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《那些古怪又让人忧心的问题》机枪飞行背包 MACHINE-GUN JETPACK

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Q.用一挺向下射击的机枪能做出一个飞行背包吗?

——罗布·B


A.我很惊讶地发现,答案是肯定的!不过要真的想把它做出来,你还得去向俄国人讨教一下。

这东西的原理相当简单:如果你朝前方开枪,枪的后坐力会把你往后推。因而如果你向下开枪,那么后坐力就会把你往天上推。

那么我们要弄清楚的第一个问题是:枪产生的后坐力能够抵消自己的重量吗?如果一把机枪重5千克,但只能产生折合4千克的后坐力,那么它就没办法把自己推离地面,更不用说再算上开枪的人了。

在工程领域里,一个飞船的推力和自身重力的比值被称为推重比。如果这个比值小于1,那么飞船就飞不起来。“土星五号”在起飞时的推重比约为1.5。

虽然我在南方长大,但对于枪支却不怎么了解,因而为了回答这个问题,我找了一个在得克萨斯的熟人帮忙。1

警告:请你千万不要在家里尝试这么做!

通过测试我发现AK-47步枪的推重比在2左右,换言之,如果你把枪口立在地上,然后拿胶带把扳机缠住,那么整支枪就能飞起来。

但并不是所有机枪都有大于1的推重比,比如M60机枪的后坐力大概就不足以把它自己推离地面。

火箭(或射击中的机枪)所能产生的推力取决于:(1)它能向后抛射出多少质量;(2)抛射出东西的速度有多快。推力等于这两个量的乘积。

推力=抛射质量的效率×抛射物的速度

如果AK-47能在一秒内以715米/秒的速度射出10发8克的子弹,那么产生的推力为:

10子弹/秒×8克/子弹×715米/秒=57.2牛≈6千克重力

而一把AK-47装满子弹的重量也不到5千克,因而它能够飞起来并向上加速。

在实际情况中,产生的推力还会比计算值大30%左右。原因在于枪口发射出来的不只是子弹,还有炽热的气体和炸药碎片。这些额外推力的大小取决于枪支和弹药的种类。

整体的推进效率还取决于弹壳是不是也随着子弹发射一起抛出去了。我问我那位得克萨斯的哥们儿能不能帮我称一下弹壳的重量,当我发现他家里似乎没有秤之后,我善意地提醒他,以他家里的军火库规模,去找一个家里有秤的人就好了。2

那么对我们的飞行背包来说这意味着什么呢?

意味着AK-47能够腾空而起,但它的运载力不足,最多能再带一只松鼠。

我们可以试试把许多把枪拼在一起。如果我们拿两把枪朝地面开枪,那么就会有2倍的推力。如果每把枪除了自身重力之外还能额外运载2千克的东西,那么2把枪就能带动一个4千克的东西。

都说到这份儿上了,你也肯定已经知道接下来我们要干什么了:

你今天去不了太空

如果我们能把足够多的步枪绑在一起,那么搭载的那个人的重量就无关紧要了,因为他的体重已经分散到大量的枪身上去了。随着步枪数量的增加,由于这个装置本质上还是许多独立的步枪的并联,因而整体的推重比会渐渐趋近于一把不搭载负载的枪的推重比。

但还有一个问题:弹药数量。

一把AK-47步枪只能装弹30发,以每秒10发的速度来算,这把枪只能提供3秒的加速度。

我们可以通过携带更多的弹药来克服这一缺点,但是这个方法有一个上限。你会发现当你携带超过250发子弹后,再继续增加子弹数将不会再给你带来任何好处,原因在于火箭科学中一个基础却重要的问题:燃料会增加你的重量。

每枚弹丸质量8克,整颗子弹(弹丸、弹壳、火药、底火……加起来)质量超过16克。如果你携带超过250发的弹药,那么你的AK-47就会因过重而无法飞起来。

这意味着最佳配置是一大把(至少25把,最好超过300把)各携带250枚弹药的AK-47步枪,这个配置能让你的飞船加速至接近每秒100米的速度,你能飞上500多米的高空。

所以至此,罗布的问题已经有了答案。只要你有足够多的机枪,你是能够飞起来的。

但我们的AK-47步枪显然不是制作飞行背包的理想武器,能不能再给力一点儿?

我的朋友推荐了其他一些机枪,我也一一进行了计算。有些表现很好,比如重机枪MG-42,它的推重比要比AK-47更高一些。

接下来就轮到大家伙了。

GAU-8复仇者多管机炮能在1秒内射出60枚0.5千克的炮弹,它产生的后坐力将近5吨。这个后坐力是相当恐怖的,因为搭载它的A-10雷电攻击机的2个引擎每台只能产生4吨的推力。如果你在A-10上装上2台机炮,油门全开并同时向前开火,那么机炮会赢过引擎,飞机将会向后加速。

换个角度,如果我把GAU-8装在我的车上,车子挂空挡停着,然后开始向后开火,那么我会在3秒之内超过美国州际公路的速度限制(约110千米/小时)。

“其实我更想知道你要怎么把我拦下来。”

虽然这炮拿来做阵列火箭引擎会很不错,但俄罗斯人还有更好的东西。格里亚泽夫-希普诺夫GSh-6-30加特林机炮的重量只有GAU-8的一半,但射速更高,它的推重比接近40。这意味着如果你朝地面开火的话,除了会有一股急速膨胀的致命金属碎片云,你还会以将近40倍重力加速度腾空而起。

GSh-6-30的后坐力过于恐怖,即使是牢固地安装在飞机上,后坐力产生的加速度仍然是个很大的问题。

后坐力……仍然容易对飞机造成损伤,即使把射速降低到每分钟4000发也没有多大改观。在开火之后着陆灯几乎每次都被毁了……连续发射超过30发就会因过热而发生故障……

——格雷格·戈贝尔,airvectors.net

但是如果你设法把人类乘客安置好,建造出一个强度足够承受这么大加速度的飞船,把GSh-6-30包裹在气动外壳里,然后确保它能妥善地冷却……

……那么你就能飞越重山啦。

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1.从他堆在家里用来给我测试的弹药数量来看,得克萨斯很明显已经变成某种程度上的“疯狂的麦克斯”式的后末日战争区了。

2.最好是家里没这么多军火的。