簡論飛碟與洲際航行

對於洲際航行來說，飛碟有著特殊的優勢，不在於它潛在的高加速度及相應的高速度，而在於它的形狀。對於固定線路的飛碟來說，根本不需要特殊的高推力的電漿推進機製，隻需要有傳統的螺旋槳或噴氣發動機即可。

今天的由噴氣發動機推動的客機的巡航高度一般在12000米左右，而它們的高度的限製主要是由其速度所限製。因為飛機的升力由速度產生，當高度超過12000米時，空氣密度變低，因而需要更高的速度才能飛得更高；曆史上速度更高的協和號客機的巡航高度則可以達到18000米。很顯然，這裏限製巡航高度的速度並不單純是一個技術問題，更是一個旅客安全和環境的問題。類似地，直升機雖然不需要由水平速度來獲得升力，但是，它的螺旋槳的構造及整體機身的構造決定了螺旋槳的最大轉速的極限使得當空氣密度抵到一定程度時它的升力就會掉下來。因此，直升機的最大高度通常隻有噴氣客機的一半左右。

但是，飛碟的形狀不但決定了它可以垂直上升，不需要依靠水平速度來獲得升力，而且不論是使用垂直的噴氣推力還是垂直的螺旋槳推力，都可以遠超過直升機的螺旋槳升力。這不但是因為密封式的螺旋槳升力通常比開放式的高（噴氣機則可以更高），而且因為一個飛碟上用來裝噴氣發動機也罷，螺旋槳發動機也罷的麵積可以占它的總麵積的很大一個比例。因此，一個飛碟上可以裝八九台或十幾台發動機。這樣的話，即便到了同溫層和中間層之後，隻要加足馬力，仍可獲得所需的升力。

另外，飛碟的形狀還使得它可以在一個發動機孔裏裝多個可以動態替換的發動機，不像飛機上的發動機一定是固定的。雖然這種可動態替換的發動機對於結構及材料的要求較高，但卻是可行的；而對於體積和形狀受到極大限製的飛機來說，那屬於是不可行的。這種發動機的可動態替換性對於飛碟進行洲際飛行具有決定性的作用，因為它使得飛碟在卡門線附近，尤其是進入近地亞軌道後，可以短暫地采用不依賴空氣密度的火箭推力，這樣一來，飛碟在上升過程中就不像目前包括彈道導彈在內的所有的洲際飛行器那樣需要高速上升以獲取必須的軌道運行速度。

目前的洲際軌道飛行器都需要在超越卡門線時具有一個相當高的水平速度（大約8公裏/秒左右），這樣的話，可以在超出卡門線後讓發動機熄火，然後在地球的引力作用下進行自由拋物運動（走的不是拋物線而是橢圓線，即所謂的軌道運動，當飛到軌道最高點時，在重力的作用下折向地球），的過程中有足以抵抗重力的水平速度。以目前的洲際彈道導彈來說，從地球的一點打到任何另一點的過程中，那個在重力作用下的自由拋物運動所需時間一般在30分鍾以內（這個數據是網上得來的，估計是把海洋麵積扣除，另外不需要計算繞地球一圈的時間而隻需要算在半個地表運行的時間）。

對於飛碟來說，雖然達到卡門線需要比作為現在的一般客機的巡航高度的12000米高6到7倍，但那是在低阻力下的上升，隻要發動機能提供足夠的升力，飛碟可以獲得比在地麵高得多的上升速度。今天的一般噴氣客機可以在5分鍾左右上升的3000米左右。但是，飛碟上升卻要快很多，因為飛碟是直接上升，而不是象受到衝角（angle of attack）限製的客機那樣地盤旋上升（盤旋的目的是為了要在小衝角的限製下盡快在機場附近的空域達到諸如3000米那樣的高度）。另外，當飛碟進入同溫層後，由於空間阻力可以下降上千倍，上升速度可以更加快。為了不讓旅客承受過大的G力，飛碟可以非常穩妥地以平均每秒40米的速度上升，相當於每小時144公裏的速度。把這個速度平均分配到80000米的高度，其加速度隻相當於重力加速度的千分之四，一般乘客基本感覺不出來，即便是按照一半的高度算，千分之八個重力加速度仍然是可以忽略。這樣的話，即便是在噴氣機或螺旋槳的推力下，飛碟也可以在半小時左右上升的卡門線。

雖然從技術上說，下降可以比上升更快，但是為了同樣保持重力加速度的千分之四的加速度，下降需要同樣的速度。因此，不論是上升還是下降，真正的限製速度的瓶頸並不是技術難度，而是對於作為非專業飛行人員的包括老弱病殘在內的普通乘客的健康安全的考慮。

為了穩妥起見，我們不妨打個保險係數，假定上升下降都要一小時。雖然地球大氣的厚度並不均勻，但是基本上差不多。因此，這個上升下降的時間可以認為是一個在地球任何地方都一樣的常數。也就是說，乘坐飛碟進行洲際旅行的上升下降的時間加起來可以假定保持在兩小時左右。

但是，前麵提到現在的近地飛行的飛行器在離開卡門線時基本都具有（8000米/秒）左右的水平速度，因此可以基本上在軌道上運行30分鍾左右便打到地球上任何一點，我們假設飛碟可以比它慢些，取它的四分之一，能達到（2000米/秒）的速度，那麽我們基本上仍然能保證在卡門線外運行2小時之內從任何一點到達另一點，而且這時間隨著這兩點的緯度的增加減小。比如，從北京到倫敦，隻需在軌道上運行（當然是估算）68分鍾，從北京到紐約在軌道上運行需要92分鍾。因此，把升降時間算進來，從北京到倫敦需要3小時左右，而從北京到紐約需要3個半小時左右。當然，這裏忽略了地球自轉的影響，而且把地球假設為圓球形（實際上地球是不規則的更接近橢球的形狀）。

如何把速度加到2000米/秒又是一個難題。其實，由於在卡門線左右空氣阻力基本為零，所以從技術上說，要把水平速度加到2000米/秒並不難。但是，如果從零開始加，即便是用10分鍾的時間來加速，其加速度也要達到三分之一的重力加速度左右。這對青壯年來說應該沒問題，但對於老弱病殘（花得起錢坐快速洲際旅遊的人當中可能有相當一部分是上了年紀的）來說，或許有點難受，而且，如果拿出10分鍾加速，那麽整體水平運行時間就要延長。所以，在沒有到達卡門線之前就應該啟動水平加速。

還有一點就是重力的作用。現有的洲際飛行器取8000米/秒左右的水平速度的一個基本考慮是那樣的速度足以抵抗重力使他們完成所需的軌道運行。但是，有兩點需要注意：1）那個8000米/秒左右的速度是對於需要完成一個完整軌道運行估算出來的，如果不需要運行完整的軌道（比如隻需要30分鍾便返回大氣層的彈道導彈）是不需要那麽高的速度的。所以，2000米/秒雖然慢了些，如果目的地並不很遠，也不一定就不能達到所需的抵抗重力的作用；2）即便2000米/秒的速度不足以抵抗重力對於所需的水平運行距離的擾動，由於飛碟上有足夠的火箭推動力（上升過程中基本不需用），飛碟可以用火箭或是加一些垂直的升力，或是把水平速度提高到2000米/秒以上。

上麵的分析雖然粗糙了點，但是基本差不多，其誤差應該不會超過一個量階（也就是說，在為了照顧乘客健康的前提下，將升降總時間定為兩小時，在忽略地球自轉影響把地球假設為圓球形狀而且水平軌道速度大概為2000米/秒的前提下，實際值應該不會比這裏的估計多出一半來）。

從上麵的估算來看，雖然將北京到紐約的時間從目前的13小時縮短到3個半小時左右很可觀，但那不是重點。重點是把現在北京到紐約的時間與北京到倫敦的時間差從4個小時縮短到半個小時。

這裏的要點在於：升降的時間在世界各地基本不變，而在卡門線外因為空氣阻力基本為零，因此時間可以大大縮短。

當然，進行這樣的洲際飛行的飛碟一定要有良好的防輻射條件，否則的話，因為白天在臭氧層之外會直接受到太陽及宇宙射線的照射，每天飛幾個班次的飛行員是會收不了滴。

總之，本博客認為飛碟的商業洲際航行業務應該會在未來幾年內出現在地球上。所以，這裏如果誰有富商朋友應該勸他們趕緊趁世界上還沒有商用飛碟之前，投資飛碟生產業務，將來一定會熱。

幾點討論：

1）到底用噴氣機好還是用螺旋槳好。用噴氣機需要帶燃料，這必然增加重量。用螺旋槳的話，在不用核反應堆的前提下，為了支持十幾台的螺旋槳高速運轉的電池的重量如果遠小於噴氣機作一次升降所需帶的燃料，那麽用螺旋槳就有優勢，否則，噴氣機有優勢；

2）用火箭與常規發動機（螺旋槳或噴氣機）並用的模式是可以支持在卡門線外基本零空氣阻力下的高速飛行，但是，火箭發動機本身必增加重量。因此，是否可以在卡門線以內仍用常規發動機推動運行？這裏有兩點需要考慮：a) 卡門線內的臭氧層內雖然空氣密度以比地麵低了數千倍，但仍然可以產生相當的阻力。從外太空高速墜入地球的彗星及廢棄衛星基本上都是在臭氧層因摩擦產生高熱而燃燒。雖然2000米/秒的速度遠低於彗星等的墜入速度，但是到底會產生多大的阻力仍需要具體的數值模擬或直接送實驗飛機去那裏測試才能知道。如果可以在臭氧層仍以2000米/秒或即便是1000米/秒的速度運行，那麽就可以考慮不用火箭而完全在接近外天空的臭氧層內運行；2）但是，即便臭氧層內仍可以1000米/秒的速度飛行，考慮到臭氧層對於人類生存的重要性，對於頻繁的民用洲際航行可能對臭氧層造成的影響也需要有充分的評估後才可對世界各國開放臭氧層的飛行許可。