全球首创!马伟明再立新功:临近空间电磁发射卫星,30KM高一举入轨

2023年7月4日，国家知识产权局专利公布公告中贴出了一个发明专利申请公告，专利名称是：一种在临近空间电磁发射卫星的系统和方法，网友们都不知道，这几个文字下隐藏了多少技术体系，我国的电磁发射技术正在白菜化展开应用！

临近空间电磁发射卫星：30千米高度一举发射入轨

这个专利主要是一种在在临近空间电磁发射卫星的系统和方法，专利申请人是上海宇航系统工程研究所，为方便大家查询，现公布相关信息：

• 该专利的申请号：202211088457 .3
• 申请日 2022.09.07
• 申请公布号：CN116374204A
• 申请公布日：2023.07.04

有兴趣的朋友可以下载仔细研究看看，这是一份PDF文件，只有6页，如果各位不想麻烦的话也可以顺着本文给大家介绍一下：

这个发射系统包括飞艇系统、电磁发射系统和卫星系统等三个主要组成部分，要实现这个目标，整个系统还需要如下组成部分：

• 用于承载电磁发射系统和卫星系统，包括：大型气囊及其支撑结构系统、基于柔性薄膜太阳电池阵及储能装置的能源系统、气动舵面及飞行控制系统、任务管理系统、电动螺旋桨推进系统；
• 电磁发射系统布置于飞艇系统下方，用于为卫星提供进入低地球轨道空间所需的速度，包括：发射控制系统、直线电机驱动系统、直线加速轨道系统；
• 卫星系统为电磁发射的微小型航天器系统。

其发射过程为使用充满惰性气体的平流层飞艇携带电磁发射系统和卫星上升到30千米高度，并使用螺旋桨稳定姿态，将卫星发射轨道精确调整为入轨倾角，受制于无法变轨，因此只能发射倾角大于该发射点纬度的卫星，无法发射小于该纬度的小倾角卫星。

稳定角度并调整好发射仰角后，启动电磁电磁发射系统将携带的卫星发射入近地轨道，由于发射轨道只有100米长度，因此该系统只能发射微小卫星，总重量不超过10千克的纳卫星。

10千克的卫星到底有啥用？

估计很多朋友对10千克卫星能干啥有很大的疑问，笔者要说的是10千克的卫星，可以作为低轨卫星临时发射，比如高度200千米，在这个轨道上飞行的卫星可能只能在轨十几天，但在战时作为“耗材”使用非常快捷与方便。

另外这种纳卫星也不适合使用太阳能电池，因此内载的锂电池也是用不了多久，能坚持数天也就差不多了，主要可以用作侦察、毁伤评估、灾后快速取得灾区信息等，这样的要求是快速发射、迅速获取信息，针对获取到的信息迅速制定出对策，所以这样的平台还是非常有用的。

为什么要8千米/秒？

在专利文件中特别提到了一点：电磁发射系统接收到飞艇指令后，将卫星发射进入空间，卫星需具备抗高过载能力，出口速度约8km/s。卫星在解决目标空间轨道位置时，通过自身发动机调整姿态和轨道，进入预定的空间位置。

这个描述表示，该卫星有微小发动机有调整轨道与姿态的能力，如此小的卫星，能装进入并且能高过载的基本就是离子发动机，比如使用TILE微小推进器的离子发动机，最小可以做到硬币大小，如果加装太阳能电池，这样就可以做到纳卫星长期在轨，比如1~2年。

另一个就是8千米/秒的出口速度，因为发射高度在30~40千米的临近空间，仍然会遭遇大气层减速，因此在发射后还需要有一级火箭推进避免在穿越大气层热障时减速导致入轨速度不够，因此8千米/秒并不适合速度过高（第一宇宙速度为7.9千米/秒），只是一个出口速度而已。

所以这个电磁发射系统真正发射的重量可能不是10千克，可能是一个总重量达到了100千克级的一级火箭+卫星。

那么问题来了，发射一颗卫星需要多大能量？

假设按100千克总发射质量、8千米/秒速度计算，这个能量还是挺可怕的，大约为3.2e+9J，换算成电能大约是888.9千瓦·时，也就是发射一次需要889度电，按目前车用电池计算，100度电的电池大约588千克，那么889度电需要5.23吨，如果算上充电效率以及发射效率看，这个载荷的总重量可能会达到12吨以上。

要是考虑到瞬间释放的可能，还需要大量电容，以及控制系统等，这个重量可能会在20~30吨，目测这个平流层飞艇的载荷至少要能满足30吨的需求，并且这还是基本需求，实际可能会更大，另外还要在100米的轨道上加速到8千米/秒，这个难度相当大，笔者不知道我国科研人员是否已经实现这个技术，就评估而言，基本上是地狱级难度！

我国电磁发射技术已经“白菜化”：美国却已经下马

对于临近空间电磁发射卫星的技术介绍告一段落，接下来介绍下我国的电磁发射技术：电磁弹射、电磁炮以及电磁枪等都是属于电磁发射技术领域，不比较有意思的是中美两国都实现了电磁弹射，但在电磁炮领域，美国已经于2021年下马，而中国则是唯一进行过海试的国家。

另外中国的电磁发射技术已经在各行业展开全面应用，比如电磁炮用来灭火、电磁雪橇作为陆地加速测试，应用于撞击测试以及需要高速的领域，另外我国还装备了电磁防爆枪等非杀伤性武器，很多网友都搞不清楚这些结构与原理，下文来简单做个分析。

一说到电磁发射有朋友就形容为直线电机，但事实上只有电磁弹射可以被称为直线电机，因为这是一种利用重接线圈发射原理结构组成的电磁发射方式，适合低速大质量物体发射，比如弹射战斗机以及电磁雪橇“弹射”测试的车厢或者需要高速的战斗机测试驾驶舱等。

电磁炮也被称为轨道炮，这是使用洛伦兹力作用加速的一种技术，原理比重接线圈发射要简单得多，即：通电导线在磁场中运动的发射原理，这个确实也是电机的原理，但却已经细致到了导线的运动，距离电机实在有点远，所以笔者将其单独列了出来。

这种发射技术适合高速小质量发射的电磁炮，比如将几十千克的炮弹加速到3千米/秒，射程可达200~300千米，技术原理简单，但对储能设施以及轨道烧蚀技术提出了极高的要求，美国就是一直无法解决轨道烧蚀问题而下马。

还有一种是线圈炮，这个使用的是两个线圈的磁场相互作用产生安培力，使弹丸向炮口端移动的原理，要算直线电机也可以，不过不如理解成两个线圈相互吸引更容易了解原理。

这个介于轨道炮与电磁弹射之间，速度不高，重量也不大，刚好民用发射灭火弹的灭火炮以及电磁枪可以使用，一般而言，轨道炮能量效率最差，据估计50%都不到，电磁弹射可以达到50%以上，线圈炮的能量利用率应该是最高的，具体没有数据，笔者估计应该在80%以上。

中国电磁发射体系可能达到了很恐怖的程度

我国是这三种应用全部已经成熟化的国家，前阵子马伟明还提出了电磁发射导弹的模式，尽管没有详细说明，但笔者理解为冷发射，目前的舰载VLS（垂发系统）有冷发射和热发射两种，前者使用气体发生器将导弹推出发射筒，空中点火，这种方式对发射筒可维护性更好但结构比较复杂；热发射结构简单，但发射后内部结构需要维护，这点超级麻烦。

而电磁发射则是使用电力将导弹使用电磁弹射的方式弹射到空中再点火发射，这比气体发生器结构简单，而且更易于维护，如果使用电磁弹射来发射导弹，估计未来的VLS发射机构体积和效率能进一步增加。

结合上文的电磁发射卫星，我国的电磁发射项目展开已经达到了非常全面的程度，这个电磁发射技术还真得感谢下马伟明，真乃国家栋梁之材！现在电磁发射技术基本上已经在各个行业白菜化应用，各位可以考虑下军用方面的进展可能会有多大！