电磁弹射火箭,轻舟羽舟开创人类航天新方式,为何雷声大雨点小?

说到我国的运载火箭,大家知道有“长征”系列、“风暴”系列、“开拓者”系列,民用的则有“朱雀”、“捷龙”、“双曲线”、“谷神星”、“智神星”、“新干线”等等,简直太凡尔赛了。除此之外,国家队还有具备很强快速补射能力的“快舟”系列火箭,又比如就在最近,武汉国家航天产业基地就完成了两发“快舟一号”火箭的总装测试,大大增加了它的产能,真的能够像生产火腿肠一样生产火箭了。

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武汉总装的首枚快舟一号运载火箭

不过,今天我们要说的并非“快舟”,而是同出航天科工门下的兄弟:“羽舟”和“轻舟”,它们的概念有点科幻,因为“羽舟”是用地面大型电磁弹射系统发射的电推火箭,而“轻舟”则是利用地面大型电磁弹射系统发射的液体运载火箭。

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美国类似的电磁发射系统

利用电磁弹射系统发射卫星和火箭,这已经不是一个新鲜的事物了,其基本原理是将电能转化为电磁能,然后利用直线电机,将火箭和卫星从速度零,加速到宇宙第一速度。这样的话,就可以省掉火箭的第一级,将成本降到只有传统火箭的1/10。另外,还可以给VIP自定发射窗口,花个50万或者100万,就可以发射一颗自己的微纳卫星玩自拍。

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梦想是要有的,万一实现了呢?

如果它能够变成现实,将完全颠覆目前商业航天的局面,马斯克和SpaceX根本不够看。不过,从2016年提出概念,号称要在2020年完成电磁发射演示系统建设及原理验证试验,如今“羽舟”、“轻舟”似乎皆无动静,难道这两个项目已经“鸽”了?

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美国搞的类似试验

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其实各国都有再搞,但似乎都“鸽”了

其实,电磁发射火箭也存在很大的局限性,首先,只能发射小型航天器,而且由于加速度过大、并存在电磁干扰,对火箭和载荷的防护要求较为严格,这是一个非常复杂的技术难题,甚至可能会让节省下来的成本,再涨上去。

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载荷可能不太大

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真要建的话,放在喜马拉雅山上比较合适

解决之道也不是没有,方法就是降低加速度,让它在人体能够承受的范围之内,可是这样的话,需要的电磁轨道很长很长。以10个G的加速度来算,从0到7.9千米/秒,需要80.6秒的时间,而在这段时间内它要走过的距离是80.6×7900 ÷ 2 = 318370米,也就是318公里,相当于从南京发射,到上海才起飞,无论如何,在地球环境内很难建成这样的电磁发射轨道。

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318公里都能从南京到上海了

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美国人设想的电磁火箭发射中心

另一方面,地球上的空气阻力很大,如果载荷脱离了轨道时还在大气层内,也许没一会儿就降速掉下来了。要解决这个问题,只能把轨道伸展到数十千米的高空,这样一条长300多公里,高几十公里的电磁发射器,仅材料强度问题都无法解决,而如果解决了材料强度问题,还不如“太空电梯”来得更为划算。

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高度可能有几十公里

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这样得发射轨道,可能找不到足够轻足够坚固的地球材料

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美国的设想

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地球上空气阻力太大,不划算

说到底,类似“羽舟”、“轻舟”这样的电磁弹射火箭,并不是为地球环境设计的,它真正的应用舞台是月球。因为月球的引力小,摆脱引力的速度只需要2.4千米/秒,所以计算出来的轨道也要短得多。而且月球上没有空气,无需考虑空气阻力的问题,对材料强度的要求也不会有地球那么高,所以未来真正的电磁弹射发射火箭的场面,应该会大规模出现在月球上。

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它真正的应用舞台,其实是月球

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月球上没有空气,引力小,非常合适

其实对于人类的航天来说,月球就是最好的中转站和航天中心,未来只用将人从地球送到月球,然后再从月球换乘,利用电磁弹射器,向更远的深空进发。

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也许将来的月球基地,不是这样的

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页面更新:2024-03-05

标签:轻舟   航天   电磁   火箭   运载火箭   载荷   加速度   千米   美国   引力   月球   轨道   空气   地球   人类   方式   系统

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