深度 - 中国造的一种新武器又要将美国人的设想变成现实

据《南华早报》披露，中国计划建造一门巨型轨道炮，将高超音速飞机送入太空，让美国宇航局的梦想成真。

这种轨道炮将电磁发射和高超音速飞行结合起来，是一种将人送入太空的新方式。

如果该项目成功，新技术可以将发射成本降低到当前价格的一小部分。

随着中国科学家和工程师将近年来在电磁发射和高超音速飞行方面取得的重大进展结合起来，人们很快就会使用一种高超音速轨道炮发射到太空。

从本质上讲，目标是：使用巨大的电磁发射轨道将高超音速飞机加速到 1.6 马赫。然后，飞机将与轨道分离，点燃发动机并以七倍音速进入近太空。

这架太空飞机重达50吨，比波音737还长，是2016年公布的“腾云项目”的一部分。

依靠飞机自身的动力升空将需要大量的燃料。为了确保低速起飞时的安全，科学家和工程师不得不在影响高速飞行效率的空气动力学设计和发动机布局方面做出妥协。

但是，虽然过去这样的项目没有通过讨论阶段，但这次不同。

中国正在言出必行。参与该项目的科学家相信各种问题都可以得到解决。

2月6日，由中国航天科工集团公司（CASIC）飞行器技术研究所磁电总部科学家李少伟领导的团队在一篇同行评议论文中写道：“电磁发射技术为克服这些挑战提供了一个有前途的解决方案，并已成为世界领先国家正在追求的战略前沿技术。

该设施可以将重物推进到接近 1,000 公里/小时（620 英里/小时）的速度——接近音速。未来几年，测试线的长度将延长，以达到5,000公里/小时的最高运行速度。

这是地球上最雄心勃勃的电磁推进设施，有望支持下一代高速铁路的发展，并为空间电磁发射项目收集重要的科学和工程数据。

与此同时，在山东省东部省会济南，在中国科学院（CAS）的监督下，另一条支持超高速电磁雪橇实验的巨型磁悬浮轨道也已启动并运行。

将理论付诸实践

为了验证这一理论，中国最重要的航空航天和国防承包商之一中国航天科工集团（CASIC）在山西省大同市的工业中心地带建造了一个2公里（1.2英里）的低真空轨道高速磁悬浮试验设施。

该设施可以将重物推进到接近 1,000 公里/小时（620 英里/小时）的速度——接近音速。未来几年，测试线的长度将延长，以达到5,000公里/小时的最高运行速度。

这是地球上最雄心勃勃的电磁推进设施，有望支持下一代高速铁路的发展，并为空间电磁发射项目收集重要的科学和工程数据。

与此同时，在山东省东部省会济南，在中国科学院（CAS）的监督下，另一条支持超高速电磁雪橇实验的巨型磁悬浮轨道也已启动并运行。

美国宇航局未能发射

中国并不是第一个提出电磁空间发射系统的国家。自冷战时代以来，这些概念就一直在流传。

在 1990 年代，美国宇航局试图将这个想法从纸上变成现实，第一步是建造一条 15 米（49 英尺）的小型测试线。

然而，由于资金不足和技术困难，已完工的轨道的实际长度不到10米。最终，该项目被取消，政府和军方领导人将资源转向开发航空母舰的低速电磁弹射器技术。

但是，第一艘配备这项新技术的航空母舰福特号航空母舰一直受到问题的困扰。在特朗普担任总统期间，他抱怨电磁弹射器的实际性能远不如传统的蒸汽弹射器。

美国海军也公开承认，福特号电磁弹射器系统的故障率过高，导致整个航母打击群的作战能力下降。

由于电磁发射技术遭受重大挫折，美军放弃了轨道炮等一些相关项目的开发，将节省下来的资金转移到高超音速导弹上。

现在，中国接过了美国交出的接力棒。

计算机模拟、风洞测试

在研究的早期阶段，他们发现了美国宇航局的一个惊人的遗漏：从未进行过风洞测试来确定将太空飞机从轨道上分离的可行性。

美国宇航局最初的想法是，将航天飞机加速到700公里/小时就足以消除对第一级火箭的需求，但中国科学家认为这个速度太低了。

然而，随着速度的增加，飞机、携带它的电磁雪橇和地面轨道之间的气流变得非常强烈和复杂。因此，项目团队必须确认的第一件事是飞机将能够安全地与轨道分离。

为此，李的团队进行了广泛的计算机模拟和风洞测试。他们的研究结果表明，当飞机突破音障时，许多冲击波沿着其底部产生涟漪，与地面碰撞并产生一连串的反射。

这些冲击波会造成气流中断，在飞机、电磁雪橇和轨道之间形成亚音速气流。

根据风洞测试结果，当雪橇达到目标速度，释放飞机并突然刹车时，混乱的气流最初使飞行器浮起，但在四秒钟后才转变为向下推力。

如果机上有乘客，他们可能会感到短暂的头晕或失重。但随着飞机与轨道之间距离的增加，气流的强度会减弱，直到完全消失。

伴随着发动机的轰鸣声，飞机随后进入快速爬升阶段。

飞船的某些部分需要加固以承受反射的冲击波。还需要进一步的真实世界测试。但总的来说，这种方法是安全可行的，李的团队在论文中写道。

中国在轨道炮研究方面的优势

在电磁太空发射系统领域，中国处于领先地位，拥有其他国家所缺乏的一些明显优势。

像CASIC这样的主要国防企业已经生产了自己的高超音速武器，这些武器现在是中国人民解放军（PLA）武器库的一部分，并为其创造者创造了收入。

此外，中国在电磁轨道炮研究方面处于领先地位，在高性能电源、精密控制技术、耐磨涂层和能够抵抗强电磁干扰的电子设备开发等方面取得了突破。

中国强大的制造业还可以为高速磁悬浮轨道提供世界上最好、最具成本效益的稀土永磁体或超导线。许多渴望建造高速磁悬浮列车的城市都准备投资。

在埃隆·马斯克去年停止超级高铁一号（Hyperloop One）之后，中国独自致力于推进这项技术。

虽然SpaceX的可重复使用火箭已将卫星发射成本削减至3,000美元/公斤，但一些科学家估计，电磁太空发射系统可以将这些成本降至60美元/公斤。

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