能建一个大型电磁轨道炮来发射卫星吗?

电磁轨道炮挺热的,能不能仿照大型电子对撞机的样子,做一个电磁轨道炮,专门用来发射卫星?这样会不会高效一些? 即便不能完全取消火箭,是否可以代替火箭的一…
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完全可以,不过也有一些挑战需要注意:

1.首先是热防护问题,因为是在低海拔稠密的大气内加速到超过所谓“第一宇宙速度”,所以大气摩擦会比航天飞机、载人飞船严峻不少,气动加热产生的温度更高。对热防护的要求高的多,当然这个可以用野蛮的加厚增强型碳-碳复合烧蚀热防护材料解决,不过也会大大增加携带卫星的”炮弹“质量。而运载火箭则是在飞出地球大气层外再大力加速,在大气层内飞的并不算很快,所以气动加热问题影响不大。

2.过载问题,因为电磁发射系统是在很短的时间里把物体加速到非常快的速度,这G力会非常的可怕,大概比手机从飞机上扔下砸水泥地上的过载还强多,对卫星设备的抗过载能力要求极高,否则发射上天的只是太空垃圾。这个可以通过卫星设计上研发更坚固更抗过载的设备解决,也可以延长电磁发射系统长度,降低加速度来解决。不过无论哪种办法都很烧钱,前者难度不用说,后者可能需要把加速轨道做到几千米甚至十几千米乃至更长来降低加速过载。

3.储能问题,这个相对容易解决,野蛮的并联一大堆高性能电容器阵列就能解决,当然对于电力工程师而言也挺麻烦。

4.注意如果”炮弹“只有卫星,没动力装置,那还是无法把卫星送入实际可用的轨道,因为用电磁炮把卫星打出去后会进入一条椭圆轨道,近地点就是你发射的位置。这个怎么办?给炮弹上装个火箭,在远地点时启动加速,提高近地点高度使得能真正入轨。而不是坠毁。

5.电磁发射航天器其实NASA等早有研究,NASA倾向的是用类似磁悬浮列车的系统作为助推,是充当助推器的作用而不是完全取代运载系统的主引擎,这样出膛速度低,加速度也相对低。技术难度和成本也低很多。

6.电磁发射系统真正的用武之地在月球等无大气天体上,NASA和普林斯顿大学在1970年代的研究认为在月球上建立大型电磁线圈炮,向太空发射月球开采的矿物。用来建立太空太阳能发电站、太空城市等是可行的,也是大规模开发太空的关键。由于这是把货物射到月球引力主导范围外,所以不需要远地点加速,不存在近地点落回到原处的问题。月球的真空环境也不存在气动摩擦带来的热防护问题。

技术上是可行的,但成本上不划算。

具体如何将物资发射出大气层,下面有很多回答都覆盖的很全面了。其本质就是一个超大型电磁炮走狂暴路线,技术上可以做到,但是没必要。

马一龙现在通过复用第一级火箭的方式,已经把近地轨道的运送成本降到 5000 美元/公斤了,从零开始修建一个大型电磁轨道炮的必要性何在呢?

不过这种技术在月球这种真空环境下运送物资还是有其性价比的。一是月球的逃逸速度不高,也没有大气阻力,轨道修建的不用太长;二是只运送物资,目的地有专门的回收装置,技术难度又能降低不少。

甚至这种技术还能在一定程度上解决月球基地的短距离物资运输问题。只要规划好初速,可以把货箱直接瞄准扔出去,在抛物线末端用火箭制动减速并着陆,可以高效地解决月球基地的物资分发成本。等于是有一个大型的航空港负责接收地球运送来的物资,然后它再通过轨道炮方式把各个分基地所需的物资「扔」出去,这个成本就很划算了。

甚至可以在紧急情况下直接运送人员,调整好初速,用人体能承受的加速度把交通艇扔出去,也能很快抵达目的地。缺陷就是返程会慢一点……