[發明專利]一種炮彈加速飛船的轉纜加速法

在審

• 申請號: 202110628022.2
• 申請日: 2021-06-07
• 公開（公告）號: CN113148237A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 張明
• 申請（專利權）人: 珠海達理宇航科技有限公司
• 主分類號: B64G1/40
• 分類號: B64G1/40;B64G4/00;F41B6/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

在太空中要使得飛船加速到相對地球是20km/s以上，是需要消耗很多燃料的，且燃料消耗隨著速度增量目標的增加而成指數增長。本發明提供了一種電磁炮彈和自轉系統組成的加速系統及其加速辦法，這種系統是由電磁炮、炮彈、飛船、自轉系統組成。由太空中的電磁炮發射炮彈，由自轉系統捕獲炮彈，炮彈繞質心轉過180度后脫離。自轉系統通過這種方法能夠獲得向前的沖量，逐步提高飛船速度。電磁炮發射幾十幾百個炮彈，飛船在加速過程中依次接收炮彈，從而一步步加速。這種加速方法耗費的燃料少，在未來的太空旅行中會起到廣泛而且非常重要的作用。

技術領域

本發明涉及太空、火箭、火箭發動機、化學燃料、電磁炮、軌道、望遠鏡、聚光燈、機械手等技術。

背景技術

目前人類發射速度最快的航天器是新地平線號探測器，發射速度是16.3km/s，使用重約600噸的火箭，而探測器自身僅僅重約400公斤。即使該探測器速度如此之高，飛行到冥王星也花費了約10年才可以達到。目前即使是太陽系內的探測器，也往往受限于化學燃料消耗太多，而竭盡全力節省燃料。為了節省10%的火箭燃料而往往采用很復雜的軌道、借助行星引力加速，使得探測器飛抵目標星球的時間增加數倍，比如飛抵土星需要10年。

由齊奧爾科夫斯基火箭公式可知，火箭發射的時消耗燃料的質量的公式是：M=M0*exp(a*v/v0)，其中M0是飛船質量，v是速度增量目標，v0是火箭噴氣速度，a是經驗系數、一般可以取1.1-1.5，M是火箭初始質量。比如M0是1噸，v0是3.5km/s，v是20km/s，a取1.3，計算得到的M值是1683噸。如果v值是30km/s，那么M可達7萬噸。如果v值是50km/s，那么M可達1100萬噸。

造成火箭質量很大的主要是因為，多級火箭，下面級要消耗的大量燃料，才能夠把上面級逐步加速。自60年前土星五號發射以后，受限于化學燃料和火箭原理的極限，火箭性能沒有得到過大幅提升，飛船速度也沒有得到過實質性的提升。

電磁炮是應用電磁發射技術的一種設備，電磁炮利用磁場或者安培力加速炮彈，把炮彈發射出去。電磁炮可以通過調整磁場強度、電流強度，使得炮彈的發射速度可以精確調節。但是目前電磁炮的成本太高，體積重量大，無法裝入坦克內，沒有量產。電磁炮理論上的發射速度沒有上限，未來達到1000km/s也完全可以。

另外一種飛船加速方法是采用核反應堆發電，驅動離子推進器產生推力。然而離子推進器產生的推力很難超過10N，加速度很小，需要耗費5-10年才能夠達到預定速度。核電的能量很大，但傳熱、渦輪、壓氣機、發電等部件容易磨損，氣體易泄露，維護非常困難。

目前導彈、炮彈的制導技術已經非常精準，對運動目標的精度可以達到0.1米，有些導彈的命中率高達99%以上。自動分揀機器人，已經能夠100%識別地面上的多余雜物。

發明內容

本發明提供了一種轉纜加速法，這種方法是：等待加速的飛船，與一個機械手，飛船系在一根纜繩的一端，機械手系在纜繩的另外一端，且飛船和機械手繞著纜繩上的、靠近飛船一端的某點轉動。纜繩、飛船、機械手組成了一個自轉系統，轉動中心也是系統的質心。質心前進方向與飛船要加速的飛行方向相同。在自轉過程中，當機械手的線速度方向與飛船要加速的飛行方向相同時，機械手所在的點稱為機械手的同向點，此時線速度方向與質心的平動方向相同。當機械手的線速度方向與質心的平動方向相反時，機械手所在的點稱為機械手的反向點。在自轉系統所在的自轉平面內，在機械手的同向點的正后方，部署了一個電磁炮，電磁炮在同向點切線上。

這個自轉系統的加速過程是，電磁炮朝著同向點發射炮彈，炮彈朝著同向點飛行。在同向點，炮彈與機械手相遇，炮彈被機械手捕獲，繞質心轉動。炮彈繞質心轉過奇數個180度后，在反向點機械手拋棄炮彈。在此過程中，炮彈的動量減少，飛船獲得向前的沖量，提高速度。電磁炮發射多個炮彈，飛船在加速過程中依次捕獲炮彈、丟棄炮彈，從而逐步加速。