能實現嗎?臨近空間電磁發射,10公斤衛星直接入軌,天基發射近了

2023年07月13日22:37:06 科學 1283

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,上海宇航系統工程研究所(上海航天科技八院805所)一份發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,採用電磁彈射系統,發射衛星

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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,而類似於基洛夫樣式的飛艇懸浮物在新時期更具潛力。因此805所這項專利採用了三大系統實現臨近空間衛星發射

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第一,飛艇系統。

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

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

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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台、臨空平台高動態感傳控一體化載荷系統都已經初步建立,相關硬體和軟體系統基本完善,並且已經實現了駐空20千米長航時飛行,對於臨空平台的態勢感知已經具備的完整的能力。

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但是,公開的信息並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,得益於半導體產業發展,氣艇懸浮器所需的惰性氣體完全能自主供應。

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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。

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

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第二,電磁發射系統衛星系統

飛艇搭載電磁彈射系統與微納衛星,運行在30~40千米高度的臨近空間,調整適合角度之後,通過僅僅100米長的電磁發射軌道加速,以8千米/秒的速度直接將衛星射入近地軌道

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仔細算一下速度和電磁軌道、能源供給的要求可謂是「空前絕後」。

根據知名科學博主「星辰大海路上的種花家」測算,即便發射一顆10公斤的微納衛星,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動機,總質量就可能達到了100公斤。

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而發射耗能高達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。

並且百米加速度要達到320000米/秒²,也就是32,653G,衛星根本承受不了。

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所以說,電磁彈射發射衛星問題還不小,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,就有驚人的發現。

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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。

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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。

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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展規劃和預先研究提供參考。

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也就是說,相關問題的研究還在繼續,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後,再逐個結局問題。

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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後,才是開始,陸基、海基、空基都將實現電磁發射,而這個奮鬥的過程,需要更多的青年科學家感想敢做,去進行應用創新。想像一下,在臨近空間建立一個「天空之城」將是怎麼樣的一種景象?

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近些年臨近空間、空天一體飛行器發展迅速,很多國家都在製造空天武器,事實證明即便不再臨近空間發射衛星,部署防禦性的裝置也十分有必要,那麼將10公斤的衛星,或者很小的武器將會是什麼樣的情景呢?

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