一种电磁炮弹和转缆系统组成的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和转缆系统组成的加速系统及其加速办法，这种系统是由电磁炮、炮弹、飞船、转缆系统组成。由太空中的电磁炮发射炮弹，由转缆系统捕获炮弹，炮弹绕转动中心转过180度后脱离。转缆系统通过这种方法能够获得向前的冲量，逐步提高飞船速度。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，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】
一种电磁炮弹和转缆系统组成的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、转缆系统等技术。
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1.1-1.5，M是火箭初始质量。比如M0是1吨，v0是3.5km/s，v是20km/s，a取1.3，计算得到的M值是1683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。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。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，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。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。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，加速度很小，需要耗费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。转缆系统是由配重、缆绳、捕获装置组成的，捕获装置系在缆绳的末端，捕获装置和缆绳绕着转动中心转动。转缆系统的质心一边直线飞行，转缆系统一边自转。捕获装置的线速度与质心飞行方向相同的点，称为捕获装置的同向点。捕获装置的线速度与质心飞行方向相反的点，称为捕获装置的反向点。每个周期内，捕获装置经过一次同向点、一次反向点。在转动中心的同一侧的不同物体甲、乙，如果甲在甲的同向点，那么此时乙也在乙的同向点。如果转缆系统是直线平飞的，则捕获装置的不同周期的同向点的连线，是一条直线。捕获装置只要在同向点或者反向点，就能够接收飞行器。
技术实现思路
本专利技术提供了一种电磁炮弹-转缆系统的加速系统及其加速办法。本专利技术提供了一种加速系统及其加速办法，这种系统是由电磁炮、炮弹、飞船上的转缆系统组成，转缆系统绕着飞船转动转动转动，线速度可达2km/s以上。加速办法是，在太空中的电磁炮发射炮弹，炮弹有无线电通讯设备、能够精确控制飞行轨迹。在同向点，炮弹被飞船的转缆系统的缆绳末端捕获，绕转动中心转过180度后在反向点脱离。设飞船的飞行速度是10km/s，缆绳末端线速度是2km/s，则炮弹的飞行速度是12km/s，才能够被捕获。捕获后，炮弹在反向点脱离，飞行速度变为8km/s。在次过程中，炮弹的动量减少，飞船获得向前的冲量，提高速度。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。一种加速系统及其加速方法，任务是利用加速系统给飞船加速。加速系统是由电磁炮、炮弹、转缆系统组成，加速系统部署在太空中；炮弹可以通过电磁炮发射。所述炮弹是由弹体、无线电通信设备、姿态控制器、电池组成，电池给无线电通信设备、姿态控制器供电。飞船安装在一个转缆系统内，转缆系统是由飞船、缆绳、捕获装置组成；飞船上系着一根缆绳，缆绳的另外一端连接着一个捕获装置，且捕获装置、飞船分别在转动中心的两端；缆绳和捕获装置绕着飞船质心转动；飞船系统一边往前平飞，一边自转，自转轴线垂直于平飞的方向；开始加速时，捕获装置的同向点在电磁炮的前方，电磁炮对准捕获装置的同向点。电磁炮依次发射多个炮弹，越往后发射的炮弹的速度越大。各个炮弹往前飞行，遇到转缆系统，被捕获装置在同向点捕获，然后飞船在反向点抛出炮弹。作为对上述加速系统及其加速办法的改进，炮弹安装了喷气发动机；在被捕获装置接到前，通过喷气来调整速度。作为对上述加速系统及其加速办法的改进，炮弹安装了聚光灯；电磁炮上安装了望远镜；在炮弹飞离电磁炮的过程中，望远镜监测炮弹的飞行方向，调整炮弹的飞行方向。作为对上述加速系统及其加速办法的改进，炮弹安装了聚光灯；转缆系统安装了回转台，回转台安装在转动中心处的缆绳上，或者安装在飞船上；回转台的轴线是平行于转缆系统的自转轴线；回转台上安装了望远镜、雷达，回转台使得望远镜、雷达持续向后观测。作为对上述加速系统及其加速办法的改进，缆绳末端的回转台的外端安装了第2个回转台，第2个回转台上安装了望远镜；当望远镜在同向点时，向后观测炮弹，调整炮弹的飞行方向。作为对上述加速系统及其加速办法的改进，缆绳末端线速度大于2km/s；末端离心加速度大于200m/s^2；飞船系统转动周期小于15秒。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，炮弹的质量越来越小；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，捕获装置接到最后一个炮弹后，当炮弹转到反向点时，飞船脱离缆绳，往前飞行。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；电磁炮的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，转缆系统。4，质心。5，缆绳。6，飞船。7，捕获装置。8，同向点。9，反向点。有益效果这种电磁炮弹和转缆系统组成的加速系统和加速方法，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6吨左右的炮弹就可以使得飞船加速到30km/s，只需要约10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千万倍。2)这种炮弹被转缆系统接到、绕转动中心转动半周后脱离转缆系统。如果线速度是v，炮弹质量是m，那么可以使得转缆系统和飞船增加2mv的冲量，相当于炮弹的等效比冲是2v。通常地v本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加速系统及其加速方法，任务是利用加速系统给飞船加速，其特征是：/n加速系统是由电磁炮（1）、炮弹（2）、转缆系统（3）组成，加速系统部署在太空中；炮弹可以通过电磁炮发射；/n所述炮弹是由弹体、无线电通信设备、姿态控制器、电池组成，电池给无线电通信设备、姿态控制器供电；/n飞船安装在一个转缆系统内，转缆系统是由飞船（6）、缆绳（5）、捕获装置（7）组成；飞船上系着一根缆绳，缆绳的另外一端连接着一个捕获装置，且捕获装置、飞船分别在转动中心的两端；缆绳和捕获装置绕着飞船质心转动；飞船系统一边往前平飞，一边自转，自转轴线垂直于平飞的方向；/n开始加速时，捕获装置的同向点（8）在电磁炮的前方，电磁炮对准捕获装置的同向点；/n电磁炮依次发射多个炮弹，越往后发射的炮弹的速度越大；/n各个炮弹往前飞行，遇到转缆系统，被捕获装置在同向点捕获，然后飞船在反向点抛出炮弹。/n

【技术特征摘要】
1.一种加速系统及其加速方法，任务是利用加速系统给飞船加速，其特征是：
加速系统是由电磁炮（1）、炮弹（2）、转缆系统（3）组成，加速系统部署在太空中；炮弹可以通过电磁炮发射；
所述炮弹是由弹体、无线电通信设备、姿态控制器、电池组成，电池给无线电通信设备、姿态控制器供电；
飞船安装在一个转缆系统内，转缆系统是由飞船（6）、缆绳（5）、捕获装置（7）组成；飞船上系着一根缆绳，缆绳的另外一端连接着一个捕获装置，且捕获装置、飞船分别在转动中心的两端；缆绳和捕获装置绕着飞船质心转动；飞船系统一边往前平飞，一边自转，自转轴线垂直于平飞的方向；
开始加速时，捕获装置的同向点（8）在电磁炮的前方，电磁炮对准捕获装置的同向点；
电磁炮依次发射多个炮弹，越往后发射的炮弹的速度越大；
各个炮弹往前飞行，遇到转缆系统，被捕获装置在同向点捕获，然后飞船在反向点抛出炮弹。


2.根据权利要求1所述加速系统及其加速办法，其特征是：炮弹安装了喷气发动机；在被捕获装置接到前，通过喷气来调整速度。


3.根据权利要求1所述加速系统及其加速办法，其特征是：炮弹安装了聚光灯；电磁炮上安装了望远镜；在炮弹飞离电磁炮的过程中，望远镜监测炮弹的飞行方向，调整炮弹的飞行方向。


4.根据权利要求1所述加速系统及其加速办法，其特征是：炮弹安装了聚光灯；转缆系统安装了回转台，回转台安装在转动中心处...

【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