蒂文少校接受了大量輻射，好在後來洗消工作比較及時，當時身體無大礙。1996年，斯蒂文少校死於白血病，享年82歲。）

RB-57D-2 Model 796 53-3979堪培拉觀測機在觀測一枚正在爆炸的美國原子彈。攝於1958年7月22日的比基尼環礁。

由飛機航拍的核爆炸之後的天空

獵鷹

獵鷹9號火箭是世界上第一枚實現了可控陸地和海上垂直著陸回收的火箭，是第一枚實現了第一級重複使用的火箭，也是首枚由私人企業開發並成功大量用於商業運營的運載火箭。

這是同一枚獵鷹9號火箭的第一級在發射前（左）和回收後（右）的對比照片。可以看到，在一二級分離過程中，二級發動機尾焰對第一級火箭頂部有一定的燒蝕作用。

如何確定一級會不會被二級的火焰烤壞呢？

讓堪培拉來幫忙吧。

NASA有3架堪培拉改進而成的高空觀測機。這些飛機上有先進的高清紅外攝像設備。上圖是NASA的堪培拉拍攝到的獵鷹9號火箭一二級分離時的場景。

靠前的那個亮點是二級發動機尾部的火焰，右下面那個亮點是獵鷹9號火箭第一級被烤熱的頂部。

這是NASA的堪培拉拍攝的獵鷹9號火箭第一級在返回階段再入大氣層時的紅外照片。能夠較為清晰地看到激波。

這是同一架堪培拉拍攝到的獵鷹9號火箭第一級在返回彈道上70公里高度點火的場景。

NASA

這是3架NASA的WB-57高空觀測機正在編隊飛行。

這是攝於上世紀50年代的3架編隊飛行的堪培拉轟炸機。

NASA的3架XB-57是整個堪培拉家族中尚正式在役（或正式在科研序列）的僅有的飛機了。從首飛到現在，堪培拉家族在天空飛行已有68年的歷史了！

（後來狀態良好的，只剩兩架了，就是這次為追蹤超級日全食派出的兩架。）

NASA的WB-57F高空觀測機繼承了堪培拉家族的大部分基因。相較於最早的堪培拉轟炸機，最大的區別就是由羅羅的奧林巴斯渦噴發動機換成了TF-33渦扇發動機。

發動機整流罩相較於之前的渦噴版本的堪培拉，大了不少。

說起TF-33發動機，大家還是比較耳熟的。現在依然在役的老爺子機型B-52的最新型號B-52H上面就採用了8台TF-33渦扇發動機。

軍機中，還有C-18、KC-135、C-141、E-3、E-8使用TF-33發動機。

當然，對於與TF-33同宗同源的JT3D發動機，大家就更熟悉了。（實際上，這是同種設計的發動機的不同叫法而已，TF-33為軍用版，JT3D是民用版。）

波音707、道格拉斯DC-8還有運-10都採用美國普惠的JT3D發動機作為動力來源。

TF-33渦扇發動機在WB-57F堪培拉高空觀測機身上，顯得非常大。

NASA的WB-57F堪培拉高空觀測機的機頭，有碩大的觀測設備。

水星

這次超級日全食的到來，給人類觀測一直以來經常被太陽耀眼的光芒所掩蓋的水星提供了絕佳的機會。

水星是太陽系內距離太陽最近的行星，同時也是唯一一顆被太陽潮汐鎖定的行星。水星是太陽系八大行星中個頭兒最小的，平均半徑只有2439.7公里。

水星與地球

水星、金星、地球還有火星

一直以來，人類對水星的了解都比較少，因為她離太陽太近，大多數時間都隱藏在太陽耀眼的光芒中了。

有史以來，只有少數幾艘人類探測器飛掠過水星進行過探測。上圖橙黃色的大太陽中間靠左下一些的那個小黑點就是水星（中間靠上的那團黑色的是一顆太陽黑子）。

小火箭期待NASA的WB-57飛機能夠不負眾望，借這次百年一遇的好機會，好好觀測一下水星，為升空68年的堪培拉家族增添新的榮譽。

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