中国正在建造可将载人飞船送入轨道的轨道炮
中国正在建造可将载人飞船送入轨道的轨道炮
这种太空轨道炮的原理很简单，但细节却出奇地复杂，所涉及的数字也很快变得令人生畏。如果中国能在 2016 年开始的"腾云"计划中使用这种系统发射航天飞机，那将是历史上的重大工程成就之一。据中国官方媒体报道，中国计划建造一条电磁发射轨道，能够将航天飞机加速到 1.6 马赫，甚至高达 5 马赫。一旦升空，飞行器将启动机载火箭发动机，继续加速到轨道速度。这不仅意味着要制造出与这种轨道炮相匹配的航天器，而且还要制造出一种发射装置，能够将重力、振动和其他变量控制在对人类乘客安全的容差范围内。美国国家航空航天局（NASA）也对类似的系统进行过研究，不过这些研究主要集中在坚固耐用的哑弹和能够承受巨大冲击力的机器人有效载荷上。据报道，中国航天科工集团公司（CASIC）飞行器技术研究院在山西省大同市建造了一条两公里（1.2英里）长的测试轨道。根据描述，它的大小与拉斯维加斯郊外内华达州的 Hyperloop 试验轨道差不多，并且密封在一个类似的真空管道内。目前，该轨道可以达到 620 英里/小时（1000 公里/小时）的速度，并将扩展至五倍的速度。至少可以说，要把它发展成一个合适的太空发射系统是非常艰巨的。这不仅仅是一个扩大技术规模的问题，还需要在轨道炮本身、控制系统、供电方式，甚至是如何制造组成轨道炮的部件等方面取得全面的重大进展。一个问题是，要使轨道炮在搭载乘客的情况下达到 1.6 马赫的速度，它必须至少有5 英里（8 公里）长。如果要达到 5 马赫，则需要更长的长度。这不仅需要大量的电磁铁（可能需要低温冷却），还需要密封在有史以来最大的真空室中，需要巨大的泵来维持真空。这个管状真空室还需要一个非常特殊的气闸，以便飞行器能以超音速离开。如果这一切不能完美地进行，就可能会发生一系列非常恶劣的事故，其能量与战术核武器的能量相近。然后是功率问题。用于从杰拉尔德-R-福特号航空母舰上发射战斗机的轨道炮使用 121 兆焦耳的能量将飞机加速到 150 英里/小时（241 公里/小时）。如果要将类似质量的飞机加速到 5 马赫，中国的轨道炮将需要惊人的 50,000 兆焦耳。而拟议中的太空飞机的重量应该至少是这个数字的 10 倍。这意味着太空轨道炮需要一个每秒产生千兆焦耳能量的核电站来运行，还需要一个全新的超级电容器发电机来储存能量。德累斯顿高磁场实验室（Hochfeld-Magnetlabor Dresden- Dresden High Magnetic Field Laboratory）拥有一个最先进的电容器组，可以处理 50 兆焦耳的能量，创下了世界纪录。中国的轨道炮需要将其提高一千倍。这不仅需要在一些已经很先进的工程技术上取得显著的基本进步，还需要建造能够制造这种机器的全新工业基础设施。这还不包括实时监测和控制轨道炮所有子系统所需的传感器和计算机系统。中方声称，如果轨道炮取得成功，它将把发射到轨道的成本降低到每公斤 60 美元。即使与 SpaceX 的 3000 美元/千克相比，这也是革命性的降低。 ...
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