自从1957年前苏联发射第一颗人造卫星“东方一号”以来,62年间宿世界列国标的目的太空发射了数以千计的各类航天器,到今朝为止环绕着地球轨道运行的卫星数目跨越2600颗,而这些航天器无一破例都是由火箭发射的。
长征五号发射升空
有没有一种便利快捷又廉价的发射体例,可以将更多的卫星奉上太空,去摸索浩瀚宇宙,又能办事于人们的出产和糊口呢?很多报酬此薅光了头发,想破了脑壳。
跟着电磁推进手艺的日渐当作熟,它越来越快地走入我们的视野。
电磁推进是个好本家儿意
1917年,法国发现家安德烈(一串很长的名字)最早提出电磁大炮的概念,他建造了一个小模子,后来因为一战抛却了;二战时,德国人起头对电磁炮感乐趣,他们做了更具体的研究,后来德国战败了;1980年起头,美国弹道研究尝试室起头研发电磁炮,其它几个国度也跟进研究,尽管距离适用化还很远,但大师都取得了不小的进展。我们国度在电磁炮的研究方面属于第一梯队,而且率先将电磁炮安装到一艘登岸舰上拉去海上打靶。
我们的电磁炮
电磁推进手艺在军事范畴的应用还表现在航空母舰上,今朝美国已经在福特级航母上安装了电磁弹射器。我们的电弹航母尽管还没造出来,但陆地尝试进展很顺遂。
磁悬浮列车其适用的也是电磁推进,它可以实现600公里以上的时速,将来的前景一片光亮。
于是有伴侣说,我们可不成以造一个庞大的电磁炮,用它来发射卫星上天呢?若是能用这种廉价又环保的体例代替昂贵的运载火箭,岂不美哉!
电磁炮发射试验
电磁炮真能将卫星奉上天吗?有哪些障碍需要降服?
您别说,用电磁炮发射卫星,麻烦还真不少。
麻烦一:不成承受的过载
一个物体从静止达到必然的速度,它速度相对于时候的转变率就是加快度。物体都是有质量的,加快度的值越大,施加在物体上的惯性力就越大。一般来说,我们用地球上的重力加快度(g = 9.8m/s?)来权衡加快度的大小,若是您的速度转变率为19.6m/s?,我们就说您承受了2个g的过载。
人体能承受的加快度是有限的,当达到4个g时,很多人都受不了了;一个颠末严酷练习的飞翔员可以承受9~10个g过载,当然这是短时候的加快。
飞翔员时常要承受几个g的过载
同样的,电子产物是由很多电子元器件构成,它们能承受更高一些的过载,但这同样也有一个极限。若是您把一台电子设备放到高速离心计心情里甩一甩,它可能会散架,更别说昂贵又娇气的人造卫星了。
电磁炮的加快度能达到多大呢?我们来举个例子计较一下:
假设我们扶植一条4千米长的电磁弹射轨道,为便利计较它是程度的;地球概况的逃逸速度约为7.9km/s,在不考虑空气阻力的环境下我们至少需要将卫星平均加快到8000m/s。卫星在加快的过程中将承受几多个g过载?
加快度计较涉及两个公式:
s = (1/2)at?
v = at
公式中t为时候,a为加快度,t为时候,s为距离,v是末速度(假设初速度为0)。
已知末速度v = 8000m/s,距离s = 4000m。
卫星在轨道上加快的时候 t = 2s/v = 2 × 4000 ÷ 8000 = 1 (s)
卫星在轨道上平均加快度 a = v/t = 8000 ÷ 1 = 8000 (m/s?)
也就是说卫星需要承受约900个g的过载!
现实上,为了发射卫星我们扶植的轨道需如果垂直或倾斜的,这意味着轨道更短,为了降服空气阻力的影响我们需要让卫星的速度更快,卫星需要降服的过载要大得多。
卫星是一种娇贵的电子设备
没有一颗卫星能做到。
麻烦二:壮大的摩擦力
电磁炮弹在轨道上运行,它需要与导轨慎密接触,这样电流才能顺遂经由过程进而形当作回路。当弹丸高速活动时,它与轨道间会形当作很是大的摩擦力,摩擦力会发生热量,热量会传递给电磁轨道和弹丸自己。
是以,即便电磁炮在发射的过程中没有火药的介入,我们也能在电磁炮弹出膛的刹时看到庞大的火光,这就是弹丸与轨道猛烈摩擦的成果。
猛烈摩擦导致电磁炮弹出膛时火光冲天
若是我们用电磁轨道鞭策卫星,它同样要承受壮大的摩擦力和由此带来的高温。而当卫星分开轨道飞翔时,因为空气阻力带来的摩擦力也会发生极高的温度,是以我们看到射出来的不是卫星,而是一团极敞亮的火球,卫星将很快在几千摄氏度的高温中焚毁。
即即是我们发射一颗铁疙瘩,因为空气阻力的存在,它现实上也飞不了多远。理论上电磁炮弹能击中数百公里外的方针,但到今朝为止美国的电磁炮试验最大射程只有十几公里,因为空气阻力的大小与炮弹速度的平方当作反比,您的速度越快,空气阻力越大。
麻烦三:电磁场的粉碎
要想将卫星发射上天,我们的电磁轨道需要在1秒钟甚至更短的时候内耗损极大的电能,其瞬时用电量与一个中等规模城市半斤八两。
电磁力发生壮大电磁场
如斯壮大的电流将从包裹卫星的护套上流过,它一方面会发生热,同时也会发生极高的电磁场。这个电磁场会毁坏卫星中的所有电子设备,使它酿成一堆焦黑的电子垃圾。
总结
颠末上面的阐发,我们可以得出结论:尽管用电磁炮发射卫星的设法看起来很夸姣,但从科学的角度来阐发,我们还面对很多无法解决的问题。
卫星在电磁轨道上不仅要承受极高的过载,还要面临极高温度、极强的电磁辐射,在可以预见的将来这些问题都难以降服。
尽管用火箭发射卫星很贵,偶然还会因一些小故障星箭俱毁,但它确实是一种最平安最靠得住的体例。
电磁炮发卫星?仍是别去想了吧!








