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当你在新墨西哥州旷野上看到这巨大的建筑物时 , 一定不会想这居然是NASA一个将用来发射卫星进入近地轨道的设备 , 它究竟是什么原理?未来是否会大行其道?或者能否被我们所参考 , 这些未知的问题 , 下文将试图分析并回答 。
“离心力”发射 , 各位小时候的梦想成真这个巨大的结构看起来是一个像是一个6字 , 主要是其庞大的圆盘结构 , 它的原理很简单 , 利用高速旋转的结构 , 在其线速度满足要求时释放有效载荷 , 让其从6字形的顶端开口释放出来 。
不知道各位有没有想过类似的方案 , 至少
到底有多低呢?我们来简单做个计算 , 假如发射一颗250千克重的卫星 , 别以为这干不了啥事 , 马斯克的星链卫星才227千克~277千克左右 , 能干很多事情了 , 所以以250千克为准 , 将其加速到7.9千米/秒(第一宇宙速度) , 这得花多少钱呢?
250千克 , 7.9千米/秒速度 , 动能为:7801250000焦耳
满足250千克达到第一宇宙速度需要耗能为7801250000焦耳能量 , 如何计算其价值呢?因为旋转的方式很容易通过电能来获取 , 比如通过一台超大的电动机 , 让其高速旋转 , 输入电能一直加速到线速度满足第一宇宙速度 , 那么需要消耗多少电能呢?
7801250000 焦耳=2167.0138889 千瓦·时
大约是2167度 , 假如这个系统的效率大约是80%(电机损耗以及传动机械损耗等) , 那么总共消耗的电能约为2708度 , 按工业电约1.1元/度算 , 也就3000块人民币不到 , 美国电价更低 , 折合人民币都不要1块钱 , 这发射一颗卫星只要500美元都不到 , 真到那会 , 估计种花家都打算发射一颗卫星玩玩 。
成本确实是够低了 , 那么究竟是怎么发射出去的呢?
NASA介绍了这种发射机构的发射原理 , 尽管就像大家猜想的那样 , 但仍然有所出入 , 下面是其“发射”流程:
- 1、将载荷装入巨型“环形加速器”;
- 2、将“环形加速器”内部抽成真空 , 然后加速到数倍音速;
- 3、旋转系统不使用火箭燃料 , 一般使用电能;
- 4、到达要求速度时在出口切线点释放载荷 , 达到高超音速的载荷从打开口的出口飞出;
低成本发射 , 究竟是否值得参考?其实这个看似“革命性”的发射装备要考虑很多问题 , 首先第一个 , 假如加速到第一宇宙速度的话会有两个问题 , 首先是低空稠密大气层的阻力 , 那么必须将载荷的空气动力结构模拟在大气层中的速度衰减 , 加入减速部分 , 也就是说在发射设备出口的速度要高于7.9千米/秒 。
但另一个问题是7.9千米/秒至少是23倍音速 , 属于极端超音速行列 , 其气动加热会非常恐怖 , 相当于从太空重返大气层的“摩擦”燃烧阶段 , 因此这就成了一个非常大的问你题 。
解决方案:将其加速度到热障速度以内 , 比如3-4千米/秒 , 也就是说起外壳不需要达到抗热2000℃ , 比如在600~800℃即可 , 达不到第一宇宙速度怎么办?需要一截火箭将其继续加速到第一宇宙速度 。
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