把土星5號火箭發(fā)動機裝在航母后面，啟動后，航母能飆到多少速度？ _航母

這是一個讓人腦洞大開的問題，一般人是想不到了，那既然作者問了，我秉承著科學至上的精神給您解答。

【把土星5號火箭發(fā)動機裝在航母后面，啟動后，航母能飆到多少速度？】首先我們要知道土星5號發(fā)動機的性能，它高5.64米，噴口直徑3.71米，每秒鐘可以燃燒1790千克液氧和788千克煤油，可謂是一個燒油巨獸。第一級總重2290噸，光燃料就占了2160噸，發(fā)動機工作165秒，產生的總推力為3510噸。從數(shù)據上我們可以假設，土星5號一級共裝了2160噸燃燒，而發(fā)動機只用了165秒就把它們全部燒光。而這時火箭進入大氣層，距離地面20公里，速度達第一宇宙速度每秒11.2千米。

我們把這些參數(shù)整合到航母中，大家都知道，航母要比土星五號大多了。以尼米茲級核動力航母為例，它排水量力10萬噸，雖然很大，但它上面可是寸土寸金的地方，去掉所有鋼鐵重量，假設它里面可以裝2萬噸火箭燃料。這樣當裝在它屁股后面的土星五號發(fā)動機點火時可以工作1500秒，可是因為航母在水里面的阻力要比空氣中高大概800倍。火箭速度除以水中的阻力可以得出航母的速度。

所以，根據我換算得出，當燃料燒完時，航母的速度能達到每秒鐘125米左右。以上純屬推算，不嚴謹處還請見諒。

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這可真是一個腦洞足夠大的設想，在解答這個問題之前我們先來比較一下火箭發(fā)動機與航母發(fā)動機的動力：

土星5火箭發(fā)動機的推力為34020千牛；航母發(fā)動機最大輸出馬力260000匹（尼米茲級航空母艦）。

下面我們開始以馬力為單位來換算：根據一千牛=1.36馬力，34020×1.36=46267.2匹，260000-46267.2=213732.8匹。

根據計算得出了這樣的結論：當我們把土星5火箭發(fā)動機的推力換算成馬力以后，得到了火箭發(fā)動機的輸出功率約為46267.2馬力的結果，它與航空母艦發(fā)動機的輸出功率存在著213732.8馬力的差距。

這就意味著火箭發(fā)動機的動力輸出只相當于航空母艦發(fā)動機最大輸出功率的17.7%，這是什么概念呢？

假設航空母艦在無風或微風海域中放飛艦載機時，需要將發(fā)動機功率提高到100%，即260000馬力的情況下才能驅動航母達到30節(jié)的放飛艦載機航速。

下圖為土星5火箭巨大的發(fā)動機噴口，它能夠將載荷在600秒以內加速至接近7900米/秒的第一宇宙速度，可以說是人類有史以來推力最大的火箭。

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那么17.7%的動力只能驅動航空母艦航速達到5.31節(jié)，相當于9.6公里/小時，這個航速不要說放飛艦載機了，連最起碼的經濟巡航速度都達不到。

可見土星5火箭發(fā)動機雖然推力巨大，但是卻不具備驅動航空母艦高速航行的條件。

再者，星5火箭發(fā)動機在滿載2300噸燃料的情況下比沖只有約640秒，也就是說把星5火箭發(fā)動機安裝在航空母艦上，能以5.31節(jié)的航速持續(xù)推動航空母艦航行421秒！這就是把土星5火箭發(fā)動機安裝在航空母艦上得到結果。

那么問題就來了：為什么土星5火箭發(fā)動機巨大的推力能將火箭加速到7.9公里/秒的第一宇宙速度，卻無法驅動航空母艦高速航行呢？

我們再用一組數(shù)據來進行對比：土星5火箭的最大起飛重量約為3000噸；航空母艦最大排水量為9.1萬噸（“尼米茲”級CVN-68-70型）。

很顯然，一款用來驅動3000噸火箭飛行到第一宇宙速度的發(fā)動機是無法驅動近10萬噸航空母艦進行高速航行的，因此安裝在航空母艦上的土星5火箭發(fā)動機只能推動其進行10多分鐘的低航速運動，所謂“飆”是萬萬談不上的。

下圖為美國海軍裝備的尼米茲級核動力航空母艦，滿載排水量超過了90000噸。土星5火箭發(fā)動機雖然推力巨大，但是不足以驅動航空母艦“飆”起來。

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那么新問題就來了：如果一定要用火箭發(fā)動機來驅動航空母艦，需要多少個土星5火箭發(fā)動機才能讓其“飆”起來呢？

假設航母“飆起來”的標準就是30節(jié)的艦載機放飛航行速度，那么260000馬力就需要大約5.6個土星5火箭發(fā)動機同時工作！

需要特別說明的是，即便如此之多的土星5火箭發(fā)動機安裝在航空母艦上，也只能維持10多分鐘的30節(jié)航速，按照平均放飛一架艦載機耗時2.5分鐘來計算，在這段時間里僅能放飛4架艦載機。

如果想要把一個中隊12架艦載機全部放飛，所有的土星5火箭發(fā)動機需要同時工作1800秒，那么每臺火箭發(fā)動機需要額外增加2.8倍的燃料，而航空母艦一共需要為它們搭載36064噸燃料。

做為一艘9萬噸級的核動力航空母艦，有效載荷僅為18000萬噸，為了半個小時30節(jié)“飆起來”的航速，竟然需要搭載30000多噸的火箭發(fā)動機燃料，可見為航空母艦安裝火箭發(fā)動機真的沒有任何實用價值。

下圖為正在彈射起飛艦載機的航空母艦，在放飛艦載機時，航空母艦需要加速至30節(jié)以上的高航速，為艦載機成功彈射升空創(chuàng)造強勁的甲板風。如果用土星5火箭發(fā)動機來驅動航空母艦達到30節(jié)，那就需要很多個土星5火箭。

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土星五號作為迄今為止推力最強的運載火箭，其不光能夠將超過110噸的航天器送往距離地面200*350公里的近地軌道，也能將全重達到48噸的阿波羅登月飛船送往近地點420公里遠地點6.6萬公里的地月轉移軌道。所以發(fā)展土星五號這種超重型運載火箭早已成為人類順利登月返回的安全保障。當然為了實現(xiàn)這么強的發(fā)射載荷，土星五號超重型運載火箭的起飛推力高達3408噸。

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1噸推力大概相當于889馬力，那么3408噸的起飛推力換算成馬力的話，大概是303萬馬力。當前全球范圍內最強的航母就是美國現(xiàn)役的福特號航母了，其裝備的兩臺A1B核反應堆總計可以產生28萬馬力，其中23萬馬力可以使?jié)M載排水量達到10萬噸的核動力航母達到32節(jié)以上的航速。那么土星五號裝備的五臺F15液體火箭發(fā)動機產生的303萬馬力，差不多是福特號航母裝備的兩臺A1B核反應堆總輸出馬力的10.8倍。是不是意味著土星五號的起飛推力能夠推動比福特號10萬噸航母大10倍——滿載排水量高達100萬噸的航母也達到32節(jié)的高航速呢？

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實際并不是這樣的，軍艦在水中高速航行會受到水的航行流體阻力、興波阻力、粘滯阻力等多種水阻力因素影響，同時因為軍艦的艦型不同、吃水深度不同所需要的總推力也是不一樣的，比如滿載排水量高達10萬噸的福特級核動力航母只需要28萬馬力即可達到32節(jié)的航速，而滿載排水量不到一萬噸的伯克2A級導彈驅逐艦卻需要10萬馬力才能達到32節(jié)的航速要求。

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這是因為船舶在水中高速航行時主要受到的阻力就是興波阻力和水阻粘滯阻力了，比如船舶在水中運動時產生的興波波長與船只水線長度相當，低速航行時，興波傳播速度遠大于航速，能量迅速消散，波高很低，船舶總阻力由以摩擦阻力為代表的粘滯阻力主導，隨著航速提高，興波阻力逐步增大，中等航速時與摩擦阻力平飛秋色。中低速航行時，阻力與航速的 2 次方成正比，推進功率因此與航速的 3 次方成正比。反之高速航行時，船速接近興波傳播速度時，船首產生的興波無法及時消散，能量不斷疊加，波高迅速增大，興波阻力主要阻力不斷累積并成航速的 4 次方增長，此時軍艦的推進功率消耗于大概是航速的五倍速度增長。簡單來說的話就是，船體的長度越長軍艦的航行阻力反而越小，這也就是滿載排水量高達10萬噸、但是長度超過330米的尼米茲級核動力航母只需要28萬馬力既能達到32節(jié)航速，而滿載排水量不到一萬噸、同時艦體長度不到150米的伯克2A級導彈驅逐艦卻需要10萬馬力才能達到32節(jié)航速的要求。

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這樣算下來的話，土星五號產生的303萬馬力實際上只能夠推動滿載排水量25萬噸的航母達到32節(jié)的航速要求，至于為什么不是100萬噸的航母達到32節(jié)的航速也是有原因的。因為隨著軍艦的滿載排水量增加后吃水深度也在不斷增加，繼而增加了軍艦的興波阻力、粘滯阻力和流體阻力，特別是興波阻力是成4次方增長的，而且軍艦滿載排水量增加后，為了保證艦艇結構強度達標，還需要額外對軍艦的艦體結構進行加強處理。

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所以總結而言，土星五號雖然能夠將118噸的航天器送到200千米以上的近地軌道太空中去，但是放在航母身上上的話，卻只能推動滿載排水量達到25萬噸的航母達到32節(jié)的標注航速，如果放在現(xiàn)役10萬噸的航母后面的話，航母只有一個結局——不是被超大推力給擠碎的，而是被強大的海水阻力給壓碎的。