能實現嗎?臨近空間電磁發(fā)射,10公斤衛(wèi)星直接入軌,天基發(fā)射近了
就在馬偉明院士的“全能艦”引起熱議,我國首艘配備電磁彈射和電子阻攔的國產航母開始“拆棚子”的關鍵時刻,上海宇航系統(tǒng)工程研究所(上海航天科技八院805所)一份發(fā)明技術顛覆性專利公布:利用飛艇懸浮器,在30千米高度左右的臨近空間,采用電磁彈射系統(tǒng),發(fā)射衛(wèi)星。

我們知道臨近空間的飛行器研究近些年已經進入了高峰期,而類似于基洛夫樣式的飛艇懸浮物在新時期更具潛力。因此805所這項專利采用了三大系統(tǒng)實現臨近空間衛(wèi)星發(fā)射。

第一,飛艇系統(tǒng)。
根據專利,飛艇系統(tǒng)將運行在20-100千米對的工控,超大氣囊保持懸浮狀態(tài),柔性薄膜太陽電池陣及儲能裝置的能源系統(tǒng)提供電力供應,氣動舵面及飛行控制系統(tǒng)、任務管理系統(tǒng)、電動螺旋槳推進系統(tǒng)。

目前,中國科學院浮空器系統(tǒng)研究發(fā)展中心、空天信息創(chuàng)新研究院、都已經開展了多年的試驗,并取得了一系列成果。

筆者在2023年中國航天日活動時,也仔細看了上述單位的展覽,目前臨近空間原位探測體系化平臺、臨空平臺高動態(tài)感傳控一體化載荷系統(tǒng)都已經初步建立,相關硬件和軟件系統(tǒng)基本完善,并且已經實現了駐空20千米長航時飛行,對于臨空平臺的態(tài)勢感知已經具備的完整的能力。

但是,公開的信息并未查詢到中國懸浮器的負載能力,以及能源供給情況。不過有兩個好消息:
一是,得益于半導體產業(yè)發(fā)展,氣艇懸浮器所需的惰性氣體完全能自主供應。

二是,空天院35KM太陽電池高空原位標定試驗取得圓滿成功,使中科院成為世界上少數掌握臨近空間 35km 太陽電池高空原位標定技術的研究機構之一。

因此,我們有理由相信,飛艇系統(tǒng)只要能滿足載重需求,為臨近空間提供運載平臺也就值得期待。

第二,電磁發(fā)射系統(tǒng)衛(wèi)星系統(tǒng)
飛艇搭載電磁彈射系統(tǒng)與微納衛(wèi)星,運行在30~40千米高度的臨近空間,調整適合角度之后,通過僅僅100米長的電磁發(fā)射軌道加速,以8千米/秒的速度直接將衛(wèi)星射入近地軌道。

仔細算一下速度和電磁軌道、能源供給的要求可謂是“空前絕后”。
根據知名科學博主“星辰大海路上的種花家”測算,即便發(fā)射一顆10公斤的微納衛(wèi)星,為了突破黑障層,也需要加裝防熱大底的整流罩以及火箭推進發(fā)動機,總質量就可能達到了100公斤。

而發(fā)射耗能高達3.2e+9J,換算成電能大約是888.9千瓦·時,按照現在的電池能量密度,可能需要10噸以上的蓄電池,這還是在有超級電容等蓄能的前提下。
并且百米加速度要達到320000米/秒2,也就是32,653G,衛(wèi)星根本承受不了。

所以說,電磁彈射發(fā)射衛(wèi)星問題還不小,能源供給是個大問題,對應的就是氣艇懸浮器的承載能力了。
當然,隨著新材料、新工藝的發(fā)展也許有一天這些都不是問題。筆者也查詢了上述專利第一個申請人“夏陳超”的其他研究成果,就有驚人的發(fā)現。

第一,參與撰寫了《 模塊化核動力航天器設計及其關鍵技術 》一文,為研究模塊化核動力航天器提供參考。

第二,參與撰寫了《空間堆核動力技術選擇研究 》一文,以空間堆核電源為重點,分析了國際發(fā)展現狀和未來航天需求,分別針對大功率
(100 kWe~1 MWe) 和小功率 (1 kWe~10 kWe) 應用需求,提出了技術主導方案。

論文圍繞主導技術方案梳理了關鍵技術,為我國空間堆核動力技術發(fā)展規(guī)劃和預先研究提供參考。

也就是說,相關問題的研究還在繼續(xù),現在申請相關專利是具有前瞻性的,我們普通人能意識到問題,科研人員當然也能想到,只不過進行先導研究之后,再逐個結局問題。

話說70多年前,錢學森提出了“一小時打遍全球”的設想,現在我們才逐漸靠近這個目標,沒有前瞻性,那來的翻天覆地的變化。
可以肯定的是,當馬偉明院士搞定電磁彈射之后,才是開始,陸基、?;?、空基都將實現電磁發(fā)射,而這個奮斗的過程,需要更多的青年科學家感想敢做,去進行應用創(chuàng)新。想象一下,在臨近空間建立一個“天空之城”將是怎么樣的一種景象?

近些年臨近空間、空天一體飛行器發(fā)展迅速,很多國家都在制造空天武器,事實證明即便不再臨近空間發(fā)射衛(wèi)星,部署防御性的裝置也十分有必要,那么將10公斤的衛(wèi)星,或者很小的武器將會是什么樣的情景呢?