NASA 工程师建议将轨道炮和冲压发动机结合起来,将航天器发射入轨道

今年4月,奥巴马总统敦促美国国家航空航天局(NASA)提出一种比传统火箭发射航天器更便宜的方法。到了9月,该机构的工程师们提出了一个计划,该计划将节省数百万美元的推进剂,提高宇航员的安全,并实现更频繁的飞行。这只需要两英里的火车轨道、一架能以十倍音速飞行的飞机,以及能点亮一座小镇所需的巨大电量。

该系统需要一个长两英里的电磁炮,它将发射一个高超音速冲压发动机,然后飞到20万英尺的高度。之后,高超音速冲压发动机将把有效载荷送入轨道,然后返回地球。这个过程比火箭发射更复杂,但工程师们说它也更灵活。有了它,NASA可以在一天内将一颗重达1万磅的卫星送入轨道,第二天就派出一艘载人飞船前往月球,而消耗的推进剂只是当今火箭的一小部分。

这听起来可能太不可思议了,以至于不可能成为现实。但与其他的无火箭太空进入计划不同,NASA肯尼迪航天中心的一位物理学家斯坦·斯塔尔说,每项相关技术都足够先进,可以在10年内进行测试。NASA的高超音速冲压发动机已经以10马赫的速度飞行了12秒;去年春天,波音公司的X-51高超音速冲压发动机以5马赫的速度创下了200秒的纪录。电磁炮也在发展中。海军正在测试一种电磁发射系统,以取代弹射战斗机从航空母舰上起飞的液压系统。参与该项目的NASA航空航天工程师保罗·巴托洛塔说:“我们已经具备了所有的要素。现在我们只需要弄清楚如何把它们组合起来。”

如何进入轨道

启动电磁炮

一台24万马力的直线电机将180兆瓦的电能转化为电磁力,驱动载有航天器的冲压发动机沿长达两英里的轨道加速。航天器在不到60秒的时间内从0加速到1100英里/小时(1.5马赫),速度很快,但加速度小于3 G,对载人飞行是安全的。

启动冲压发动机

飞行员启动一台高速涡轮喷气发动机,并从轨道上发射。一旦航天器达到4马赫,流经喷气进气口的空气足够快,以至于它会压缩、加热到3000华氏度,并点燃燃烧室中的氢气,产生数万磅的推力。

进入轨道

在20万英尺的高度,冲压发动机(此时速度为10马赫)没有足够的空气来产生推力。太空飞行从这里开始。两部分航天器分离,冲压发动机向下俯冲以避开上方的航天器,然后上方的航天器启动尾部火箭,将其送入轨道。

成功着陆

冲压发动机减速,利用其涡轮喷气发动机飞回地球,在跑道上着陆。一旦航天器将其有效载荷送入轨道,它将重新进入大气层,滑翔返回发射地点。这两部分航天器可以在着陆后24小时内准备好执行下一次任务。

 

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