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作者：兰顺正
首发自：《太空探索》
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在2021年11月10日 ， 美国航天发射初创公司SpinLaunch宣布 ， 该公司在新墨西哥州的美国太空港利用亚轨道加速器原型机成功发射了一枚无动力“抛射体”（projectile） ， 此次试验是“螺旋发射”概念的首次发射测试 。 据悉 ， “螺旋发射”概念基于真空密封的离心机 ， 该离心机以数倍声速旋转无动力“抛射体” ， 然后在“不到一毫秒”的时间内将其抛入高层大气 ， 最终进入轨道 。 明显的是 ， SpinLaunch的成功意味着非传统航天发射方式未来将受到更大的重视 。
众所周知 ， 自从人类进入航天时代以后 ， 火箭成为了当之无愧的发射主力 ， 其巨大的应用价值获得了世界的公认 ， 各国对各类运载火箭的研发都是不遗余力 。 但传统火箭发射的长时间准备过程以及巨大的耗资也一直为人所诟病 ， 如欧洲“阿利安5号”运载火箭每次发射费用约为1.65亿美元 ， 每公斤发射费用约为10313美元；美国“德尔塔IV”型中型火箭平均每次发射费用为1.64亿美元；俄罗斯主力“联盟-FG”运载火箭每次发射费用大约为5000万美元 ， 每公斤发射费用为7246美元 。 由于现在“低成本快速入轨”可谓太空产业的潮流之一 ， 所以这使得各方在对传统火箭发射方式进行改良的同时 ， 也让一些非传统航天发射方式看到了机会 。
螺旋发射 ， 仍进轨道
此次实验成功的SpinLaunch公司使用的是“螺旋发射”技术——就是采用类似于离心机的装置将被发射的物体加速后“扔”出去 ， 如同链球一般（在航天基本常识中在赤道附近建立火箭发射基地以利用地球自转线速度节省燃料就是该原理） 。 该发射理念已经被美国军火研制专家、领袖推力系统公司的查理斯?圣乔治应用在其发明的新式武器“恐怖者”（DREAD）中 。 按照设想 ， 这种枪是根据滑膛枪的原理研制的 ， 钢珠存放在一排排的狭窄枪膛里 ， 在中间枪膛里经过强力旋转达到极高的速度后从枪膛里射出 。 据称射出的钢珠飞行速度可以达到大约每秒300米 ， 开发工作全部完成后的DREAD枪和传统的枪相比 ， 声音小 ， 故障少 ， 安装的子弹多 ， 可以连续高速地射出子弹 ， 从而可以释放出巨大的火力对目标造成巨大破坏 。 而Spinlaunch公司诞生自2015年 ， 目的是研制一款“基于动能的发射系统” ， 能利用地面上的一个旋转系统把载有小型有效载荷的化学火箭加速到高超音速 ， 火箭随后将会点火工作 ， 把有效载荷送入轨道 。 从早前该公司发布的效果图和其他资料上看 ， Spinlaunch计划打算建造一台巨大的离心机 ， 离心机的中间有一条长达数十米的旋臂 ， 旋臂的一端固定将要发射的航天器 ，当旋臂在离心机中逐步加速 ， 航天器的切线速度将超过音速 ， 而在其速度超过23倍音速时与旋臂脱离 ， 使其从一个发射口射出去 ， 从而飞向太空 。
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在此次的实验中 ， “抛射体”并没有真正入轨 ， 而是被推进到数万英尺的高度 。 SpinLaunch公司负责人表示 ， 首次发射试验中使用的亚轨道加速器是最终版本的三分之一 ， 高约91米 。 使用的亚轨道抛射体长约3米 ， 加速到“每小时数千英里” ， 仅使用了20%的加速器功率容量 。 此次亚轨道加速器测试 ， 主要验证空气动力学和释放机制方面的基本概念 。 未来该公司计划在“抛射体”内增加一个火箭发动机 ， 在发射后“抛射体”将在无动力的情况下滑行大约一分钟 ， 然后在大约60000米的高度点燃发动机 ， 以帮助其顺利进入轨道 。
该公司称 ， “螺旋发射”颠覆了传统火箭发射方式 ， 动能发射的卫星无需火箭就可以离开大气层 ， 因此航天器入轨对于火箭的依赖将会降低 。 “螺旋发射”概念将有望在未来实现发射卫星群和空间有效载荷的零排放 。 目前 ， SpinLaunch已经完成了大约90%的与全尺寸系统相关的风险降低研究 ， 正在加速完成设计 。 一旦轨道飞行器准备就绪 ， 该公司将寻找一个合适的沿海太空发射基地 ， 计划在未来六到八个月内进行约30次亚轨道试飞 。
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有分析指出 ， 虽然这种投射系统的能力有限 ， 很难将更大的有效载荷送入轨道 ， 但是加速器驱动带来的速度提升导致进入轨道所需的燃料减少了四倍 ， 成本降低了十倍 ， 因此可以将大量小卫星快速送入太空（据Spinlaunch自身的估计离心机能一天发射5次并且每次的发射成本仅有50万美元） 。 鉴于该发射理念的潜力 ， 美国防创新部门已于2019年与该公司签署了一份合同以支持项目发展 ， 而未来该技术一旦成熟 ， 美国太空军和导弹防御局对于这种发射的需求显然不言而喻 。
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