還記得法國作家儒勒·凡爾納創(chuàng)作的長篇科幻小說《從地球到月球》中的著名實(shí)驗(yàn)嗎？三個(gè)勇士要到月球去探險(xiǎn)，乘坐由一門火炮發(fā)射的空心彈飛上了太空，看到了太空里許多壯觀景象。雖然后來證實(shí)，人類無法承受火炮發(fā)射時(shí)瞬間所產(chǎn)生的巨大加速度，但“炮射入軌”這種“非傳統(tǒng)入軌”方式給航天發(fā)射技術(shù)進(jìn)步提供了想象空間。

非傳統(tǒng)航天發(fā)射方式，是有別于火箭發(fā)射的其他航天發(fā)射技術(shù)，目前主要包括火炮發(fā)射、電磁發(fā)射、離心發(fā)射等。由于其擁有低成本快速入軌的顯著優(yōu)點(diǎn)，或?qū)⑻娲鷤鹘y(tǒng)航天發(fā)射方式，并對(duì)未來人類航天事業(yè)產(chǎn)生革命性影響。

非傳統(tǒng)航天發(fā)射方式“更加經(jīng)濟(jì)”

借助火箭發(fā)射一次衛(wèi)星要花多少錢？

不同的火箭有不同的價(jià)格。歐洲“阿利安5號(hào)”運(yùn)載火箭每次發(fā)射費(fèi)用約為1.65億美元，每公斤發(fā)射費(fèi)用約為10313美元；美國德爾塔IV型中型火箭平均每次發(fā)射費(fèi)用為1.64億美元；俄羅斯主力運(yùn)載火箭——聯(lián)盟-FG運(yùn)載火箭每次發(fā)射費(fèi)用大約為5000萬美元，每公斤發(fā)射費(fèi)用為7246美元……我們不難發(fā)現(xiàn)，盡管運(yùn)載火箭已經(jīng)成為發(fā)射人造地球衛(wèi)星的普遍方式，但每次發(fā)射所耗費(fèi)的成本仍然極高。

因此，各國若想在航天技術(shù)領(lǐng)域取得發(fā)展并占有一席之地，成本是不得不考慮的因素。換句話說，誰能更快掌握低成本發(fā)射衛(wèi)星技術(shù)，誰就能在航天技術(shù)領(lǐng)域先人一步，在國際航天發(fā)射市場占據(jù)優(yōu)勢(shì)。

與火箭發(fā)射這種傳統(tǒng)航天發(fā)射方式相比，以火炮發(fā)射、電磁發(fā)射為代表的非傳統(tǒng)航天發(fā)射方式，成本大大降低，在“低成本快速入軌”越來越成為太空產(chǎn)業(yè)未來發(fā)展潮流的今天，具有巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

為了節(jié)省成本，傳統(tǒng)火箭發(fā)射方式作了很大努力。1995年，由美國、俄羅斯、烏克蘭和挪威共同發(fā)起的“海上發(fā)射”項(xiàng)目，采用創(chuàng)新性的移動(dòng)式海上發(fā)射平臺(tái)，使用俄羅斯的“天頂-3SL”火箭執(zhí)行發(fā)射任務(wù)。這個(gè)項(xiàng)目之所以選擇海上發(fā)射，一個(gè)重要原因就是，在海上發(fā)射，火箭發(fā)射的緯度位置可以自由選擇，而選擇臨近赤道的地方發(fā)射衛(wèi)星，可最大限度地利用地球自轉(zhuǎn)力，提高衛(wèi)星的飛行速度和火箭運(yùn)載能力，延長衛(wèi)星運(yùn)行壽命，大大降低衛(wèi)星運(yùn)營和火箭發(fā)射成本。

但與火炮發(fā)射等非傳統(tǒng)航天發(fā)射方式相比，選擇海上發(fā)射的成本還是很高的。

20世紀(jì)60年代，用于試驗(yàn)“將衛(wèi)星打入軌道”的HARP工程開始啟動(dòng)，一生致力于新型火炮和彈藥設(shè)計(jì)的加拿大火炮科學(xué)家吉拉德·布爾，來到位于加勒比海的巴巴多斯島上，開始了“太空炮”的研發(fā)工作。他試圖用大炮直接發(fā)射衛(wèi)星，這樣做不但能大大降低成本，在戰(zhàn)爭時(shí)運(yùn)用此項(xiàng)技術(shù)還能向更遠(yuǎn)的地方發(fā)射炮彈，可謂一舉兩得。雖然“大炮發(fā)射衛(wèi)星”研究計(jì)劃隨著布爾去世被擱置，但其大炮發(fā)射入軌的理論被證明是可行的。

電磁發(fā)射衛(wèi)星也為節(jié)省成本提供了新思路。據(jù)估算，與常規(guī)武器相比，火炮發(fā)射藥產(chǎn)生每焦耳能量需要10美元，而電磁炮只需0.1美元。電磁炮是利用電磁發(fā)射技術(shù)制成的一種先進(jìn)動(dòng)能殺傷武器。與傳統(tǒng)大炮將火藥燃?xì)鈮毫ψ饔糜趶椡璨煌�，電磁炮是利用電磁系統(tǒng)中電磁場產(chǎn)生的安培力來對(duì)金屬炮彈進(jìn)行加速，使其具備打擊目標(biāo)所需的動(dòng)能。電磁發(fā)射成本低、操控安全、適應(yīng)性強(qiáng)，能量釋放易于控制，可重復(fù)快速發(fā)射。有專家表示，電磁發(fā)射具有眾多優(yōu)點(diǎn)，可為快速、低成本地向太空投送小衛(wèi)星和物資提供新思路。

點(diǎn)亮非傳統(tǒng)航天發(fā)射“星星之火”

幾十年來，有遠(yuǎn)見的人一直在尋找進(jìn)入太空的方法。不光是依靠火箭的力量，在對(duì)非傳統(tǒng)航天發(fā)射技術(shù)的探索中，已經(jīng)開始出現(xiàn)多種發(fā)射方式。

巴巴多斯巨炮是最早的實(shí)踐。為實(shí)施高空飛行研究計(jì)劃而制造的加拿大巴巴多斯巨炮，是人類有史以來射程最遠(yuǎn)的火炮。它由兩門406毫米口徑炮管焊接而成，最終組成了一門炮膛長達(dá)36米的超級(jí)巨炮。這門火炮發(fā)射的也并非普通炮彈，而是一種被稱為“無足鳥”的加裝了火箭助推增程裝置的特質(zhì)彈丸。巴巴多斯巨炮在發(fā)射時(shí)，能將100公斤左右重量的物體以每秒2100米的初速，送到180千米的太空。如果采用傳統(tǒng)火炮拋射的方式發(fā)射炮彈，則可達(dá)到4000千米遠(yuǎn)的射程，堪比中程彈道導(dǎo)彈的射程。如果給火箭增程彈加成，它還能將214公斤重的物體送上250千米的太空，而這已經(jīng)超過最低的衛(wèi)星軌道高度。高空飛行研究計(jì)劃的最終目標(biāo)，是研制一種三級(jí)火箭推進(jìn)的炮射運(yùn)載工具，真正實(shí)現(xiàn)“大炮發(fā)射衛(wèi)星”。

另外一種發(fā)射方法，即空對(duì)軌發(fā)射。它的設(shè)想者——一家高科技私人太空發(fā)射公司計(jì)劃將一架超大飛機(jī)作為火箭的發(fā)射平臺(tái)，飛機(jī)翼展達(dá)117米，飛行高度可達(dá)上萬米。這架飛機(jī)的作用類似于航天飛機(jī)，可帶著小型火箭飛往高空，然后在空中完成發(fā)射，而不是像普通火箭一樣在地面發(fā)射。公司創(chuàng)始人艾倫在接受《連線》雜志記者采訪時(shí)說：“當(dāng)你看到那架巨型飛機(jī)時(shí)，你會(huì)覺得這有點(diǎn)瘋狂。除非你是認(rèn)真的，否則你是不會(huì)建造它的。因?yàn)槟悴粌H僅想看到飛機(jī)飛上長空，而且還想看到它完成它的使命——將航天工具送入軌道�！�

還有一個(gè)叫做“高架發(fā)射管”的非傳統(tǒng)航天發(fā)射項(xiàng)目。項(xiàng)目提出者詹姆士·鮑威爾早在20世紀(jì)60年代，就進(jìn)行了相關(guān)研究。作為超導(dǎo)磁懸浮領(lǐng)域的早期研究者之一，他主張創(chuàng)建一條足夠長的真空管道，管道的開口對(duì)準(zhǔn)天空，利用超導(dǎo)磁懸浮的動(dòng)力，將火箭像炮彈一樣發(fā)射到太空。他設(shè)想創(chuàng)建兩條磁懸浮真空管道，一條用來運(yùn)送人員，另一條用來運(yùn)輸貨物。管道預(yù)計(jì)每年可運(yùn)輸10萬噸的貨物，它的運(yùn)力將是火箭的數(shù)倍。這個(gè)設(shè)想一旦實(shí)現(xiàn)，人類向太空運(yùn)送物資或?qū)⒆兊幂p而易舉。

不能否認(rèn)，目前非傳統(tǒng)航天發(fā)射技術(shù)有的還處于技術(shù)構(gòu)想階段，普遍性地存在一些難點(diǎn)，如在發(fā)射器壽命、發(fā)射載荷抗過載等方面的技術(shù)亟需攻關(guān)。但并不妨礙這幾種發(fā)射方式成為這一領(lǐng)域的“星星之火”，吸引更多人對(duì)非傳統(tǒng)航天發(fā)射技術(shù)進(jìn)行探索。

“明日之箭”已展現(xiàn)出廣闊發(fā)展前景

先后經(jīng)歷“挑戰(zhàn)者”號(hào)和“哥倫比亞”號(hào)兩次重大空難，隨著2011年“阿特蘭蒂斯”號(hào)航天飛機(jī)的最后一次飛行，美國的航天飛機(jī)時(shí)代已宣告終結(jié)。但美國在嘗試其他航天發(fā)射方式上始終不遺余力。

今年6月，位于美國加州長灘的自旋發(fā)射公司宣布，在由國防創(chuàng)新機(jī)構(gòu)安排的一項(xiàng)交易中，其拿到了美國國防部的一份“發(fā)射初樣合同”。該公司打算在明年初從新墨西哥州美洲航天港進(jìn)行首批試驗(yàn)飛行，在不用傳統(tǒng)發(fā)射臺(tái)的情況下把衛(wèi)星“拋”往太空。該消息迅速引發(fā)了人們對(duì)于非傳統(tǒng)航天發(fā)射技術(shù)的關(guān)注。

這是非傳統(tǒng)航天發(fā)射方式中的“離心發(fā)射”——采用類似于離心機(jī)的裝置，將被發(fā)射的物體加速后，如同鏈球一般“扔”出去。該公司目標(biāo)是研發(fā)一款低成本發(fā)射系統(tǒng)，目前正在研制的一款“基于動(dòng)能的發(fā)射系統(tǒng)”，能利用地面上的一個(gè)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)，把載有小型有效載荷的化學(xué)火箭加速到高超音速，隨后被安裝在一臺(tái)看似離心機(jī)旋臂上的火箭將會(huì)點(diǎn)火工作，有效載荷隨之送入軌道。

自旋發(fā)射公司表示，在明年完成一系列試飛后，他們打算在2022年啟動(dòng)商業(yè)發(fā)射業(yè)務(wù)。公司還表示，他們能用最低的費(fèi)用提供高頻度專享入軌發(fā)射。這將真正成為新興商業(yè)航天產(chǎn)業(yè)的一個(gè)頗具顛覆性的推動(dòng)因素，有望引發(fā)由廉價(jià)小衛(wèi)星組網(wǎng)，用于災(zāi)害監(jiān)測(cè)、天氣、偵察、通信和其他服務(wù)的低軌星座市場需求的激增。

自旋發(fā)射公司率先在商業(yè)應(yīng)用上大膽嘗試，但也有不少人對(duì)非傳統(tǒng)航天發(fā)射技術(shù)的應(yīng)用提出質(zhì)疑。主要是因?yàn)椋弘m然發(fā)射射程夠了，但衛(wèi)星光送上天不行，還需要更高水平的加速度才能進(jìn)入軌道。著眼這一問題，俄羅斯率先試驗(yàn)。據(jù)俄羅斯《觀點(diǎn)報(bào)》報(bào)道，俄羅斯科學(xué)院高溫聯(lián)合研究所工程師2016年7月12日在莫斯科郊外，首次試驗(yàn)自行研發(fā)的電磁軌道炮加速器，讓彈丸達(dá)到了第一宇宙速度。俄科學(xué)院代表稱，俄羅斯科學(xué)家成功將磁軌炮中的“彈丸”加速至11千米/秒，這樣的速度足以克服地球引力。

總體來看，暫時(shí)的困難并不會(huì)削減人們對(duì)非傳統(tǒng)航天發(fā)射領(lǐng)域的熱情。非傳統(tǒng)航天發(fā)射技術(shù)發(fā)展前景廣闊，或?qū)⒊蔀楹教彀l(fā)射的主力。

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