电磁弹射技术在航天器发射中的应用

电磁弹射概念的提出已有百余年，其在武器方面的应用主要针对电磁炮，其目的是提高炮口动能，研究曾主要集中于车载电磁坦克炮与反坦克炮、机载电磁炮、舰载电磁炮等，目前在航空母舰－舰载机弹射、天基防御拦截、航天发射、空间轨道转移等方面也已进行了很多研究。

与以火药为能源的弹射器相比，电磁弹射器具有以下优势：

（1）电磁弹射可提供更大的动力，具有更大的发射动能，可使火箭达到更高的初速度；

（2）能量转换效率更高；

（3）电能释放更易于控制，弹射器工作稳定，几乎不受外界环境温度的影响，内弹道性能更为优良，可重复快速发射；

（4）电磁弹射成本低；

（5）操控安全、可靠、适应性强。

进入21世纪，随着储能、电力电子、直线电机以及控制技术的发展，美国正式启动了真正实用化的电磁弹射飞机系统，用于航母弹射舰载机。2010年12月，美国海军成功弹射“F／A－18”舰载机，标志着电磁弹射技术的成熟化和实用化，并在“福特”级航母“CVN78”上安装了该电磁弹射系统。(www.xing528.com)

美国桑蒂亚国家实验室和洛克希德－马丁公司开发的多级脉冲感应线圈式电磁弹射器用于弹射导弹，为满足海军大部分导弹发射的需要，其驱动线圈和发射线圈设计成方形。导弹位于发射线圈（电枢）上，弹射时，驱动线圈依次通电，将发射线圈及导弹弹出发射箱，其后发射线圈与导弹分离，导弹离开发射箱一定距离后，弹上发动机点火，继续飞行，如图3.55所示。此类弹射器也可用于运载火箭的发射。

图3.55　试验中的导弹电磁弹射器

NASA曾尝试修建一个长700 m、仰角为30°、口径为500 mm的电磁线圈巨炮，将2 000 kg的火箭加速到4 000～5 000 m／s，推送到200 km以上的高度，以期使用这个系统重复发射小型卫星或者为未来兴建大型近地空间站提供廉价的物资运输。美国桑蒂亚国家实验室设计了一种线圈型电磁发射装置，由9 000级驱动线圈组成，发射装置长960 m，倾角为25°，拟将600 kg的电枢和1 220 kg的飞行器加速到6 000 m／s，加速度高达2 000g。

NASA正在开展工程应用前期论证，研究“电磁＋火箭”复合发射方式，已看到初步应用前景。

目前，具备高储能密度及快速充放电特性的高功率脉冲电源仍是制约电磁发射技术的关键因素。储能密度较低，功率密度亦较低，使电源体积和质量过大，不利于快速机动发射。

在航天发射方面，应重点开展电磁推射总体技术论证与研究，进行纯电磁发射、火箭与电磁复合发射等方案的研究及关键技术梳理；在此基础上，研究超高速同轴悬浮线圈推进技术，分段供电电源技术、同步控制技术，发展感应供电和其他非接触供电技术。