电磁弹射近年来变得流行起来。几千年来,人们第一次掌握了另一种利用化学能的发射方法。这值得庆祝。但是,想象电磁弹射被广泛用于代替火箭发射和载人宇宙飞船发射到太空中是可行的吗?
两个基本地球条件和物理定律足以确定其可行性首先,让我们看看飞机的信封
飞行信封
包络的垂直轴是高度(以英尺为单位),而水平轴是速度,即马赫数。
我们会发现,无论哪架战斗机,它的最大速度都是2马赫或2.5马赫或更高,在纵轴以下的区域,它的最大速度将降低到1.2马赫左右,这很难再高了。事实上,战斗机的试飞将面临低空大气压力对战斗机的严峻考验。就像你站在快速行驶的汽车上感受到的气压一样,当气压超过身体的极限过载值时,战斗机就会解体。
因为地球大气层离地球表面更近,密度越大,空气越高,空气越稀薄,到距地球表面230公里的大气层只占表面大气层的百分之一左右,所以战斗机的最大马赫数是在高空飞行,到低空飞行必须受到大气压力的限制,只有不超过1马赫
电磁弹射试验
,如果是电磁加速火箭呢?如果你想用这个代替第一级火箭,这意味着火箭和载荷飞出电磁发射器的那一刻,这是第一级火箭能够达到的最大速度。例如,猎鹰9号火箭的第一级将达到6马赫左右。
所以以战斗机的机体强度几乎无法应付1马赫左右的低空,如果你以6马赫的速度将一个巨大而脆弱的火箭级2、整流罩及其精密卫星射入稠密的大气层会发生什么?自然是碎骨渣不剩了显然,让运载火箭和卫星承受6马赫和5马赫造成的大气压力是不现实的,即使是战斗机能够承受的1马赫的速度。
猎鹰9号火箭回收
第二个问题是过载。我们知道火箭发射的重要负荷,如各种卫星,是非常脆弱和脆弱的设备,不能承受过度的发射过载。即使是众所周知的运载火箭也会尽量避免过大的推重比,因为高推重比会对卫星航天器的设计提出过高的要求,这将大大增加成本。至于载人发射,必须避免高过载。
因此,火箭的发射是一个持续时间很长的加速过程。在这个过程中,火箭将飞行至近200公里的高度,并飞行数千公里。如果你试图用电磁弹射装置加速,需要多长时间?长度越短,加速度越高。我们知道,电磁炮的射弹在装有制导装置时需要抵抗数万克的加速度。然而,如果它要发射一颗卫星,过载可能会减少到一位数。
,当然,以上只是理论上的讨论,
颗现代卫星,威力越大越不小,体积越大就像一辆公共汽车,即使发射它们的火箭只是第二阶段,总体积怎么能塞进一个100公里的巨大装置里呢?一般来说,这是一个需要许多梦想来支持的梦想。
未来电磁弹射
有些人可能会说我不需要加速这么多,而不是第一级火箭,我只会加速到十分之几马赫,好吗?
虽然难度确实降低了,但这有什么意义呢?运载火箭需要的是发射超过200公里的载荷,并将其加速到20马赫。你在水面上提供了一点速度。有什么意义?甚至从空中发射火箭的想法也没有那么好。
因此,不要跳出来说我们拥有世界领先的技术,可以发射高科技电磁火箭。不要谈论那些没用的,不要不耐烦。真正可靠的低成本火箭发射路线是马斯克的垂直发射和回收。大气层外的空间站通过电磁发射似乎更加可靠。
如果你看猎鹰9号火箭的发射,你会注意到最大-Q力矩,也就是最大空气动力压力点,在高度约为9 ~ 10km时,以约1马赫的速度出现。显然,这个高度的大气相对稀薄。这里火箭达到马赫数1,它承受的动压是整个飞行过程中的最大值。在较低的高度区间,它的速度还没有上升,虽然速度继续增加,但是大气层变薄了。我们可以想象在低空达到1马赫、2马赫或更高时的强大动压。
猎鹰9号火箭最大发射时间(右上数据)
当然,在大型制导炮弹上进行电磁弹射也是可能的,但增加的成本也相当可观,电磁发射代替火箭发射最初是成本竞争的产物。有些人不能,有些人只能被处决电磁助推被认为是比目前化学火箭发射技术更先进的未来之路。这注定是一条弯路。不要再抱有任何幻想了。