一种炮弹加速飞船的转缆加速法制造技术

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，且燃料消耗随着速度增量目标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自转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、自转系统组成。由太空中的电磁炮发射炮弹，由自转系统捕获炮弹，炮弹绕质心转过180度后脱离。自转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】
一种炮弹加速飞船的转缆加速法
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是速度增量目标，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炮弹，把炮弹发射出去。电磁炮可以通过调整磁场强度、电流强度，使得炮弹的发射速度可以精确调节。但是目前电磁炮的成本太高，体积重量大，无法装入坦克内，没有量产。电磁炮理论上的发射速度没有上限，未来达到1000km/s也完全可以。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。目前导弹、炮弹的制导技术已经非常精准，对运动目标的精度可以达到0.1米，有些导弹的命中率高达99%以上。自动分拣机器人，已经能够100%识别地面上的多余杂物。
技术实现思路
本专利技术提供了一种转缆加速法，这种方法是：等待加速的飞船，与一个机械手，飞船系在一根缆绳的一端，机械手系在缆绳的另外一端，且飞船和机械手绕着缆绳上的、靠近飞船一端的某点转动。缆绳、飞船、机械手组成了一个自转系统，转动中心也是系统的质心。质心前进方向与飞船要加速的飞行方向相同。在自转过程中，当机械手的线速度方向与飞船要加速的飞行方向相同时，机械手所在的点称为机械手的同向点，此时线速度方向与质心的平动方向相同。当机械手的线速度方向与质心的平动方向相反时，机械手所在的点称为机械手的反向点。在自转系统所在的自转平面内，在机械手的同向点的正后方，部署了一个电磁炮，电磁炮在同向点切线上。这个自转系统的加速过程是，电磁炮朝着同向点发射炮弹，炮弹朝着同向点飞行。在同向点，炮弹与机械手相遇，炮弹被机械手捕获，绕质心转动。炮弹绕质心转过奇数个180度后，在反向点机械手抛弃炮弹。在此过程中，炮弹的动量减少，飞船获得向前的冲量，提高速度。电磁炮发射多个炮弹，飞船在加速过程中依次捕获炮弹、丢弃炮弹，从而逐步加速。炮弹是制导炮弹，炮弹内安装了导航设备、能够控制飞行方向和速度。类似地，飞船也有同向点。当机械手捕获到最后一个炮弹后，飞船可以在同向点时脱离缆绳，进一步提高了速度，独自往前飞行。通过这种方法，利用很少的资源消耗，飞船就可以获得很大的速度增量。设质心平动的飞行速度是10000m/s，机械手的线速度是3000m/s，则炮弹的飞行速度是13000m/s，才能够被捕获。捕获后，炮弹在反向点脱离，飞行速度变为10000-3000=7000m/s。设炮弹的重量是1kg，则在此过程中，炮弹的动量减少了(13000-7000)*1=6000kg.m/s的动量，而自转系统则增加了6000kg.m/s的动量。飞船的质量是1000kg，加上缆绳、机械手等，自转系统的总质量是1200kg，那么一个炮弹可以使得质心的平动速度增加6000/1200=5m/s的速度。在整个加速过程中，电磁炮发射10000个炮弹，可以使得自转系统的速度增加5*10000=50000m/s的速度。而10000个炮弹的总质量是10吨，而相同加速能力的运载火箭是1100万吨。可见，这种方法的资源消耗和成本远远小于运载火箭。缆绳采用超高强度的聚乙烯纤维，而且靠近质心的截面积大、远离质心的截面积小。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，自转系统。4，质心。5，缆绳。6，飞船。7，机械手。8，同向点。9，反向点。有益效果这种电磁炮弹和自转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)这种炮弹被自转系统接到、绕质心转动半周后脱离自转系统。如果线速度是v，炮弹质量是m，那么可以使得自转系统和飞船增加2mv的冲量，相当于炮弹的等效比冲是2v。通常地v可达3km/s以上，相应地等效比冲可达6km/s以上，远比普通的化学燃料高得多。由于比冲大，炮弹消耗少，电磁炮消耗的能源也少很多。3)化学火箭的质量和造价，按照速度增量目标的次方来增长，速度增量目标大于3000m/s后，增加速度极高。而炮弹使用量是按照速度增量目标线性增长的，增长速度低，因此非常适合高速任务。4)这种办法的加速时间仅为5-20小时就能够达到速度增量目标，比纯粹的核电和离子推进器的方法节省上千倍时间。5)加速系统是可以重复使用的。运载火箭多数无法回收，而电磁炮弹系统可以很简单地重复使用，造价相对而言不高。总而言之，这种加速系统及其加速办法，为未来的太空旅游、星际飞行提供了一种非常好的途径。实施例实施例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。飞船、缆绳、机械手组成了一个自转系统。这个系统发射进入太空时还是在一个太空舱内，机械手还安装了一个小型的火箭发动机，火箭发动机喷气，把机械手和缆绳拖出、使得缆绳拉直。然后火箭发动机朝着机械手的线速度方向的反方向喷气，使得机械手增加线速度，从而自行系统加速自转。通过这种方法，自转系统就自转起来。在自转系统所在的自转平面内，在自转系统的后方，部署了一个电磁炮，且电磁炮在机械手的一条切线上，电磁炮可以朝着切线方向发射炮弹，炮弹的轨迹线与机械手自转圆相切。这个自转系统的加速过程是，电磁炮朝着同向点发射炮弹，炮弹朝着同向点飞行。在同向点，炮弹本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种加速系统及其加速方法，目的是给飞船加速，其特征是：/n加速系统是由电磁炮（1）、炮弹（2）、自转系统（3）组成，加速系统部署在太空中；/n所述炮弹是由弹体、制导设备组成；/n自转系统是由飞船（6）、缆绳（5）、机械手（7）组成；飞船上系着一根缆绳，缆绳的另外一端连接着一个机械手，且飞船和机械手绕缆绳上靠近飞船的一点转动；自转系统一边往前平飞，一边自转，自转轴线垂直于平飞的方向；/n电磁炮在自转系统所在的自转平面内、在机械手的同向点的正后方；电磁炮对准同向点依次发射多个炮弹，越往后发射的炮弹的速度越大；/n各个炮弹往前飞行，遇到自转系统，被机械手在同向点捕获；机械手每捕获一个炮弹后，就在反向点抛出炮弹，使得自转系统获得一点往前的冲量，使得质心获得往前的速度增量；/n通过机械手捕获、抛出多个炮弹，实现了自转系统和飞船的加速。/n

【技术特征摘要】
20200826 CN 20201084180011.一种加速系统及其加速方法，目的是给飞船加速，其特征是：
加速系统是由电磁炮（1）、炮弹（2）、自转系统（3）组成，加速系统部署在太空中；
所述炮弹是由弹体、制导设备组成；
自转系统是由飞船（6）、缆绳（5）、机械手（7）组成；飞船上系着一根缆绳，缆绳的另外一端连接着一个机械手，且飞船和机械手绕缆绳上靠近飞船的一点转动；自转系统一边往前平飞，一边自转，自转轴线垂直于平飞的方向；
电磁炮在自转系统所在的自转平面内、在机械手的同向点的正后方；电磁炮对准同向点依次发射多个炮弹，越往后发射的炮弹的速度越大；
各个炮弹往前飞行，遇到自转系统，被机械手在同向点捕获；机械手每捕获一个炮弹后，就在反向点抛出炮弹，使得自转系统获得一点往前的冲量，使得质心获得往前的速度增量；
通过机械手捕获、抛出多个炮弹，实现了自转系统和飞船的加速。


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...

【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