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探索宇宙新方案:发射宇宙飞船可用磁轨炮

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发表于 2016-7-21 20:44:39 | 显示全部楼层 |阅读模式
太空飞船,传统上都是用火箭发射的。今年4月,奥巴马总统敦促美国宇航局寻找一个更经济的方法。9月前后,工程师们提出了一个借用磁轨的计划,将在推进力方面节省千百万美元,并提高宇航员的安全性,以便考虑更频繁的飞行。计划需要的是3.2公里长的电磁轨道、10马赫(音速的倍数)的飞行器,以及足够点亮一个城镇的电力。

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一架冲压喷射机背负着太空船,通过磁轨炮发射升空;在61公里高空处太空船点火,将负荷发射入轨道后返回。整个过程比火箭发射略复杂一些,但工程师说它也因此更有灵活性,最关键的是使用的推进力只是今天火箭发射方法的零头。航天飞机每次的发射费用为4.5亿美元。磁轨炮/冲压喷射机的开发费用估计2倍于此,但以后每次飞行的花费则会少得多。美国宇航局希望借助这种新方法能将重达4.5吨的飞船送入轨道,进而也以此法将载人飞船推向月球。

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宇航局肯尼迪太空中心的斯坦·斯达说,10年中就可能投入测试。眼下目标为减少对火箭依赖的空间计划并不鲜见,但相比而言,磁轨炮/冲压喷射机计划的各项相关技术都比较成熟。美国宇航局的超音速冲压喷射机已做到维持10马赫12秒之久;2009年春,波音的X-51超音速冲压喷射机创下5马赫200秒的纪录。磁轨炮刚刚试射成功,以5马赫将炮弹打出200公里。美国海军正尝试用它取代水力系统来弹射航母上的喷气战斗机。“就像做蛋糕,所有的成分都齐了,”宇航局工程师巴尔托洛塔说,“我们只需要理解该如何烘焙。”



让我们来看一下这个方案的工作过程用磁轨炮发射——24万马力的线性马达把180兆瓦转换成电磁力,将背负太空船的冲压喷射机沿3.2公里长的轨道推行。飞行器在60秒内从0加速到5马赫,这个过程虽快,但重力却小于3个大气压,对载人飞行更显安全。

冲压喷射机点火——飞行员将高速涡轮发动机点火,从轨道发射。当飞行器达到4马赫时,流经喷气机进风口的空气足够快速而压缩,升温至摄氏1650度,在燃烧室中点燃氢,产生数万磅的推进力。
太空船进入轨道——飞行器在约61公里高度,以10马赫前进,宇宙飞行在此开始。冲压喷射机与背负的太空船分开,喷射机向下飞离;而太空船尾部火箭点火,进入轨道。

喷射机/太空船返回着陆——冲压喷射机减速,使用它的涡轮发动机飞回地球,在跑道上着陆。而太空船也在将负载送入轨道后重入大气层,并滑翔返回出发地点。这两个飞行器能在登陆24小时内为下一次任务作好准备。





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