峰哥博客
SpinLaunch公司的测试基地，中央的圆形物体为离心机。 图片来源 美国SpinLaunch公司
综合编译 李 伟
人类利用离心力投掷物体并用于军事行动的历史非常悠久，从古罗马时期的抛石机到第一次世界大战期间的掷弹装置。进入21世纪，随着探索太空的步伐加快，一个大胆的想法诞生了——利用巨型离心机将卫星等载荷抛向宇宙，大幅削减航天发射的成本。
不久前，这种听起来如同科幻的想法被美国一家初创公司变成了现实。今年10月底，总部设在加利福尼亚州的SpinLaunch公司，在位于新墨西哥的试验场首次测试了其“亚轨道加速器”的原型机。从演示视频看，这个装置的外形酷似钟表盘，内部装有处于真空中、由电力驱动的离心机。需要发射升空的物体被固定在“钟表指针”上，一直加速旋转到数倍音速，另有一个平衡器反向旋转。达到设定速度后，运载器冲破发射筒顶部的薄膜，在不到1毫秒的时间内被抛向高空。此后，火箭发动机启动，继续向预定轨道前进，直至释放卫星。
“可重复使用”很重要
成立于2014年的SpinLaunch公司此前鲜为人知。该公司首席执行官乔纳森·亚尼称，这套装置“是使用地面系统将运载火箭加速到高超音速的截然不同的方式”。他说，SpinLaunch在第一次测试中使用的离心加速器的尺寸只有最终版本的1/3，但仍然高达近百米；被抛射到高空的亚轨道运载器长度约3米，将它加速到每小时3000英里（约4828公里），只消耗了约20%的加速器功率。
这次测试旨在验证空气动力学和释放机制方面的基本概念。运载器升空后被回收，因为“可重复使用”是SpinLaunch公司计划中最关键的部分之一。回收系统会增加运载器的体积和复杂性，但也能证明其价值——运载器用特殊材料制成，足以承受高速和与空气摩擦产生的热量。
下一步，该公司打算在运载器内安装火箭发动机，以实现更持久的轨道飞行能力。这台发动机在运载器上升到高空后才会开始工作。根据SpinLaunch公司的说法，火箭在约6.1万米的高度点燃之前，运载器会在无动力状态下滑行约1分钟。
用离心机发射的载荷无需额外动力就可以冲出大气层，今后，这类技术能够以“零排放”发射卫星和其他航天器。后续测试很快就会开始，该公司计划在未来6个月到8个月内进行约30次亚轨道试飞。SpinLaunch公司表示，它正在进行风险控制研究，努力完善设计，产品正式定型后的名称是“L100轨道质量加速器”。
用离心机产生的动能进行航天发射，听起来匪夷所思，如果这种技术完全成熟，将比传统的太空发射系统更具优势。时至今日，运载火箭携带的燃料占了相当大的比重，有效载荷的尺寸和重量因此被压缩。相比之下，SpinLaunch公司的方案使用小得多的运载器，燃料负荷减少，有效载荷占比相应增加。按该公司的计算，现有技术可将重约180公斤的有效载荷送入轨道。
首要卖点在于战时快速部署
SpinLaunch公司已从各路投资者手中筹集了1.1亿美元，目标是进军商业航天发射市场。这个项目中的成熟技术同样具有军事潜力。据美国“太空”网站报道，五角大楼已对这家公司的技术产生兴趣。
这套系统在投掷重量上依然存在局限性，无法将更大更重的有效载荷送入轨道，而传统的运载火箭的投送重量以吨为单位。不过，SpinLaunch仍能满足美国空军及太空部队和导弹防御局的部分要求，这些部门越来越需要将小型卫星送入太空。
更重要的是，快速将航天器发射升空对军事行动具有特殊意义。现在，各国军方面临这样的现实：中大型卫星目标明显，易受动能武器、空间碎片的威胁。如果现有的卫星受损而停止运行，SpinLaunch公司的方案可能是在短时间内将小型卫星发射上天的理想方式。战时，成群结队的小卫星组成的“星座”完全可以像大型卫星一样覆盖全球。
相关概念的应用场景不限于太空发射。美国“slashgear”网站分析认为，发展超远程打击能力，也就是在短时间内从远处轰炸目标的能力，是美军当前的首要任务之一。用离心加速器在大气层内远距离投掷弹头的场面不难想象。尽管SpinLaunch公司的系统最初并不是为了进攻性任务设计的，但它在武器化应用方面的潜力似乎对军方具有更强的吸引力。
SpinLaunch并不是唯一一家致力于降低航天发射成本的初创公司。去年，美国Aevum公司展示了Ravn-X自主运载火箭，它类似可重复使用的无人机，下方吊挂一枚运载火箭，可将卫星等有效载荷发射到低轨道。Aevum公司声称它提供了比传统火箭更简单、更便宜和更灵活的解决方案。今年夏天，Green Launch公司在美国陆军位于亚利桑那州的尤马试验场进行了相关测试。
此外，竞争对手还有诺斯罗普·格鲁曼公司的“观星者”系统和维珍公司的“轨道发射器一号”，它们使用改装的客机发射火箭，快速将卫星送入轨道。“观星者”拿到了军方的测试性订单。
相比之下，SpinLaunch公司基于离心机的发射系统涉及固定基础设施，如传统发射台，欠缺机动性和灵活性。SpinLaunch表示，预计将在2024年年底执行首次商业发射任务。首席执行官亚尼称，离心加速器可以将进入轨道所需的燃料减少75%，成本降低90%。一旦最终版系统就绪，该公司将在沿海地区寻找能够支持每天数十次发射的设施。在不动用大型火箭的前提下，如此之高的发射频率会进一步拉低将有效载荷送入太空的成本。
来源：中国青年报客户端
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作者:
F_Robot，
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原文地址《
用离心机把卫星“扔”进太空》发布于2021-12-17
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