【博評】William﹕科幻成真?濟南噸級次音速電磁滑橇投入服務

2022-10-23 10:32:57 最後更新日期:2022-10-24 11:11:05
William Lam

現實中只是個小職員的軍武 / 科普愛好者

 31143A高達世界UC紀元中的香港,其實是個地區宇宙港。這個未來世界新香港銀礦灣質量投射器 / 發射場最初是出現在1988年高達劇場版《馬沙之反擊》中,25年後又在《機動戰士高達UC》最終章中出現過。

 

科幻作品中,經常出現質量投射器,用以將太空船之類等載具發射往宇宙。其中《馬沙之反擊》 及《機動戰士高達UC》 中,香港更出現一台由銀礦灣出發並經過喜靈州、長3公里以上的電磁加速大型質量投射器軌道,以彈射往返地球的太空穿梭機,並使香港成為高達世界中一個重要的地區宇宙港。

當然,要建立一條3-4公里長、能夠加速大型太空載具的巨型電磁加速軌道,所需發射能量及結構強度(以及涉及的金額),似乎也是今天人類未必能造到的,但……一切的技術研究,總要有人做先行者吧。

 Shff電磁橇基地測試現場。由於這區的GOOGLE EARTH圖像自2018年後就沒更新,所以不確定其有多長,不過看起來應該接近兩公里,不過由於滑軋末端好像有新工程,現時還未知道最終會有多長。(YOUTUBE片段截圖)

 

根據中央電視台報道,近日,階段性建成的世界首個電磁推進地面超高速試驗設施“電磁橇”設施,在濟南成功運行,對於噸級或以上物體最高推進速度可達每小時1030公里,創造了大品質超高速電磁推進技術的世界最高速度紀錄。世界首個電磁橇設施位於山東濟南,是中國科學院與山東省、濟南市兩級政府開展戰略合作的重大專案。

 cc23aa2控制室展示面版中,有提到充能及儲能裝置,同時也有電力傳輸及控制情況的顯示面版,暗示這電磁橇已用上綜合電力管理系統,可自由為不同部分配送不同功率的電力,為電磁橇提供最精確的加速度,因為這樣的長程磁彈加速愈往後行程愈需要更大的電力維持及提高滑橇的速度,直至加速階段完結為止。(YOUTUBE片段截圖)

 

這則報道相當簡單,甚至連試驗場究竟在濟南哪區都未有提及,只透露最高可達到時速,且似乎還未完全完成(可能有更長的軌道要建設)但已可投入使用。片段能提供的訊息倒較多,例如有涉及的推進技術應該是磁懸浮驅動技術、綜合電力控制系統。超導磁鐵、超級電容等,由技術層面判斷,似乎和馬偉明院士研究項目及海軍電磁彈射系統有關,雖然彈射速度要求更高(艦載型雖然有嚴格體積要求,但要求的彈射速度最多200公里而已),但涉及空間限制小得多,難度也沒那麼高,事實上有一點「技術下放」或「軍轉民」的成分。

 31143E由強制冷廠房及四層高、每組都有1米多高,而且都有獨立控制系統與監察系統判斷,這是一個大型超級電容設備,每一個都是大型儲電池。(網絡圖片及微博影片截圖)

 

需要留意的是,這部電磁滑橇系統現時主要作用還是測試高速滑行物體在真正大氣環境(而不是風洞)中的氣動情況,例如次世代高速交通功具,尤其是400公里時速以上商業運行的高鐵系統,並搞一些諸如撞擊實驗之類的活動,算是一種高速運動實驗室 (由於附近仍有民居,估計不會拿來作彈射座椅實驗了)。

31143F美國亞利桑娜州曼德勒空軍基地,有現時世上最長的火箭橇,達16公里長,2003年曾創下地速最快紀錄—8.6倍超音速。相對地,中國的襄樊火箭滑橇工程大約有9公里長。(圖片來自連結)

 

過去這種地面高速運行通常要用到中型固體火箭進行加速,但固體燃料火箭在維護上有一定危險性(尤其附近民居較多時),而且在速度控制上,因為固燃火箭是在最初燃燒十多秒時加至極速,然後滑橇就只有慣性前進,模擬的速度環境和實際情景仍有一定差異。況且利用火箭加速,滑軌承受的磨損其實相當大。然而若使用磁浮及磁力推進原理,軌道負荷可以大幅減少,也能減低相當的危險性。

 1 C9dVSjDNfW mwt7Qp XffQ納粹德國時火箭彈道學家桑格爾(就是搞出和桑格爾彈道、和錢學森齊名那位),構思出銀鳥(Silbervogel)軌道轟炸機,並在有仰角的固定軌道上由火箭引擎助推發射。銀鳥算是第一架進入設計階段的跨大氣層飛行器。戰後他在這方面的研究給了美蘇太空科技人才非常重要的參考作用。當然,銀鳥的固定軌道只起到穩定起飛的作用,但利用電磁彈射及磁懸浮原理的有動力軌道,理論上也可作為太空載具(如已開始測試驗證機的騰雲工程)的初始加速手段。(圖片來自連結)

 

至於遠景上,這可是支援中國空天飛機及空間運輸的重要前綠技術發展,這部磁力滑橇號稱可將噸級的載荷加速至亞音速,這速度明顯可以把飛行器加速至可飛行的速度。事實上,一架數十噸的航天飛機需要用大型火箭及至少數百噸的燃料,才達到能脫離地球的速度,然而若由足夠長度的電磁軌道加速至亞音速初速的話,至多可以省上一半燃料,太空船不用造得太笨重,載荷也能進一步增加。

 Spinlaunch初創公司進行的縮尺離心機發射器進行第10次測試的片段,留意的是"火箭"仍只是個數據收集裝置,未有裝上任何火箭。現時他們計劃建造91公尺直徑版本的離心機發射器

 

電磁彈射另一個特點是對發射物的重量限制較少。若有留意宇航新聞的愛好者可知,美國有一創科公司正研發以轉盤離心力加速發射小型載荷。這種發射方法當然比電磁彈射更便宜,不過其限制是只能發射小型載荷,而且所使用的火箭及離心旋臂結構須加強,否則在離心力加速的過程中可能會斷裂;電磁加速當然也可發射小型載荷,而且加速如同航母的電磁彈射器,加速度是逐漸提高的,太空船的G力負荷也較小,其實也可提高安全性和減少對可重覆宇航器的結構損耗。

 

電磁橇彈射測試場面片段。 

 

說回來,這也是一種典型「軍轉民現像,軍事科技往往會帶動民用科技的發展,甚至乎軍事科技會進入民用或科研領域,為另一個面相的技術發展帶來革新。例如不少天文研究用的太空望遠鏡就是直接由軍用的太空偵察技術發展而來。當然,可能是美國本身沒有高速鐵路或高速陸上交通運輸交通功具的需要,所以電磁彈射都完成研發接近十年,仍未有軍轉民的明確成果吧了。

 

發佈於 博評
By 2022-10-23

手機分享本文: