还记得法国作家儒勒·凡尔纳创作的长篇科幻小说《从地球到月球》中的有名实验吗？三个勇士要到月球去探险，乘坐由一门火炮发射的空心弹飞上了太空，看到了太空里很多壮观情景。固然后来证实，人类无法承受火炮发射时瞬间所发生的伟大加快度，但“炮射入轨”这种“非传统入轨”体式给航天发射手艺提高供应了想象空间。
非传统航天发射体式，是有别于火箭发射的其他航天发射手艺，今朝首要包罗火炮发射、电磁发射、离心发射等。因为其拥有低成本快速入轨的显著长处，或将替代传统航天发射体式，并对将来人类航天事业发生革命性影响。
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航天发射手艺的“明日之箭”
■..报记者 程 雪
电磁轨道炮航天发射示意图。
非传统航天发射体式“加倍经济”
借助火箭发射一次卫星要花几多钱？
分歧的火箭有分歧的价钱。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；俄罗斯主力运载火箭——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……我们不难发现，尽管运载火箭已经成为发射人造地球卫星的遍及体式，但每次发射所花消的成本仍然极高。
是以，列国若想在航天手艺范畴取得成长并占有一席之地，成本是不得不考虑的身分。换句话说，谁能更快把握低成本发射卫星手艺，谁就能在航天手艺范畴祖先一步，在国际航天发射市场占有优势。
与火箭发射这种传统航天发射体式比拟，以火炮发射、电磁发射为代表的非传统航天发射体式，成本大大降低，在“低成本快速入轨”越来越成为太空财富将来成长潮水的今天，具有伟大的成长潜力。
为了节约成本，传统火箭发射体式作了很大起劲。1995年，由美国、俄罗斯、乌克兰和挪威配合提议的“海上发射”项目，采用立异性的移动式海上发射..，使用俄罗斯的“天顶-3SL”火箭执行发射义务。这个项目之所以选择海上发射，一个主要原因就是，在海上发射，火箭发射的纬度位置能够自由选择，而选择临近赤道的处所发射卫星，可最大限度地行使地球自转力，提高卫星的航行速度和火箭运载能力，耽误卫星运行寿命，大大降低卫星运营和火箭发射成本。
但与火炮发射等非传统航天发射体式比拟，选择海上发射的成本照样很高的。
20世纪60年月，用于试验“将卫星打入轨道”的HARP工程起头启动，平生致力于新型火炮和弹药设计的加拿大火炮科学家吉拉德·布尔，来到位于加勒比海的巴巴多斯岛上，起头了“太空炮”的研发工作。他试图用大炮直接发射卫星，如许做不只能大大降低成本，在战争时运用此项手艺还能向更远的处所发射炮弹，可谓一举两得。固然“大炮发射卫星”研究规划跟着布尔作古被弃捐，但其大炮发射入轨的理论被证实是可行的。
电磁发射卫星也为节约成本供应了新思路。据估算，与常规兵器比拟，火炮发射药发生每焦耳能量需要10美元，而电磁炮只需0.1美元。电磁炮是行使电磁发射手艺制成的一种进步动能杀伤兵器。与传统大炮将火药燃气压力感化于弹丸分歧，电磁炮是行使电磁系统中电磁场发生的安培力来对金属炮弹进行加快，使其具备袭击方针所需的动能。电磁发射成本低、操控平安、适应性强，能量释放易于掌握，可反复快速发射。有专家透露，电磁发射具有浩瀚长处，可为快速、低成内陆向太空投送小卫星和物资供应新思路。
空对轨航天发射示意图。
点亮非传统航天发射“星星之火”
几十年来，有远见的人一向在寻找进入太空的方式。不单是依靠火箭的力量，在对非传统航天发射手艺的索求中，已经起头显现多种发射体式。
巴巴多斯巨炮是最早的实践。为实施高空航行研究规划而制造的加拿大巴巴多斯巨炮，是人类有史以来射程最远的火炮。它由两门406毫米口径炮管焊接而成，最终构成了一门炮膛长达36米的超等巨炮。这门火炮发射的也并非通俗炮弹，而是一种被称为“无足鸟”的加装了火箭助推增程装配的特质弹丸。巴巴多斯巨炮在发射时，能将100公斤摆布重量的物体以每秒2100米的初速，送到180千米的太空。若是采用传统火炮抛射的体式发射炮弹，则可达到4000千米远的射程，堪比中程弹道导弹的射程。若是给火箭增程弹加成，它还能将214公斤重的物体奉上250千米的太空，而这已经跨越最低的卫星轨道高度。高空航行研究规划的最终方针，是研制一种三级火箭推进的炮射运载对象，真正实现“大炮发射卫星”。
此外一种发射方式，即空对轨发射。它的设想者——一家高科技私人太空发射公司规划将一架超大飞机作为火箭的发射..，飞机翼展达117米，航行高度可达上万米。这架飞机的感化雷同于航天飞机，可带着小型火箭飞往高空，然后在空中完成发射，而不是像通俗火箭一般在地面发射。公司创始人艾伦在接管《连线》杂志记者采访时说：“当你看到那架巨型飞机时，你会感觉这有点疯狂。除非你是卖力的，不然你是不会建造它的。因为你不光仅想看到飞机飞上漫空，并且还想看到它完成它的使命——将航天对象送入轨道。”
还有一个叫做“高架发射管”的非传统航天发射项目。项目提出者詹姆士·鲍威尔早在20世纪60年月，就进行了相关研究。作为超导磁悬浮范畴的早期研究者之一，他主张建立一条充沛长的真空管道，管道的启齿瞄准天空，行使超导磁悬浮的动力，将火箭像炮弹一般发射到太空。他设想建立两条磁悬浮真空管道，一条用来输送人员，另一条用来运输货色。管道估计每年可运输10万吨的货色，它的运力将是火箭的数倍。这个设想一旦实现，人类向太空输送物资或将变得易如反掌。
不克否认，今朝非传统航天发射手艺有的还处于手艺构想阶段，遍及性地存在一些难点，如在发射器寿命、发射载荷抗过载等方面的手艺亟需攻关。但并不故障这几种发射体式成为这一范畴的“星星之火”，吸引更多人对非传统航天发射手艺进行索求。
高架发射管航天发射示意图。
“明日之箭”已显现出广宽成长前景
先后履历“挑战者”号和“哥伦比亚”号两次重大空难，跟着2011年“阿特兰蒂斯”号航天飞机的最后一次航行，美国的航天飞机时代已宣了结结。但美国在测验其他航天发射体式上始终竭尽全力。
本年6月，位于美国加州长滩的自旋发射公司公布，在由国防立异机构放置的一项生意中，其拿到了美国国防部的一份“发射初样合同”。该公司筹算在来岁初从新墨西哥州美洲航天港进行首批试验航行，在不消传统发射台的情形下把卫星“抛”往太空。该新闻敏捷激发了人们对于非传统航天发射手艺的存眷。
这是非传统航天发射体式中的“离心发射”——采用雷同于离心计的装配，将被发射的物体加快后，如同链球一样“扔”出去。该公司方针是研发一款低成本发射系统，今朝正在研制的一款“基于动能的发射系统”，能行使地面上的一个扭转系统，把载有小型有效载荷的化学火箭加快到高明音速，随后被安装在一台看似离心计旋臂上的火箭将会焚烧工作，有效载荷随之送入轨道。
自旋发射公司透露，在来岁完成一系列试飞后，他们筹算在2022年启动贸易发射买卖。公司还透露，他们能用最低的费用供应高频度专享入轨发射。这将真正成为新兴贸易航天财富的一个颇具推翻性的鞭策身分，有望激发由廉价小卫星组网，用于灾祸监测、天色、伺探、通信和其他办事的低轨星座市场需求的激增。
自旋发射公司率先在贸易应用上勇敢测验，但也有不少人对非传统航天发射手艺的应用提出质疑。首要是因为：固然发射射程够了，但卫星光奉上天不成，还需要更高水平的加快度才能进入轨道。着眼这一问题，俄罗斯率先试验。据俄罗斯《概念报》报道，俄罗斯科学院高温结合研究所工程师2016年7月12日在莫斯科郊外，首次试验自行研发的电磁轨道炮加快器，让弹丸达到了第一宇宙速度。俄科学院代表称，俄罗斯科学家成功将磁轨炮中的“弹丸”加快至11千米/秒，如许的速度足以战胜地球引力。
总体来看，临时的难题并不会削减人们对非传统航天发射范畴的热情。非传统航天发射手艺成长前景广宽，或将成为航天发射的主力。
