[发明专利]一种电磁炮弹和转缆系统组成的加速系统及其加速办法

说明书

在太空中要使得飞船加速到相对地球是20km/s以上，是需要消耗很多燃料的，且燃料消耗随着目标速度的增加而成指数增长。本发明提供了一种电磁炮弹和转缆系统组成的加速系统及其加速办法，这种系统是由电磁炮、炮弹、飞船、转缆系统组成。由太空中的电磁炮发射炮弹，由转缆系统捕获炮弹，炮弹绕转动中心转过180度后脱离。转缆系统通过这种方法能够获得向前的冲量，逐步提高飞船速度。电磁炮发射几十几百个炮弹，飞船在加速过程中依次接收炮弹，从而一步步加速。这种加速方法耗费的燃料少，在未来的太空旅行中会起到广泛而且非常重要的作用。

技术领域

本发明涉及太空、火箭、火箭发动机、化学燃料、电磁炮、轨道、望远镜、聚光灯、机械手、转缆系统等技术。

背景技术

目前人类发射速度最快的航天器是新地平线号探测器，发射速度是16.3km/s，使用重约600吨的火箭，而探测器自身仅仅重约400公斤。即使该探测器速度如此之高，飞行到冥王星也花费了约10年才可以达到。目前即使是太阳系内的探测器，也往往受限于化学燃料消耗太多，而竭尽全力节省燃料。为了节省10%的火箭燃料而往往采用很复杂的轨道、借助行星引力加速，使得探测器飞抵目标星球的时间增加数倍，比如飞抵土星需要10年。

由齐奥尔科夫斯基火箭公式可知，火箭发射的时消耗燃料的质量的公式是：M=M0*exp(a*v/v0)，其中M0是飞船质量，v是目标速度，v0是火箭喷气速度，a是经验系数、一般可以取1.1-1.5，M是火箭初始质量。比如M0是1吨，v0是3.5km/s，v是20km/s，a取1.3，计算得到的M值是1683吨。如果v值是30km/s，那么M可达7万吨。如果v值是50km/s，那么M可达1100万吨。

造成火箭质量很大的主要是因为，多级火箭，下面级要消耗的大量燃料，才能够把上面级逐步加速。自60年前土星五号发射以后，受限于化学燃料和火箭原理的极限，火箭性能没有得到过大幅提升，飞船速度也没有得到过实质性的提升。

电磁炮是应用电磁发射技术的一种设备，电磁炮利用磁场或者安培力加速弹丸，把弹丸发射出去。电磁炮可以通过调整磁场强度、电流强度，使得炮弹出膛速度可以调节。

目前地面上最强的电磁炮，身管长度仅仅是5米左右，但是已经能够把炮弹加速到11km/s。未来通过加长身管、增加发射功率、采用超导技术，能够大大提高炮口速度，预计未来炮口速度可以提高到100-300km/s。

另外一种飞船加速方法是采用核反应堆发电，驱动离子推进器产生推力。然而离子推进器产生的推力很难超过10N，加速度很小，需要耗费5-10年才能够达到预定速度。核电的能量很大，但传热、涡轮、压气机、发电等部件容易磨损，气体易泄露，维护非常困难。

转缆系统是由配重、缆绳、捕获装置组成的，捕获装置系在缆绳的末端，捕获装置和缆绳绕着转动中心转动。转缆系统的质心一边直线飞行，转缆系统一边自转。捕获装置的线速度与质心飞行方向相同的点，称为捕获装置的同向点。捕获装置的线速度与质心飞行方向相反的点，称为捕获装置的反向点。每个周期内，捕获装置经过一次同向点、一次反向点。在转动中心的同一侧的不同物体甲、乙，如果甲在甲的同向点，那么此时乙也在乙的同向点。如果转缆系统是直线平飞的，则捕获装置的不同周期的同向点的连线，是一条直线。捕获装置只要在同向点或者反向点，就能够接收飞行器。

发明内容