可以用离心机把卫星直接抛入太空吗？

在美国新墨西哥州一块空旷的野地上，耸立着一座高约100米的巨大建筑。从远处看，它像竖起来的一个圆盘，边缘伸出一根“烟囱”，笔直地朝向天空。走近看，你会发现这个圆盘差不多有一个足球场那么大。

　　这是美国卫星发射公司SpinLaunch建造的大型离心机。该公司打算仅仅利用高速的离心运动，就将卫星抛入太空。这听起来似乎是一个疯狂的想法，但如果成功，它将像马斯克的SpaceX一样改写人类的卫星发射史。

　　用离心机给物体加速

　　我们知道，地球表面的一个物体要想离开地球进入太空，必须达到每秒7.9千米(约2.8万千米/小时)的第一宇宙速度。而要想克服地球引力和空气的阻力，达到这么高的速度，我们目前只能依赖火箭。

　　但事实上，火箭并不是唯一可让物体脱离地球束缚的方式。早在冷战期间，在一个名为HARP的军事项目中，美军就曾用一把巨大的枪将弹丸射入了太空。同样道理，只要我们用离心机把一个物体加速到足够快，然后甩出去，理论上也可以脱离地球。

　　说起离心运动，想必大家很熟悉。用一根绳子一头拴一个重物，另一头拽在手上，然后不停挥动，重物就会在空中快速飞舞起来。一旦松手，它会飞到很高、很远的地方。

　　SpinLaunch的离心机，就其原理跟你手臂挥舞是一个道理。离心机的中心轴与动力相连，从轴上伸出一根坚实的系绳，绳的一头拴着待发射的物体。当物体被加速到一定的速度，松开系绳，它就从朝天竖着的管道被抛射出去，然后进入太空。

　　当然，当卫星在离心机内被加速的时候，系绳承受了巨大的拉力。好在离心机的系绳是用耐力极强的凯夫拉和碳纤维制成的，可以确保无虞。为了避免空气摩擦，整个离心机内部被密封抽成了真空(管道口也先用塑料板封住，直到被甩出的物体冲破)。

　　你也可以想象，在发射前，卫星承受了巨大的离心力。这个离心力就像压力一样重重地压在卫星上面。据计算，在卫星脱离开离心机之前，它所受到的离心力达到了其重力的1万倍以上。而普通火箭在加速过程中产生的超重仅仅是重力的5～7倍。许多人质疑，在这样极端的压力下，卫星内部的电子设备还能完好无损吗?

　　经过数百次的测试证明，包括太阳能电池、无线电系统、望远镜镜片、卫星导航集成模块和计算机在内的电子设备可以在高速旋转中安然无恙。在一次测试中，工程师将一部苹果手机连接到系绳上，并让其旋转起来，承受了1万倍重力的离心力。等测试结束，工程师用这部手机给同事打电话、发短信，其性能一点都看不出受到影响。

　　当然，这种方式不适合发射载人或动物的太空飞船，因为任何人或动物都无法忍受如此高的离心力。

　　低成本、高频次的发射技术

　　我们看到的这个离心机，还无法直接把卫星抛入太空(预计未来是可以做到的)，因为目前它只能把一颗质量大约90千克的卫星加速到8000千米/小时左右，离第一宇宙速度(约2.8万千米/小时)还相当遥远。可是，即使这样一个不够理想的设备，也已经有了极大的应用价值——发射火箭。

　　听到“火箭”二字，你也许会皱起眉头：“什么?到头来还是要依赖火箭?”没错，但请听我下面的解释。

　　一般来说，火箭的质量中只有一小部分是有效载荷(即真正有用的东西，比如卫星)，其余大部分是燃料。这就是为什么一枚火箭运载的卫星哪怕仅有一辆汽车大小，但火箭自身竖起来还是有一座大楼那么高的原因。

　　但是，假如我们事先用离心机把火箭(及其搭载的卫星)抛到很高很高的高空，然后在那里点火，飞入太空，那就不必携带那么多的燃料了，火箭就可以大大地“瘦身”。

　　甚至更妙的是，这对火箭发动机的要求也大大降低了。普通的火箭，为了最大限度地提高燃料的利用率，对其发动机的性能要求很高。而用SpinLaunch发射的火箭，其大部分克服重力和空气阻力的工作是由离心机完成的。

　　在SpinLaunch的设计中，一旦火箭在离心机中达到发射的速度，管道的出口将在几分之一秒内打开，将火箭抛射出去。当火箭升到大约6万米高处，就开始点火，继续上升。在这个高度上，空气阻力已经很小，因此只要点火一分钟，就可以将火箭的速度提升到第一宇宙速度，确保其不会坠回地球。随后熄火，让火箭以惯性继续飞行，到达预定轨道的高度之后，再次点火，帮助火箭转弯，进入围绕地球的轨道，这一次燃烧仅持续10秒。

　　从上述过程可以看出，通过离心机发射的火箭，真正点火的时间是非常短的，所以火箭携带的燃料可以降到极少。SpinLaunch的工程师戏称，他们能将“有史以来最糟糕的火箭”发射到太空。

　　由于其发射动力主要来自离心机的电力，而不是火箭携带的燃料，所以SpinLaunch每次发射的成本可能低于50万美元，而传统的火箭每次发射成本高达5000万美元。SpinLaunch的另一个巨大优势是，一座离心机每天能进行五次发射，而目前大多数火箭公司在一个月内都完成不了这么多的发射量。

　　预计未来十年，人类将要把数万颗小卫星送入地球低空轨道，对于即将来临的卫星时代，Spinlaunch的新型发射技术可谓生逢其时。