據(jù)中國專利公布公告網(wǎng)顯示，由上海宇航系統(tǒng)工程研究所申請專利的新發(fā)明“一種在臨近空間電磁發(fā)射衛(wèi)星的系統(tǒng)和方法”在近日公布。

這可以說是中國首創(chuàng)的顛覆性技術，電磁發(fā)射是通過將電磁能轉變?yōu)閯幽?，實現(xiàn)物體高速或超高速發(fā)射的技術。它既可用于分離時末速度 100 m/s 量級的飛機彈射,也可用于3 km/s量級的炮彈和 8 km/s 量級的航天器發(fā)射。相比于傳統(tǒng)利用機械能或化學能發(fā)射的方式,電磁發(fā)射在效率、可靠性、安全性、可操作性等方面具有顯著優(yōu)勢,是一種未來航天發(fā)射新型技術。

這項專利包括：飛艇系統(tǒng)、電磁發(fā)射系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng)。飛艇系統(tǒng)運行于20～100km高度的臨近空間范圍內，用于承載電磁發(fā)射系統(tǒng)和衛(wèi)星系統(tǒng)，包括大型氣囊及其支撐結構系統(tǒng)、基于柔性薄膜太陽電池陣及儲能裝置的能源系統(tǒng)、氣動舵面及飛行控制系統(tǒng)、任務管理系統(tǒng)、電動螺旋槳推進系統(tǒng)。其中：

(資料圖)

電磁發(fā)射系統(tǒng)布置于飛艇系統(tǒng)下方，用于為衛(wèi)星提供進入低地球軌道空間所需的速度，包括發(fā)射控制系統(tǒng)、直線電機驅動系統(tǒng)、直線加速軌道系統(tǒng)。衛(wèi)星系統(tǒng)為電磁發(fā)射的微小型航天器系統(tǒng)，但是衛(wèi)星需具備抗高過載能力，出口速度約8km/s。

目前，全球小衛(wèi)星發(fā)射有2種方式，以主星（大中型主載荷）的部署周期和軌道高度要求為主，利用大中型火箭搭載小衛(wèi)星入軌，這是以往部署小衛(wèi)星的主要方式。這種方式由于是以主星為主，因此小衛(wèi)星的發(fā)射時間和軌道選擇非常有限，使得小衛(wèi)星的部署也十分受限。

另一種是沒有主星（大中型主載荷），利用小型火箭發(fā)射多顆軌道相近的小衛(wèi)星。這種方式可實現(xiàn)相對快速發(fā)射，非常靈活且降低了成本，十分有利于激發(fā)衛(wèi)星的部署力度和創(chuàng)新星座應用方案。

而中國科學家構思了臨近空間發(fā)射小衛(wèi)星技術，一方面降低發(fā)射成本，另一方面可以做到任意時間地點發(fā)射，因為臨近空間一般是指距地面20～100km 之間的空域，處于現(xiàn)有飛機的最高飛行高度和衛(wèi)星的最低軌道高度之間，這一空間氣流相對平穩(wěn)、垂直對流小，氣象條件優(yōu)越，發(fā)射安排可以靈活機動,同時可以規(guī)避影響發(fā)射的任何氣象問題。

另外由于我們自主擁有天基測控技術以及測控平臺重復使用技術，從而使得我們的發(fā)射成本更加低廉。

衛(wèi)星偵察的發(fā)展趨勢是小型化、低成本和高性能，即不斷地提高星上信息處理、數(shù)據(jù)壓縮和數(shù)據(jù)實時傳輸?shù)哪芰?，保持良好的多星組網(wǎng)狀態(tài)，使小衛(wèi)星在軍事活動中發(fā)揮更大的作用。臨近空間發(fā)射衛(wèi)星可以說是正好符合這樣的發(fā)展趨勢。

這項技術最顛覆的是利用電磁發(fā)射技術發(fā)射衛(wèi)星，電磁發(fā)射成本低、操控安全、適應性強，能量釋放易于控制，可重復快速發(fā)射，可為快速、低成本地向太空投送小衛(wèi)星和物資提供新思路提供可能性。

除此之外，臨近空間飛行器在地面低速起飛段燃油消耗量大，在完成相同飛行任務的前提下，電磁發(fā)射方式提供了高起飛速度，可以有效降低燃料占比，進而縮小飛行器起飛質量和起飛規(guī)模，或可提高其有效運載能力。

這項技術的難度是非常高的，舉個例子，彈射過程中，直線電機的動子速度從 0 逐漸達到最高速，通入直線電機的電能頻率不斷升高，電壓也不斷加大，能量存儲系統(tǒng)輸出的電能需要通過電力調節(jié)分系統(tǒng)實現(xiàn)電能的變換，其難點在于處理的電能瞬態(tài)功率大需要對高壓大電流進行調節(jié)。這就需要攻克大功率變流控制技術。

從這可以看出，中國的電磁技術已經(jīng)非常成熟，而這馬偉明可以說功不可沒，馬偉明在電磁技術上為中國構建了一套完整而系統(tǒng)的理論，從而為電磁技術的多樣化發(fā)展提供了可能性。

比如馬偉明參與研制的單兵、班組、車載可攜帶式電磁發(fā)射超高速狙擊步槍，已完成對數(shù)公里外的目標進行精確直瞄打擊試驗；大口徑電磁發(fā)射迫擊炮，可將100公斤重的炮彈發(fā)射初速超過音速。美國的同類武器120毫米電磁迫擊炮為420m/s，已經(jīng)研究了40年 ；研制成功用于電磁炮的的電池電容復合儲能裝置，放電脈沖電流75倍時壽命可達3萬次，美國走了彎路，2016年才改用同類技術路徑 。

可以說，正是馬偉明構建了完整而系統(tǒng)的電磁發(fā)射理論，中國才得以在各項電磁發(fā)射技術上領先美國，走出屬于中國自己的道路。

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