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文|文渊笔记

编辑 |文渊笔记

·引言

2023年7月4日，一项来自中国的发明专利申请公告出现在了国家知识产权局专利公布公告之中，这项专利的名称十分吸睛，为：一种在临近空间电磁发射卫星的系统和方法。

这样的名称吸引眼球的同时也充满神秘感，让人们不禁心生疑惑：什么叫临近空间？电磁发射卫星又是什么技术？

除了名称吸引人之外，该项专利发明的背后实际上隐藏着巨大的技术秘密，它不仅是中国范围内，在卫星发射领域的新突破，更在全球范围内成为首创，而该项专利发明的创作者马伟明，又一次代表中国，在世界卫星发射领域内再立新功！

·发射系统的具体介绍

“一种在临近空间电磁发射卫星的系统和方法”，该专利名称乍一听让人心生许多困惑，对于未接触过科学知识，不曾从事科学技术研究的普通人来说，要想理解这个专利的具体作用，了解这个专利之于中国乃至之于世界究竟有何作用，我们首先要深入了解什么是卫星发射系统。

上述专利中提到的卫星发射系统实际上包括了三大重要组成部分，分别是飞艇系统、电磁发射系统以及卫星系统。

而这三大组成部分的顺利运作又分别需要依靠许多小系统共同的运动。

例如，为了保障卫星系统与电磁发射系统的顺利运行，系统还需要安装大型气囊及支撑大型气囊安全运作的结构系统、以柔性薄膜太阳电池阵以及有关储能设备为依靠的能源系统、气动舵面及控制飞行有关的系统、方便有关人员进行控制与管理的任务管理系统以及电动螺旋桨推进系统。

除了构成卫星发射系统的基本系统组成之外，我们还应当了解各个组成部分之间的运作关系，即它们之间是如何支撑彼此顺利运行，是如何相互配合、相互合作的。

电磁发射系统主要包括发射控制系统、直线电机驱动系统以及直线加速轨道系统这三大系统，从这三大系统来看，我们不难发现，电磁发射系统的主要功能是为发射的卫星提供其顺利进入低地球轨道空间所需的一定的速度。

从位置上看，电磁发射系统主要位于飞艇系统下方，从功能上看，卫星系统的作用是成为电磁发射系统的微小型航天器系统。

三大系统之间相互配合、相互作用，成为彼此顺利运行与正常运转的重要依靠。三大系统之间的和谐统一为整个电磁卫星发射系统的正常运转提供了基础保障与先决条件。

在了解了发射系统之后，我们略懂了些电磁卫星发射系统工作的原理，接下来，我们就要进入电磁卫星发射系统的发射过程，从其具体的发射过程中了解到该项专利发明的突破性何在，创新性何在，伟大性何在。

·发射过程的具体介绍

该项电磁卫星发射系统的发射过程主要包括了三个重要步骤，其具体内容如下：

专门在平流层飞行的飞艇应首先携带惰性气体，从而帮助电磁发射系统与卫星达到上升到30千米高度的目的。

同时平流层飞艇在电磁发射系统以及卫星以及成功上升到30千米高空后，应当迅速抓住时机，利用飞艇自带的螺旋桨，帮助电磁发射系统以及卫星稳定好其主要姿态，从而保证卫星发射轨道被精准调整到入轨倾角，以及保证其被固定在该规定的入轨倾角之中，无法随意变轨。

由于第二项具体过程的条件限制，因此，电磁发射技术只能发射发射点纬度小于发射倾角的卫星，而无法发射发射点纬度大于发射倾角的卫星。

在帮助电磁发射系统以及卫星稳定好具体的发射倾角与发射角度之后，电磁发射系统将启动最终的系统功能，即将其自身携带的卫星发射进入其规定好的近地轨道，一般，在此时，卫星的发射轨道只有短短100米的长度。

在这样短的距离内，如何精准把握时机，如何精准定位，对电磁发射技术提出了较高的要求。

于是同样，由于第三项具体过程的条件限制，因此，电磁发射技术只能发射总重量不能超过10千克的、微小的纳卫星，以方便电磁发射系统能够灵活、敏捷地将卫星射入其既定轨道，而不被重量过大的卫星的反作用所影响。

在这里值得一提的是，这种不超过10千克重量的、微小的纳卫星，实际上只能作为低轨卫星，作临时发射卫星使用，而不能成为长期使用的民用或军用级卫星。

因为，一旦卫星的近地距离超过200千米，则在该近地轨道中运转的纳卫星的运转寿命较之大型卫星来说将大幅缩短，平均寿命几乎只有十几天。

当然，如果将纳卫星作为战时物资使用，则其可以以低成本与高效率，为战事的胜利起到重要的作用。

由于纳卫星体积较小，重量较轻，因此其发射的操作过程也十分便利和快捷，它拥有可以快速发射、迅速获取所需的信息的重要作用，因此同时，纳卫星还可以用来当作采用遥感技术的重要工具之一。

在军事上，它可以用来侦察敌情，在农业上它可以用来评估农作物的生长态势乃至在农田起灾后评估农作物的毁伤程度，在救灾上，它可以用来作为灾后快速建立灾区信息联系的重要工具。

当然，由于纳卫星的体积小，重量小，其的能量储存是一大重要问题，纳卫星不适用于传统的卫星式的内载的锂电池，也不适用于新兴的新能源，即太阳能电池，因此，纳卫星的寿命往往较短，只能坚持在其既定轨道上运作至多十几天。

电磁发射技术除了对其搭载卫星的体积与重量有着严格的要求与限制之外，它还对发射速度有着严格的控制，专利中称：电磁发射系统发射卫星的初始速度应为8千米/秒。

那么为什么电磁发射技术对其发射的速度应控制在8千米/秒这么精准的数字之内呢？

原因是第一宇宙速度为7.9千米/秒，而由于在卫星发射上升的过程中，其会因为摩擦力及重力等作用力的影响，遭到大气层的减速。

而发射高度平均有30至40千米左右，因此在卫星初步发射后，它还需要搭载一级火箭为其增加推进的动力，以避免卫星受到大气层削弱后的速度不够支撑其入轨。

由此可知，电磁发射系统最终搭载的应当是一颗重达10千克左右的纳卫星，以及一个将近100千克级的一级火箭，总共重约110千克。

但是，以上数据仅为电磁发射系统应当携带的净重量，考虑到电能等因素，它的载荷总重量还会更大。

如果以电磁发射系统的发射总质量为100、发射速度为8千米/秒计算，其最终产生的能量将为3.2e+9J左右，将该能量换算成电能，则是大约888.9千瓦·时。

我们再来计算一下发射888.9度电所需的电池量，以当前电动汽车使用的普通的车用电池来看，100度电的电池几乎重588千克，因此，889度电应当使用重大约5.23吨的电池。

由于电能在发射的过程中会受到损耗与削弱，发射效率也不会与假设中的完全一样，考虑到发射效率与充电效率，电磁发射系统最终的载荷总重量将达到12吨以上。

除了发射效率、充电效率以及电池需要的考虑之外，我们还应当考虑到控制系统、飞艇系统等各大系统自身的重量以及瞬间发射卫星所需的大量电容，考虑到这些之后，我们发现，整个发射系统的重量将达到20甚至30吨。

因此，我们上述提到的在平流层飞行的飞艇，其载荷应当满足至少30吨重的需求，且30吨仅仅是在假设中考虑到的基本需求，实际发射中还会更大。

除了平流层飞艇载荷需要的满足之外，如何让纳卫星在短短100米的飞行轨道上就将初速度加速到8千米/秒，对于技术研究人员来说也是一大重大的挑战。

因此，我国该专利的成功申请对于中国航天技术来说是一项非常重大的突破，对于中国航天科技的发展乃至世界航天技术事业的发展有着重要的历史意义。

同时，在技术发展的同时，它又在无形之中提高了中国航天在世界领域的地位，增加了中国在世界航天科技领域的话语权，对中国国际地位的提高起到了重要的作用。

·中国的电磁发射技术

中国的电磁发射技术发展至今已经相当成熟，除了发射卫星之外，中国还可以将电磁发射技术运用在各个方面，包括军事、民用等各大领域。

例如，中国可以利用电磁发射技术中的电磁炮来消灭火灾，可以运用电磁雪橇来测试陆地加速度，可以运用电磁技术进行撞击测试以及实验，甚至可以将电磁运用在防暴枪等大型杀伤性武器的使用中。

中国科学家们对电磁技术的使用已经相当熟练，对电磁技术的研究也已经非常透彻。

除了7月4日申请的有关电磁发射系统的专利之外，马伟明还在电磁发射导弹领域有着深入的研究，并提出了一系列可行性成果，他为我国的电磁发射体系的建立与完善作出了重大的贡献。

从世界范围内来看，中美两国均在电磁发射技术之中有着深入的研究，并有着众多中美科学家提出了相关的见解与发明。

从实际运用来看，电磁弹射技术、电磁炮以及电磁枪等都是电磁发射技术领域的一个重要组成部分之一，尤其在电磁炮的运用领域，中国是截至目前，世界上唯一一个，将电磁炮进行海上试验的国家。

结语

无论是电磁发射技术，还是卫星制造技术，或是航天航空技术，对于当前的强大中国而言，在众多的爱国科学家夜以继日的研究与实践中，这些技术都取得着日新月异般快速变化的成就。

在二十一世纪的今天，从全球视野来看，各个大国都将目光投射到了航天航空领域。航天科技的发展为各个国家取得了珍贵的战略优势。

可以这么说，在未来的世界，谁先取得航天航空领导权，谁就将获得伙计地位与国际话语权。而中国有着马伟明等伟大的爱国科学家，中国的航天事业也将始终蒸蒸日上。