一种电磁炮弹加速系统及其加速办法技术方案

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。本发明专利技术提供了一种电磁炮弹加速系统及其加速办法，这种系统是，利用电磁炮发射内置燃料的炮弹、由飞船捕获炮弹并利用炮弹内的燃料来加速。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，经济效益显著，在未来的太空旅行中会起到广泛而且非常重要的作用。

【技术实现步骤摘要】
一种电磁炮弹加速系统及其加速办法
本专利技术涉及太空、火箭、火箭发动机、化学燃料、电磁炮、轨道、望远镜、聚光灯、机械手等技术。
技术介绍
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1.1-1.4，M是火箭初始质量。比如M0是1吨，v0是3.5km/s，v是17km/s，a取1.3，计算得到的M值是552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。可见，随着速度增大，M值是增加非常快的。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，在加速过程中99%乃至99.9999%以上的能量都被用于火箭自身的加速上。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，也没有提升的潜力，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。电磁炮一般由多个加速级组成，每级加速一般都有测速设备，出膛速度控制非常精确。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。理论上有强大的电磁炮，一次就可以把飞船加速到很高的速度。但是飞船的体积大、容重小，难以放入电磁炮内，也极其难加速。飞船的纵向截面积估计不小于1m^2，能够一次把飞船加速到目标速度的电磁炮，长度、建造成本恐怕是普通电磁炮的1000倍以上。飞船有大量复杂、精密的部件，难承受极高加速度的。载人的飞船，更是绝不可能利用电磁炮加速。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。而且核电系统的重量大，估算表明5吨重的飞船要达到70km/h，要带5-20吨重的核电设备和30吨的氙燃料，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。
技术实现思路
本专利技术提供了一种电磁炮弹加速系统及其加速办法，这种方法是，制造一种内置化学燃料的炮弹，利用电磁炮发射炮弹、由飞船捕获炮弹；飞船把炮弹内的燃料放入火箭发动机内，利用火箭发动机来加速飞船。电磁炮发射几十乃至几百个炮弹，飞船在加速过程中依次接收炮弹，从而一步步加速。一种太空中加速飞船的电磁炮弹加速系统及其加速办法。系统是由电磁炮（1）、电源、通讯设备、权利要求1所述的炮弹（2）组成，系统运行在太空中；炮弹（2）是由燃料、壳体、通讯设备、姿态控制器、电池组成；燃料储存在壳体内，该燃料可用于火箭发动机；炮弹放置在电磁炮内发射，电磁炮由电源供电；电磁炮的发射速度可调；飞船（3）安装了火箭发动机、通讯设备、捕获设备；开始加速方法时，电磁炮对准飞船，依次发射多个炮弹；越往后发射的炮弹，速度越大；炮弹在飞行过程中与电磁炮的通讯设备、飞船上的通讯设备联络，不断调整炮弹的飞行方向，使得炮弹对准飞船飞行；各个炮弹遇到飞船，被飞船捕获；炮弹遇到飞船时，炮弹与飞船之间的速度差小于50m/s；飞船每捕获到一个炮弹，就取出炮弹内的燃料，把燃料放入火箭发动机，向后喷气，使得飞船逐步加速。作为对上述加速系统及其加速办法的改进，炮弹上安装了聚光灯，聚光灯的发光角度小于3度；飞船上安装了光学望远镜；在炮弹飞近飞船的过程中，光学望远镜检测聚光灯的光线，通知炮弹调整飞行角度。作为对上述加速系统及其加速办法的改进，电磁炮上安装了光学望远镜；在炮弹飞离电磁炮的过程中，光学望远镜检测聚光灯的光线，通知炮弹调整飞行角度。作为对上述加速系统及其加速办法的改进，从第1个炮弹（2）到最后一个炮弹，炮弹的质量越来越小。作为对上述加速系统及其加速办法的改进，从第1个炮弹到最后一个炮弹，电磁炮发射炮弹的时间间隔越来越大。作为对上述加速系统及其加速办法的改进，所述捕获设备是一个网，飞船上安装了一个网，网垂直于飞行方向；炮弹遇到飞船时，炮弹与飞船之间的速度差小于10m/s。作为对上述加速系统及其加速办法的改进，加速过程，所使用的炮弹的数量大于100个，小于1000个；从开始发射第1个炮弹到发射最后一个炮弹，经过的时间大于1小时，小于5天；炮弹的重量，大于0.1kg，小于100kg。作为对上述加速系统及其加速办法的改进，电磁炮（1）是重接炮或线圈炮；电磁炮的炮管长度大于30米。作为对上述加速系统及其加速办法的改进，电磁炮安装了火箭发动机，火箭发动机的喷气方向与炮弹飞行方向相反；所述电源是燃气轮机和发电机，燃气轮机使用液氧和煤油、或者是液氧和液氢作为燃料;燃气轮机的排气方向，与炮弹飞行方向相反。作为对上述加速系统及其加速办法的改进，系统部署在地球的第二拉格朗日点上，或者部署在月球的第一拉格朗日点上，或者是部署在月球表面上。附图说明图1，系统发射炮弹加速飞船的示意图。附图标记1，电磁炮。2，炮弹。3，飞船。有益效果这种加速方法，通过电磁炮来发射数量众多、体积重量小的炮弹，飞船再使用炮弹内的燃料，加速体积重量大的飞船。使用这种电磁炮加速飞船的原因和优点是：1)比起纯化学燃料火箭发动机加速的办法，只需要约15吨的炮弹就可以使得飞船加速到30km/s，只需要约25吨炮弹就可以使得飞船加速到50km/s，比化学燃料火箭节省成本数千到数百万倍。2)化学火箭的质量和造价，按照自然对数e的目标速度的指数倍来增长，增加速度极高，因此要达到20km/s以上时造价是非常高昂的。而电磁炮系统的质量和造价，按照目标速度的倍数增长的，在高速任务时增长不大，因此非常适合高速任务。3)这种办法的加速时间仅为5-20小时就能够达到目标速度，比纯粹的核电和离子推进器的方法节省上千倍时间。4)系统部署在太空中，电磁炮的长度不受地面或者载体的限制，炮管长度可以长达100乃至1000米以上，通过增加炮管长度，炮弹发射速度可以极大提高。电磁炮还可以通过增加磁场强度、电流强度、提高精密度，炮弹发射速度可以提高到数十km/s，未来有可能提高到1000km/s以上，潜力极大。这个是化学本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太空中加速飞船的电磁炮弹加速系统及其加速办法，其特征是：/n系统是由电磁炮（1）、电源、通讯设备、权利要求1所述的炮弹（2）组成，系统运行在太空中；/n炮弹（2）是由燃料、壳体、通讯设备、姿态控制器、电池组成；燃料储存在壳体内，该燃料可用于火箭发动机；/n炮弹放置在电磁炮内发射，电磁炮由电源供电；电磁炮的发射速度可调；/n飞船（3）安装了火箭发动机、通讯设备、捕获设备；/n开始加速方法时，电磁炮对准飞船，依次发射多个炮弹；越往后发射的炮弹，速度越大；/n炮弹在飞行过程中与电磁炮的通讯设备、飞船上的通讯设备联络，不断调整炮弹的飞行方向，使得炮弹对准飞船飞行；/n各个炮弹遇到飞船，被飞船捕获；炮弹遇到飞船时，炮弹与飞船之间的速度差小于50m/s；/n飞船每捕获到一个炮弹，就取出炮弹内的燃料，把燃料放入火箭发动机，向后喷气，使得飞船逐步加速。/n

【技术特征摘要】
1.一种太空中加速飞船的电磁炮弹加速系统及其加速办法，其特征是：
系统是由电磁炮（1）、电源、通讯设备、权利要求1所述的炮弹（2）组成，系统运行在太空中；
炮弹（2）是由燃料、壳体、通讯设备、姿态控制器、电池组成；燃料储存在壳体内，该燃料可用于火箭发动机；
炮弹放置在电磁炮内发射，电磁炮由电源供电；电磁炮的发射速度可调；
飞船（3）安装了火箭发动机、通讯设备、捕获设备；
开始加速方法时，电磁炮对准飞船，依次发射多个炮弹；越往后发射的炮弹，速度越大；
炮弹在飞行过程中与电磁炮的通讯设备、飞船上的通讯设备联络，不断调整炮弹的飞行方向，使得炮弹对准飞船飞行；
各个炮弹遇到飞船，被飞船捕获；炮弹遇到飞船时，炮弹与飞船之间的速度差小于50m/s；
飞船每捕获到一个炮弹，就取出炮弹内的燃料，把燃料放入火箭发动机，向后喷气，使得飞船逐步加速。


2.根据权利要求1所述电磁炮弹加速系统及其加速办法，其特征是：炮弹上安装了聚光灯，聚光灯的发光角度小于5度；
飞船上安装了光学望远镜；在炮弹飞近飞船的过程中，光学望远镜检测聚光灯的光线，通知炮弹调整飞行角度。


3.根据权利要求1所述电磁炮弹加速系统及其加速办法，其特征是：炮弹上安装了聚光灯，聚光灯的发光角度小于5度；
电磁炮上安装了光学望远镜；在炮弹飞离电磁炮的过程中，光学望远镜检测聚光灯的光线，通知炮弹调整飞行角度...

【专利技术属性】
技术研发人员：张明，
申请(专利权)人：珠海达理宇航科技有限公司，
类型：发明
国别省市：广东;44