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舰载机可以电磁弹射起飞,卫星、飞船能用电磁
舰载机可以电磁弹射起飞,卫星、飞船能用电磁弹射取代火箭发射?

电磁弹射飞行器实验

利用电磁弹射技术发射火箭和宇宙飞船是近些年来的一个热门科学话题,这个技术确实有着不小的潜力,可能会成为未来的一个大的发展趋势,但就目前来看想要达到具有实用价值的程度还有一定的难度。

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传统火箭发射危险系数高,燃烧会释放毒气

电磁弹射确实拥有很多传统火箭技术无法比拟的优势

众所周知,发射一次火箭需要耗费极大的资金,而且火箭往往只能使用一次,这造成了很大的浪费。虽然当下马斯克正在使用的可回收火箭大大降低了火箭商用的成本,但是电磁弹射轨道只要建成就可以无限重复发射。并且电磁弹射不需要通过化学反应产生推动力,而是直接通过电磁的作用力进行发射。相对于火箭发射而言,电磁弹射的稳定、清洁、有效、经济、安全、力道容易控制等特点,安全系数也要高上不少,这些都是普通的火箭发射技术所不具备的。


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电磁动能武器

理想很美好,现实很残酷

 

目前各国的研究都没有取得突破性进展,只有中美两国在电磁弹射的军事领域取得了一定的成就,航天领域的研究依旧还处于探索阶段。

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美国在两栖舰上测试电磁炮

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舰上测试

想利用电磁弹射技术发射飞船就意味着要在飞船脱离轨道时把速度加快到第一宇宙速度,也就是得加速到7.89KM/S才足以脱离地球引力束缚。现在航母上的百米级电磁弹射器能使30吨左右的飞机达70M/S的起飞速度,但要将同样重量的飞船弹射到第一宇宙速度,需要建立多长的电磁轨道?换算下来所需要的电磁轨道的长度是惊人的,所以成本也同样惊人的高。可能有的人会想着用更大的电磁力来代替电磁轨道长度,但这样需要耗费的电力一样是惊人的。2010年美国曾设想过建立一条3公里长的电磁轨道将运载器以十倍音速弹射出去,就是这样一次弹射所需要的电量就够一座小城镇使用很久了。

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电磁动能耗电量巨大

即便我们不顾成本直接把这条电磁弹射轨道建设出来了还会面临一些其他棘手的问题。

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探测器那一承受如此大的加速度过载

电磁弹射是一次性加速,而不是像火箭发射那样分级推进多次加速,以此加速就把飞船送入指定轨道的和难度可想而知。短时间内飞船加到这么快速度对飞船的整体结构要求也极高,以人类现在的技术手段很难造出强度这么大的火箭或飞船。另一方面,想要载人加速度需要控制在10G左右还不能长时间加速,否则人体根本吃不消,如果是载货的话最多也就是30G左右了,再高一般的货物也吃不消。而且太空飞船在脱离地球引力的过程中需要承受巨大的空气摩擦力,空气的浓度越靠近地表越浓厚,飞船一上来就这么大的加速度,它所需承受的温度足以使其直接焚毁,所以还需要考虑如何解决摩擦力带来的高温问题。现在的火箭也都是缓缓加速,等到了高空之后空气变得稀薄才加速到脱离引力的速度,如果一开始就这么快的速度,火箭也不可能发射成功。


未来充满无限的可能,电磁弹射并非完全不可行

正是因为现阶段建设电磁弹射所需的建设成本巨大、技术也还不够成熟,所以相比而言还是火箭发射的成本更低,这也是各国现在普遍采用火箭发射而非电磁发射的一个主要原因,毕竟火箭技术发展了几十年已经非常成熟。

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欧洲大火箭

这绝不等于电磁弹射技术是不可行的。电磁弹射技术目前所遇到的主要问题之一还是空气阻力,曾有人提议找一座海拔较高的山峰,直接依托山体本身建立电磁轨道,具体做法就是直接在山体中挖一条垂直的隧道,在隧道里铺设一条真空管道,然后将电磁管道铺设在真空管道里。这样做不仅解决了空气阻力的问题还解决了,还顺带解决了发射高度的问题,一举两得。但这个方法成本太高,代价太大,所以现在最接近实际应用的一种方案就是用电磁弹射代替第一级火箭,在飞船达到一定高度之后在通过二级火箭进入不同的预定轨道。

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可回收的一级火箭

综上所述,利用电磁弹射技术实现太空飞船的发射是有可能的,而且这种技术在月球这种真空环境下会有比地球更大的应用前景。尽管当下有很多的技术问题,但是古人不也没想到我们如今能够登陆月球吗。早前《国防科技工业》中就曾透露我国未来“轻舟”、“巧舟”等运载火箭将会利用地面大型电磁弹射系统发射。由此可见我国在这方面已经开始发力,未来究竟如何,让我们拭目以待吧!