不得不说我们的科学家现在敢想敢干了，这次笔者居然在国家知识产权局专利公布公告发现了一个让大家很是惊讶的专利申请公告：一种临近空间电磁发射卫星的方法，专利透露的内容不多，但在专利背后隐藏的技术需求就太庞大了。

临近空间电磁发射卫星：这要求得有多大？

这个专利的内容是临近空间电磁发射卫星的系统与方法，整个系统包括飞艇系统、电磁发射系统、卫星系统等三个部分，其工作流程如下：

飞艇搭载电磁弹射系统与卫星，运行在30~40千米高度的临近空间，待高度与角度调整合适后开启电磁发射系统，通过100米长的电磁发射轨道加速，以8千米/秒的速度直接将卫星射入近地轨道。

在这个飞艇系统、电磁发射系统、卫星系统等三个部分中最重要的是电磁发射系统，这个包括储能系统和发射控制系统、直线电机驱动系统、直线加速轨道系统等，这个系统的得有多复杂，我们下文再详细叙述。

能量来源则比较有趣，来自飞艇表面覆盖的太阳能电池，在30千米高空永远都是晴天，只要在白天就能获得源源不断的电能，有很多朋友有疑问了，这太阳能充电发射卫星，异想天开吧，得多久才能发射一次啊？下文笔者也计划算一算，看看需要充几天的电。

卫星系统：据专利介绍，这种发射系统目前只规划了微纳卫星的发射，最大重量大约在10千克左右的立方卫星或者纳卫星，很多朋友可能对此嗤之以鼻，认为这么小的卫星毫无用处，但事实上目前能做到的集成化技术，一个10千克的卫星可以装载的传感器完全足以支持一颗灾情评估或者战场侦察与评估的功能需求，所以千万别说这玩意儿毫无用处，要不然现在的微纳卫星业务就不会那么红火了。

这套系统的要求究竟有多高？

估计大家对发射10千克卫星入轨需要多高的技术没啥概念，本文就趁着大家有兴趣聊几句，首先专利文件中给出了一个数据，发射出口速度高达8千米/秒，这是直接能让卫星入轨的速度，在30千米高度，大气压只有地表的1%，那么可以忽略不计吗？

答案是不能，因为再入大气层的黑障是从80千米高度开始的，大约在40千米出黑障，因此一颗卫星如果以在30千米的高度以8千米/秒的速度发射，那么它一定会经历黑障过程，必须要考虑热障防护与减速后的火箭发动机推进增加速度。

那么问题来了，一颗10千克的卫星，加上防热大底的整流罩以及火箭推进发动机后，整个重量按100千克计算？8千米/秒的出口速度，其能量高达3.2e+9J，换算成电能大约是888.9千瓦·时。

按目前车用电池计算，100度电的电池大约588千克，那么889度电需要5.23吨，如果算上50%电能转换发射效率看，这个电池总重量可能会达到10吨以上。而且还需要在极短的时间内释放，还需要更大重量的电容来满足瞬间释放电能的储能需求。

这是一次发射所需的电能储备，如果使用太阳能电池多久能充满呢？按一天6小时，按日照1KW/平方米、太阳能电池效率30%计算，那么每平方米每小时可以产生0.3度电，6小时可以产生1.8度电，889度电需要493平方米的太阳能电池，需要22X22大小面积的太阳能电池，一天可以充满。

充电其实不是这个问题的关键，毕竟多充几天也没关系，这个系统中最关键的还是电磁发射系统，需要在100米长的轨道上达到8千米/秒的速度，这个要求如果能满足的话绝对是地狱级难度，其加速度将会达到极其恐怖的程度

笔者此前设想的电磁发射系统是这样的，通过数公里上的电磁加速轨道，将搭载了卫星的火箭加速到4千米/秒左右，而出口则留在7千米左右高度的青藏高原某地，优势是可以通过长长的轨道慢慢加速，甚至可以用螺旋形轨道不断绕圈加速，最后速度足够时引出发射，再在中途点火将卫星送入轨道；不过缺点是候轨道过长，发射倾角受到限制。

但这个专利中直接在100米暴力加速到8千米/秒，这个加速度有多高？笔者找AI算了一下，大约是320000米/秒²，也就是32,653G。

各位别惊讶，真是AI帮忙算的[呲牙]，比炮弹的加速度略低一点，但也非常惊人了，按火箭增程弹并且还带制导的技术比较，这颗卫星还真吃得消，但要是有精密的光学设备，估计就玩儿蛋了，没有啥光学设备能经受住如此高的加速度。

全球首创！马伟明再立新功：电磁发射技术太已经白菜化了

上文大致了解了这种发射技术的地狱级难度，光是后坐力也将十分惊人，我们也无权过问这种技术细节是否已经解决，但有一点值得肯定的是我国在电磁发射领域已经全面突破，目前电磁发射领域已经应用到了多个方面，下面就各种电磁发射与应用场合作个简单的介绍：

• 1、轨道电磁发射技术
• 2、电磁线圈发射技术
• 3、重接线圈发射技术

轨道发射技术是三种技术中原理最容易明白、最容易制造的的一种发射方式，其结构就是两根通电的轨道，中间就是一个导电的弹丸，发射时直流电通过，弹丸在洛伦兹力作用下在导轨上获得了极高的加速度，这种发射特性适合发射小质量高速物体。

其原理是导轨上通过电流时会产生一个磁场，左右导轨电流相反，磁场方向一致，中间的通电导体相当于一个通电导线，会在这个磁场中运动，向前或者向后，如果弹头运动方向不是你想要的，那么接入导轨的电流换个方向即可，在理想的情况下，这种轨道电磁发射技术可以将弹丸加速到2~3千米/秒，射程可达200~300千米。

虽然原理简单，但这种技术要实现却是地狱级难度，原因很简单，要向实现高速发射就需要大电流，这会有两个问题，一个是对电源的需求，能在极短的时间内供给发射时所需要的大电流。另一个则是极高电流通过时在两条导线之间会产生电弧，烧蚀弹丸和导轨，这一个几乎是无解的难题，目前美国遭遇的就是这个问题。

第二种是电磁线圈发射技术，这个原理其实要比轨道发射技术要简单，但结构比较复杂，一个个线圈串联起来，在导电的物体穿过时感应出电流产生的磁场与线圈之间产生，磁场相互作用产生安培力，使弹丸向炮口端移动，然后通过一个个线圈接力加速达到很高的速度。

这种发射技术适合发射中等速度的弹丸，由于电源利用率比较高，电磁枪等场合往往使用的就是这种方式，我国在珠海航展上就曾展出这种非杀伤性的防爆武器。

第三种是重接线圈发射技术，结构是两个分成两段的线圈中间通过导电物体，感应出的电流在磁场的推动下前进，这种技术是三种发射方式中原理最不容易理解的。它的最大优势是可以利用多个线圈以并行或者星型方式并联增大发射力矩。

一般电磁弹射器用的就是这种方式，它的特征很容易区分，两段线圈中间有一个开口，似乎专门就是为电磁弹射量身定做的发射方式。

重接线圈发射原理图

我国这三种应用全都有，大家最熟悉也最了解的就是003航母上的两条电磁弹射器，虽然还没有下水海试，但我们相信它已经是一项成熟应用，另外在076两栖攻击舰上也有一条电磁弹射器，并且功率与长度似乎与003有点区别，这表示可以通过模块调整实现不同功率与规模的电磁弹射，这也表示我们的技术已经相当成熟。

除了大家熟悉的电磁弹射技术外，我国的电磁雪橇技术用的也是这种技术，这个电磁雪橇是利用电磁发射技术在轨道上加速重载物体，让其运行在测试速度下，比如我国列车的零组件高速测试、战斗机弹射座椅在模拟高速下弹射、减速伞模拟高速下展开等。

电磁线圈发射技术的一大应用则是电磁枪，当然重接线圈发射也可以用在电磁枪上，但相对于结构而言，线圈发射技术会更简单，除了电磁枪以外我国在2021年公开的用来灭火的电磁炮，这种不需要火药发射的技术在发射灭火弹时尤其适合，因为这不再属于火工品，在动用审批流程上更加方便，民用领域扩展需要这类产品。

轨道发射技术的应用就比较狭窄了，目前只是用在了电磁炮领域，而我国在这方面还是比较领先的，美国已经在2021年下马了电磁炮，而我国则是全球唯一进行过电磁炮海试的国家，很多朋友一定很好奇，为什么不装备？其实笔者也很好奇，不过国家的事情少瞎猜。

平流层飞艇发射技术，100米内加速到8千米/秒，能接近（请注意是接近）这一目标的应该是轨道发射技术，但这种技术实在有点不太适合高精密的卫星发射，因为在“炮膛”内会有一个极端恶劣的电磁环境，估计卫星会在此时“烧坏”，另一种可能的事重接线圈发射，因为这种可以屏蔽发射时的电磁环境，但加速度很难在短距离内达到8千米/秒。

电磁发射技术：有一个人一定不能忘记

三种电磁发射技术各不相同，路线上也有些差异，但有一点基本是相通的，即大功率储能与控制与释放过程，我国率先突破的是电磁弹射系统，当年我国完全独立自主的国产航母立项，马伟明建议直接上电磁弹射，这个提议直接让大家有些转不过弯来！

因为当时世界上掌握电磁弹射技术的只有美国，他们用了21年时间，耗费32亿美元研制出了电磁弹射设备，但装上福特号后却故障频发，多次出现四条弹射器同时故障的致命问题，差点被特朗普换回蒸汽弹射。

当年电弹在立项之时我国也是担心电弹问题，所以同时立项的还有蒸弹，当时就想着万一电弹不靠谱还能上蒸弹，你看着军工要求不是一般的高，然而等电弹出来后一测试，那个数据嘎嘎的，无论是弹射功率、可靠性还是出动效率以及可维护性等都比蒸弹要高出不少，测试了据说快有数千次了，都快把测试的几架战斗机给弹废了都没出严重故障，这个数据，直接就让军方拍板定了电弹。

这里必须要简单介绍下舰载中压直流系统，船舶使用全电推进的一种电源系统，美国选择的是中压交流系统，电压变换方便但储能麻烦，因此只能选择飞轮储能，而中国用的是中压直流系统，在IGBT和SiC技术成熟后电压变换不再是问题，而储能却可以选择更容易，比如电池、超级电容，各种环境都能从容应对。

所以这才能让076这种只有航母一半大的两栖攻击舰也能轻易装上电磁弹射，这就是中压直流的优势，反观美军的中压交流，福特号问题多多，服役多年都无法部署，到今年5月份才勉强，而且还是去地中海这个澡堂子里练练手，完全不敢来西太这种高强度起飞着陆的“热点”区域部署。

福特号在地中海

这个电磁弹射搞定后对我们的电磁相关武器突破帮助太大了，因为各个环节都打通了，剩下的就是各种配置调整下而已，比如电磁炮的能源与控制系统相关性就很大，电磁雪橇也是类似的情况，电磁枪和消防电磁炮那就是小儿科了，所以目前中国的电磁发射领域已经全面开花了，连VLS垂发系统都打算改成电磁发射，PLA已经进入了暴兵模式！

另一个也非常值得了解下，前不久马伟明还提出了全能舰，即用电磁武器（电磁炮、电磁发射导弹）以及激光武器、微波武器等集大成于一舰，实现一艘“巨舰”担当起一个航母编队的打击与防御任务。这就是中国搞定了强迫储能系统以及电磁发射技术后的各种应用，就像学武的大佬打通了任督二脉，以后很难再有对手了！

#所见所得，都很科学#