小火箭出品
本文作者：邢強博士
本文是小火箭經典導彈與運載火箭系列文章第3季的第5篇。在本季第1篇與第2篇合輯中，小火箭介紹了美國“雷神”彈道導彈。（導彈的總體設計、材料、發動機、彈道計算、反衛星試驗以及這款導彈改造為運載火箭后，發射了NASA的第一枚探測器的歷史）。在本季的第3篇中，小火箭介紹了切洛梅和質子火箭的總體設計。本季第4篇，小火箭繼續介紹質子運載火箭，講述她發射禮炮系列空間站、和平號空間站和國際空間站的光輝歷史，并在文末給出了具體的算例，指出帶有上面級的質子火箭在地球同步軌道運載與深空探測中的強大潛力，展示火箭到底是怎樣把衛星送到地球同步轉移軌道上的。
本文，小火箭將介紹一種長得非常像飛機的防空導彈。這款導彈是美國空軍擁有的唯一一款以沖壓發動機為動力的防空導彈，而且使用的是核彈頭。在多年的發展和部署過程中，該導彈與北美防空司令部一同發展，為人們展示了一種防御武器的發展思路。
這款導彈就是傳說中的“波馬克”導彈。
按照小火箭的風格，在講述一款導彈或者火箭的時候，首先要提的就是她的名字的來由。
與美國慣用的希臘/羅馬神話的命名體系不同，波馬克（Bomarc）這個詞并不是哪位神祇的名字，而是由兩個研究機構的名字組合而成的詞。
這款導彈是波音（Boeing）與密歇根大學航空研究中心（Michigan Aeronautical Research Center，簡稱MARC）合作研發的。取波音單詞的前兩個字母與密歇根大學的研究中心的簡稱，合并起來，就成了Bomarc。
（幸虧當年羅爾斯·羅伊斯公司沒有參與進來，否則這款導彈就得改名叫馬可波羅了。）
如今的波音以研制客機、運輸機、洲際導彈和衛星而著稱，他們還研發過專門用來擊落飛機的防空導彈？
是的，波音從1946年開始，就突然對能夠擊落飛機的防空導彈產生了非常濃厚的興趣。在1946年到1950年的4年時間里，波音以試驗火箭為名，研制出了多種型號的小型火箭系統，并且進行了100多次試射。這樣的尺寸、這樣的機動發射方式，很容易令人聯想到防空導彈。而實際上，波音也的確在積累相關的技術。
為什么一家造飛機的企業要去研究能夠擊落飛機的飛行器呢？
一家研究型企業開拓業務范圍的做法非常可以理解。不過，有意思的是，在那個時期，波音的飛機業務在美國只排第3名（第1名是道格拉斯，第2名是洛克希德）。（是不是感覺到了什么？有沒有感覺到來自波音的，對兩位老前輩深深的惡意？）
波音在4年時間內進行了大量試射，這引起了美國空軍的好奇心。在經過一番考察后，美國空軍覺得波音具備了研制攔截轟炸機用的飛行器的能力，于是就向波音發出了訂單，要求其為美國空軍研制一款能夠在本土防御蘇聯轟炸機的地對空無人攔截器。（也就是今天大家常說的地空導彈）
1952年8月10日，波馬克導彈迎來了她的首次發射。
一些沒有提前看過波馬克導彈設計草圖的空軍軍官愣住了：這明明就是一架飛機啊！哪里是什么導彈！
不過，工程師們早有準備：雖然她長得像飛機，但她是頭朝上，垂直起飛的噢！
（無辜狀：誰叫你們讓一個如此喜歡研發飛機的公司來設計導彈呢！）
上圖從左至右：阿弗羅CF-100“加拿大人”戰斗機、波馬克導彈和康維爾F-102“三角劍”戰斗機。
小火箭覺得，這么看的話，波馬克很像是一架大后掠角（帶切尖）上單翼的高速無人戰斗機。
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臺LR59-AJ13液體火箭發動機和2臺沖壓發動機提供動力。由于前兩季，小火箭的系列文章對液體火箭發動機已經有較多介紹，本文就重點介紹沖壓發動機了。
1913年，法國工程師雷內·勞倫首次提出了沖壓發動機的概念。他認為，當發動機不停地向前沖擊的時候，流經進氣道的空氣會不斷地增加壓力，這樣不用壓氣機就可以讓發動機里的燃料持續燃燒并向后產生推力。這種發動機只有進氣道、燃燒室和噴管三部分組成，中間沒有活塞也無需轉子（甚至可以沒有任何活動部件），構造極簡、重量較輕，能夠擁有很大的推重比。勞倫對他提出的新概念很滿意，可惜囿于當時的材料和工藝水平，直到抱憾去世，他始終沒能制成原型機。
在上世紀50年代，火箭發動機的技術已較為成熟。設計師們試著把沖壓發動機和火箭發動機結合起來，以火箭發動機為助推器把帶有沖壓發動機加速到可以啟動的速度。沒想到一下子便開啟了沖壓發動機的“黃金時代”。
波馬克導彈的火箭發動機將導彈豎直推向天空，并逐漸把導彈的速度加速到2馬赫。隨后，沖壓發動機啟動，將導彈的速度進一步提升到2馬赫以上。（在實際的測試飛行中，波馬克導彈以2.8馬赫的速度持續飛行了320千米，最大飛行高度達20000米。）
這個指標，讓美國空軍欣喜不已，并且給這款導彈賦予了一個戰斗機才能享有的F字頭的編號：F-99。
波馬克導彈使用了2臺RJ-43沖壓發動機。這款發動機的單臺推力達到了53千牛。圖為工程師正在準備對這款沖壓發動機進行測試。
那么，波馬克導彈的沖壓發動機具體是什么樣子的呢？
波馬克RJ-43沖壓發動機前部剖開的樣子。
注意看該沖壓發動機的中心錐設計。
當飛行器的速度超過聲速時，飛行器前方來不及躲開的空氣會不斷地堆積壓縮，并最終形成激波。激波的厚度只有幾微米，但是激波前后的空氣性質會發生巨大的變化。德國人以此為靈感發明出了帶中心錐的進氣道，利用一系列斜激波來改善沖壓發動機的進氣環境。
美國的沖壓發動機繼承和發揚了對斜激波的應用技術。波馬克導彈的沖壓發動機巨大的中心錐為燃燒室提供了優質的氣流。
| 制表：小火箭 | 波馬克A | 波馬克B |
| 最大飛行速度 | Mach 2.8 | Mach 3 |
| 最大飛行高度 | 20000 米 | 30000 米 |
| 射程 | 400 千米 | 710 千米 |
波馬克B型經此一改，射程硬生生達到了710千米。嗯，射程超過700千米的一款防空導彈。
而且，她帶的是核彈頭：
上圖為波馬克導彈使用的W40核彈頭。
這枚長81.282厘米，直徑45.721 厘米，重174.63千克的核彈頭，有著1萬噸TNT的爆炸當量（約為廣島原子彈當量的三分之二）。上圖為W40核彈頭爆炸后產生的蘑菇云。W40空爆時，會對轟炸機產生一個殺傷半徑為1.67千米的死亡地帶。
這也就解釋了為什么要把波馬克導彈的射程弄得如此遠的原因：空爆核彈來攔截轟炸機，是一種傷敵一千自損八百的方式。
不過，用了核彈頭，波馬克導彈對制導精度的要求就放得很開了。在710千米處偏離目標不要超過1.67千米就行。
這樣的防空導彈是不能部署在人口稠密地區的。如果彈頭在紐約市中心上空爆炸的話，蘑菇云會覆蓋大半個曼哈頓，22萬人會當場死亡，另外至少會有172.6萬人受到輻射污染。因此，真到了用波馬克的時候，也就是美蘇雙方準備來真的了。
不過，不管怎樣說，波音的工程師們對他們研制的這款長得非常像戰斗機的防空導彈是非常自豪的。有上圖為證：
1955年11月，波音是這么說的：
波音的工程師們跟未來有個約會。
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斗機才能擁有的F字頭的名字（F-99）。而民眾對于這款造型優美的導彈也表現得有些情有獨鐘。你看，連“波馬克小姐”這樣的與導彈來比美的美人都有了。
波馬克，這款在北美地區唯一的一款以沖壓發動機為動力的帶有核彈頭的導彈，是美國空軍的寵兒，也曾被美國時尚界所青睞（這一點可能是當年的飛行器設計師們始料未及的），在冷戰的巔峰時期守衛著北美的天空。
但是，核彈頭真的爆炸起來可不是鬧著玩的，一定得遠離稠密人口才行。那么，波馬克導彈具體是怎樣部署的呢？在冷戰時期，以波馬克導彈項目為代表的整個北美地區的防空設施又是怎樣設計的呢？且看小火箭經典導彈與火箭系列文章第3季的第6篇。
感謝大家對小火箭的支持！
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