未来航天器发射方法新领域:电磁炮能发射火箭和卫星还有航天飞机
电磁发射装置能够用于将各类航天飞行器送入轨道,包括人造地球卫星、载人航天器、空间站以及空间探测器等。根据国外相关研究,这种装置发射的数千克重量的低阻力飞行器(航天器),能够以每秒十公里至十五公里的速度穿过大气层,且不会发生烧蚀现象,同时也不会受到减速和损坏的影响。当炮弹的阻力系数是0.1,炮口速度超过9.5千米每秒,那么它穿过大气层之后,速度能够降到8.8千米每秒,同时可以调整飞行路线,从而维持在地球的轨道运行;倘若使用低阻力炮弹,并以14.8千米每秒的速度发射,那么它穿过大气层之后,速度能达到11.8千米每秒,这个速度足以摆脱太阳系的束缚。使用电磁炮来发射航天器,有以下几方面的好处:
发射费用能够得到削减。发射系统在开始阶段造价高昂,导致初期发射开销较大。电磁炮具备多次发射的潜力,并且发射时几乎只携带有效载荷,无需像运载火箭那样搭载发动机、电源、推进剂等大量非必需部件,因此能够有效减少发射成本。据相关测算,若该装置重复发射两千回,其单次发射的花费甚至可以压缩至火箭发射成本的百分之一。
电磁炮无需遵循能量与体积、重量的严苛约束,它不受化学燃料所能达到的能量上限的束缚,同时多数推进装置不会送入太空,因此无需像化学火箭发动机那样承受质量和体积的严格管控,有利于构造的精简。
具备优异的调控性能和极高的安全标准。电磁炮的射出速率便于掌握,并且因为不采用爆炸性化学物质,故能实现化学推进方式难以企及的精准调控程度和稳固安全性能。
操作起来十分便捷,发射装置多数固定在地面上,无需像化学动力装置那样临时进行燃料加注,而且发射效率很高,在战时能够快速发射小型飞行器、航天器或探测器、拦截装置等,同时使用起来简单,便于支援和维护。电磁炮技术在军事领域,还能应用于飞机上的武器装备,鱼雷的发射装置,声纳浮标的抛射设备,紧急脱险系统的动力装置,船舶的推进动力装置,以及用于研究人类承受能力的载人模拟发射装置等,此外,电磁炮技术在军事上的用途,并不仅仅局限于这些方面。
电磁炮亦可用于抛射放射性核废料,以及清除轨道上的太空垃圾。处理放射性核废料,是个需要重视的问题。当前主要采用的方法包括废料再加工和地下或海底深埋。除此之外,将核废料借助电磁炮发射到太阳系以外的深空,也是一种值得考虑的方案。此外,电磁炮还能为空间站和月球基地运送物资。核心物资涵盖:维持生命活动的饮水、食物和呼吸气体,设备维护约三分之一的备件,日常穿着与医疗卫生物品,科研制造及加工的物料,以及太空行走装备等。电磁发射装置能协助移除环绕地球轨道的废弃物,这些垃圾对空间站的长期运行构成重大风险。
另外,电磁发射装置及其配套的能量供应技术,能够用于太空轨道调整用的推力装置,也能用于石油和煤炭资源探测的振动发生器,还能用于物料粉碎设备、地层钻探工具,此外还可应用于粉末压制成型工艺和金属连接工艺等众多国民经济的行业。关于电磁发射装置的开发,至少包含两个核心环节:开发能够使弹丸高速飞行的推进系统,以及研发能量保持与输送方案。电磁推进设备必须产生强大磁力所需的巨大电流,这种设备所需的能量是以兆焦耳作为计量单位,这种能量估算既表明了对储能单元的基本需求,也是研发过程中必须攻克的关键技术课题。
美国国防部打算首先开展前面提到的各项研究工作。据国防高级研究计划局和陆军研究与发展局公布的信息,1978年至1985年间预计投入2500万美元用于相关研发。关于电磁力质量加速装置的研发情况,通过分析物理数据、已研发装置的信息以及计划试验的内容,可以得出结论,这种装置符合物理学的原理要求。不过,这个装置的开发还处在初始阶段,现阶段无法投入应用。美国目前正致力于研究利用电磁炮发射卫星的技术,同时也在探索将其作为舰载机弹射系统的可行性
除军用外,电磁炮技术还能够民用,主要有如下几个方面:
电磁炮能用作碰撞核聚变研究的动力来源,通过计算机初步测算,这种炮可以将重0.1克的炮弹推进到足以引燃聚变核燃料的极高速度区间,这个速度范围是每秒五十公里到每秒二百公里。有说法称,如果将1克氘推进到每秒一百公里的速度kaiyun全站登录网页入口,然后让它们发生相撞,就能够引发核聚变反应。
电磁炮有助于新型材料的研发。弹丸借助电磁炮的发射撞击挡壁,能形成超高压环境,其压强远超地心压力,达到约360kMPa的水平。这种极端的压强条件,适合用来制造人造金刚石,也能够促进新型陶瓷材料的研发进程。据了解,铅、铁、钨三种金属弹丸的截面积在20平方厘米到30平方厘米之间,当它们以每秒10公里的速度撞击挡板时开元棋官方正版下载,分别能造成300千兆帕到286.4千兆帕、500千兆帕到700千兆帕、1000千兆帕的冲击压力。
电磁炮脉冲功率源可以用作启动电源,据称,磁通压缩型爆炸发电机这类电磁炮脉冲功率源能产生10MMW的超高功率电脉冲,其强度达到全日本峰值发电量的十倍;磁流体动力学型爆炸发电机这类电磁炮脉冲功率源能够制造出10kMW的脉冲功率,并且可以持续工作。若能研发出价格低廉的微型发电装置kaiyun全站网页版登录,该装置可充当众多交通工具和工业机械的启动能源,从而大幅降低常规运行所需的能量,这将为全国节能事业创造突出的经济价值。