电磁弹射发卫星?

雷达

我去年夏天回国的时候，和几位前同事喝茶聊天时听某人提到这个事，然后就看到有关报道了。看来不是假的。

2015年被认为是“中国商业航天发展元年”，中国放开了民用航天，允许民营公司进入航天，卫星应用，遥感等领域，民用卫星尤其是小卫星的发射和应用领域一片火热景象。

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2016年9月，由中国航天科工集团公司副总经理刘石泉主持的“中国商业航天高峰论坛”上已经指出：
“航天科工以创新思路积极布局商业航天，重点实施飞云、快云、行云、虹云、腾云五大商业航天工程，持续构建快舟、开拓、羽舟、巧舟、轻舟五大系列的运载系统，开发天信系列空间信息应用产品，在“空、临、天”多层次着力构建全域信息网络.......运载系统除了“快舟”系列以外，还有“开拓”系列，今年年底准备发射200千克量级低轨道卫星。还有“羽舟”系列，利用地面大型电磁弹射系统发射电推火箭，计划2020年完成电磁发射演示系统建设及原理验证试验。巧舟”系列，用以发射平流层飞艇，计划2018年提供发射运载服务。“轻舟”系列，利用地面大型电磁弹射系统发射液体运载火箭，计划2020年前，完成电磁发射演示系统建设及原理验证试验。 ”

用电磁弹射器发射火箭？是的，你没看错。
严格意义上说，使用电磁弹射器发射火箭，19世纪末年就已经在科幻小说作家的脑海中成形了。1897年的科幻小说《往金星的旅程》，就出现了一种电子枪，利用大量线圈在适当的时间改变磁性来向太空发射飞船。1950年，被称为二十世纪三大科幻小说家之一的阿瑟•克拉克就撰写论文来设想使用超长距离的电磁弹射轨道来发射火箭。后来美国物理学家杰瑞德•K•欧尼尔对这个设想进行了进一步的完善，并在1976年设计了电磁发射的原型机：质量加速器1号（Mass Driver 1）。中国著名科幻作家刘慈欣则在其小说《地球大炮》中幻想了一种穿透地心，由地球巨大电磁场来驱动的超级太空大炮，可以不使用任何能源，不间断持续向太空发射物体。
　　
不过从现实来说，电磁弹射发射火箭还是近年来逐渐走进工程实践，一方面是人类科技逐渐掌握了电磁发射的相关技术，这主要是通过研制航母电磁弹射器和舰载电磁炮而获得了基础；另一方面是居高不下的传统火箭发射成本阻碍了人类大规模利用航天的脚步。人们迫不及待地想开发新的低成本航天发射载具。太空狂人马斯克的SpaceX公司，仍然是常规化学火箭，只不过是可重复利用，就在航天发射市场引发了重大影响，可见世界对于新航天发射概念的追捧。
因此中国航天科工集团，计划使用电磁弹射器来发射电推火箭和大型液体火箭，实际在创新性上，已经走在了马斯克的前面。
使用电磁弹射器等电磁场来加速物体进行太空发射，基本上分为两类。一类是直接将物体加速到第一宇宙速度，从而发射到太空中。但是专业研究发现，在浓密的大气中，存在巨大的空气阻力，投射的质量越大，阻力就越大，而且还要面临高速摩擦的高热问题。上世纪60年代，美国约翰?霍普金斯大学应用物理学实验室的科学家詹姆斯•鲍威尔设计了一种名为“星际列车”发射系统，为了避免大气的阻力，鲍威尔使用的是真空管道磁悬浮技术。2001年，詹姆斯•鲍威尔正式公布了“星际列车”发射系统的设计方案还申请了专利。当时鲍威尔为该发射系统选定了四个理想地点，分别位于美国、俄罗斯、中国和格陵兰。其中，中国的发射点选在四川的贡嘎山区。
鲍威尔称星际列车的项目，如果从2010年开始建设，投资200亿美元，就能在2020年建设完成第一代太空货运发射系统，投资600亿美元就能在2030年完成载人太空发射系统。鲍威尔预测届时太空发射的费用将从每公斤25000美元降低到43美元，10年能送400万人到太空。但是这一项目至今没有投资。为此鲍威尔还专门写了一篇文章，题目就是“美国将在和中国的太空竞赛中失败”，其中特别提到中国西南大学沈志云院士于2006年提出的“真空管道高速交通”的设想，并认为中国很有可能将领先美国建设新的非火箭太空发射方式。
虽然有专家对直接将物体加速到第一宇宙速度情有独钟，但现实证明在投资和工程实践上存在巨大的困难，因此开始开发第二类电磁发射系统，就是将火箭和飞船等太空载具发射到高速（但远没有达到第一宇宙速度），然后载具在空中点火，逐渐加速进入太空。
　　
例如2010年美国NASA就设想修建3.6公里长的电磁弹射器轨道，将空天飞机以10倍音速的速度弹射到空中，然后飞机启动冲压发动机，将卫星送入轨道后再返回地球，使用喷气式动力降落地面。2006年美国空军的报告称利用磁悬浮等技术加速到10马赫是可行的。中国航天科工集团设想的电磁弹射系统发射电推火箭和大型液体火箭，概念与此类似，但中国的火箭很可能不具备返回能力，但从技术上来说，降低了研发的难度，实现起来最容易。据测算使用这种方法的航天发射成本虽然达不到每公斤43美元的水平，但是也能降到每公斤500美元左右，而目前马斯克的SpaceX公司发射成本为每公斤2700美元，是电磁弹射发射的5倍多。

从技术上来说，中国能够研发航母电磁弹射器，就已经具备了研制航天电磁发射系统的基础。2013年研发中国航母电磁弹射系统的海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室就发表论文指出了电磁弹射系统在航母之外对于火箭发射的意义。当然电磁弹射系统应用于航天发射，和航母用电磁弹射器相比，空间设计更为宽裕，但是加速的指标更高，对能量的需求更大，这就电力调节技术和弹射控制技术提出了更高的要求。
目前航天科工集团还没有公布建立航天发射电磁弹射的地点。从其公布的计划来看，也是将其设定为商业项目，而并没有追求国家投资。实际上，虽然中国航天距离美国还有一定差距，但中国各方面的技术成长非常迅速，因此美国出现了马斯克这样的航天狂人，而中国的私营企业和投资者实际也可以将目光放到中国的军工企业和军队研究机构，这里面有着很多的军民兼容的技术实际上是非常有投资价值的。如果有人能够抓住航天电磁发射的创新点，也许就能够造就中国的spaceX公司。如果中国能够领先美国实现电磁弹射发射火箭，那么将在航天领域占领一个新的制高点。

moletronic

据说mass drive最好的建设地在哈萨克。向东拉1000公里进入新疆，搭到阿尔泰山顶上发射。

关中农民

鬼子们有啥动静吗？按理说他们电磁弹射更成熟先进啊

jellobean

关中农民 发表于 2017-1-31 03:50
鬼子们有啥动静吗？按理说他们电磁弹射更成熟先进啊

不是copy他们的吗

雷达

关中农民 发表于 2017-1-31 03:50
鬼子们有啥动静吗？按理说他们电磁弹射更成熟先进啊

土共正在越来越多的开始做尖端的开创性的科技、应用和工程。
别说鬼子就是我们自己也要逐渐适应这一点。

dopplermaxgamil

关中农民 发表于 2017-1-31 03:50
鬼子们有啥动静吗？按理说他们电磁弹射更成熟先进啊

鬼子是"美“， 还是”日“？

jerf71

太过先进，无法评论
主要还是储能问题吧，但陆地比航母地方大得多，储能设备可以放更多。

看客

太震撼了！

nettman

预祝科幻早日变成现实

njyd

我看在现有技术条件下这就是个忽悠。
全电磁的话这真空管道要建多高才能避免空气摩擦？至少一两万米吧？这是高度不是长度。而且抽真空得加个盖子，这盖子得在卫星出管前打开，打开盖子空气就会大量涌入阻挡卫星。
带燃料的火箭需要轻量化，现在轻量的材料都是非电磁物质，轻薄的壳子也不可能通过大电流，占火箭重量大头的燃料和氧化剂也不是电磁物质。磁场不能推动，要么改用电磁性的，壳体用铁或加厚让它能通过大电流？燃料和氧化剂能有电磁性的吗？要么加个电磁性的容器来推进火箭？这得有相当的重量，而且对发射需求来说这是死重。

雷达

njyd 发表于 2017-2-2 01:11
我看在现有技术条件下这就是个忽悠。
全电磁的话这真空管道要建多高才能避免空气摩擦？至少一两万米吧？这 ...

能用电磁弹射飞机，就可以弹射火箭啊。飞机上也有燃料，甚至还有人。

一瞬无尽

关中农民 发表于 2017-1-31 03:50
鬼子们有啥动静吗？按理说他们电磁弹射更成熟先进啊

你是没看国内对马伟明的宣传，他的研究结果号称国际领先的
按他的说法，化学能过时了，电磁炮未来10年就能实战化

MD的那个有炮无弹的电磁炮相比起来弱爆了

我是一直在等电磁弹射出来再说，他的奖项拿得可够多了

njyd

雷达 发表于 2017-2-2 01:48
能用电磁弹射飞机，就可以弹射火箭啊。飞机上也有燃料，甚至还有人。

电磁弹射飞机，也不是电磁力直接推动飞机，它下面有个由线圈或磁钢做成的滑块，固定线圈的电磁力推动滑块，再由滑块拖动飞机。
要能产生足够的力这个滑块的磁场就得相当地强，那么重量也就不会小，估计比蒸汽弹射的活塞要重。
最要命的是离轨（弹射轨道）速度，至少得有卫星速度的五分之一才有实用意义吧？那么弹射火箭的离轨速度要秒一千五百多米，再少点十分之一也得每秒780米，弹射飞机只要每秒八十多米就够了。
按十分之一算，4G的加速度，发射无人火箭就算10G吧，轨道长度超过三千米。离轨速度小时两千八百米，轨道终端得设在五千到一万米高空才能使空气摩擦影响较小。
加速度越大，电磁弹射需要的滑块重量也越大。
现在地面发射卫星，火箭的平均加速度4G不到点，如果是有人飞船最大加速度要小于4G.

pcb

第一宇宙速度 7.9km/s