之前我们多次谈到中美在太空发射技术领域的竞争问题。马斯克旗下的太空探索技术公司的“猎鹰”可重复使用火箭,已将有效载荷送入轨道的成本从每公斤 65,000 美元降至约 1,000 美元,几乎垄断了全球商业发射市场。而中国现在的几家民营公司正在完成可重复使用火箭的研制,估计投入商业使用要到2025年以后,而中国航天科技集团公司计划在2025年和2026年发射可重复使用的火箭。如果考虑到马斯克正在试验的“星舰”还有可能获得成功,双方所面临的差距还是比较大的。那么,中国有没有可能采用一种弯道超车的办法获得更低成本的太空发射能力呢?从理论上讲当然有。一是可以发展真正的空天飞机。相比可重复使用的火箭,从机场起飞的空天飞机携带无人航天飞机进行太空发射任务,因为一子级和上面级都可以重复使用几十、几十次,可以将有效载荷发射的成本进一步降低,而且发射方式更加灵活;二是使用电磁轨道来发射火箭或航天飞机。中国采用电磁线圈多级加速的办法,发射火箭和航天飞机,等于利用电能上接射有效载荷,可以大幅度降低第一级火箭的损耗,可以进一步降低发射成本。
据《南华早报》报道,中国计划建造一门巨型电磁发射系统用来发射其腾云号航天飞机。中国的目标是使用巨型电磁发射轨道将高超音速飞机加速到1.6马赫,与轨道分离,点燃发动机并以七倍音速进入近太空。
而腾云太空飞机虽然运载能力比不上重型火箭,但是完全可以向太空站运送飞行员和货物,也可以用于发射卫星,再或者执行太空垃圾清理任务,为老旧卫星增加能源加注等等。从军事层面,腾云号还能执行紧急情况下的卫星补射任务,侦察任务和捕猎卫星任务等等。
中国为了验证这项技术的可行性,其实早在山西大同建造了一座两公里长的低真空轨道高速磁悬浮试验设施,能将动车大小的重物推到每小时1000公里的速度。从原理上讲,如果我们将这个测磁悬浮模式的长度继续增加,重物的运行速度也能进一步提升,最终要达到每小时5000公里的速度,那可就是4马赫了。我一直认为,发展真空轨道长途运输管线是不靠谱的,因为其面临的成本和技术风险是非常高的。但是,如果 中国只是发展用于发射火箭的电磁轨道,并不会带来很严重的技术挑战。一旦中国获得了电磁发射太空载荷的能力,将会给两国在太空领域的竞争带来深远影响。首先,中国发射天基卫星网络的成本将数十倍地下降,这可是一种比可重复使用的火箭更便宜的发射模式,而且还非常环保。要注意,电磁发射航天飞机等于避免了火箭发射的高风险,也不用提前几个月进行发射准备,灵活性高,也更加可靠。乌克兰战争验证了卫星星座的战略重要性,而中国要部署自己的星链就得需要有这样的系统。
其二就是对美国太空战的威慑能力。中国无人航天飞机如果可以更便宜和快速地进入太空,这不但代表着卫星补射能力,更关键的是与美国太空天战层面形成恐怖平衡。美国的X-47B多年来一直从事神秘任务,但是恐怕以后就不用考虑对付中国了,除非美国的卫星也不想要了。其三,中国运营空间站的能力也将大幅度提升,用电磁发射的航天飞机往返空间站,将极大提升中国空间站的运营效率,降低成本,也为我们建造更大型的空间站打下了基础 。如果我们再想多一点,中国的电磁发射技术的应用场景还有很多。比如我们建造小型的弹射器用于发射导弹、远程火箭弹和无人机,都可以大幅度地提升其航程。总体而言,条条大道通罗马,中国如果真能发挥自己电磁技术的优势,建造出更为廉价的天地往返系统,那真的是非常具有前景的。不要以为这只是设想,应该在不远的将来就会成为现实。
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