在航空航天领域，降低发射成本一直是科学家和工程师们追求的目标。据媒体近日报道，民营航天公司星河动力已启动“谷神星二号”的研发工作，该火箭可以采用电磁弹射技术，将运载能力提升至3.5吨，大大降低发射成本。那么，电磁技术可以将火箭直接弹射上天吗？

火箭弹射怎么弹？

电磁弹射技术，就是利用电磁作用原理产生的电磁推力使物体加速的技术。这个“新概念”的理论依据其实早已有之，就是高中物理会学到的安培定律：当一个导体在磁场中通过电流时，它会受到一个垂直于电流和磁场方向的力。利用这一定律，人类发明了各种各样的电动机，成为现代工业文明的基础之一。

如果将旋转运动的电动机沿周向展开，就变成一种直线推进技术，该力将使位于磁场中的带电物体加速向前运动，带电物体可以是炮弹、导弹、火箭、卫星、飞机、火车等。这一新兴的电磁弹射技术在1895年就由荷兰物理学家提出，特别适用于短行程发射大载荷，在军事、民用和工业领域具有广泛应用前景。

这一理论创立以来，人类一直在开展电磁发射技术研究，提出了用电磁力发射物体的设想。利用电磁弹射技术发射火箭，就是通过控制电流和磁场的变化，使电磁弹射火箭沿着一定的轨道加速运动，从而达到很高的速度。火箭电磁弹射系统的架构一般由能源系统、开关系统、加速器系统和发射控制系统组成。因为电磁驱动力随着电流的增大而增大，所以只要保证有足够的电流输入，便能在发射装置内产生足够大的推力，使火箭在短时间内达到更高的速度。

初看起来，利用电磁弹射技术发射火箭，只需消耗廉价的电能。据估算，如果能够实现可接受的发射速率，发射成本可能会非常低，接近600美元/公斤。这与动辄20000美元/公斤的航天飞机发射价格相比，实在是过于便宜。

此外，人们认为电磁弹射火箭还具有发射效率高的优点。电磁弹射火箭的发射过程更为迅速和稳定，一旦电源通电，火箭可在极短的时间内获得足够大的速度，从而提高发射效率。传统火箭在发射过程中会产生大量的噪音和烟雾，对环境造成污染，而电磁弹射火箭的发射过程更为清洁和环保。

弹射入轨有点难

然而，人们通过研究发现，电磁发射火箭在具体技术实现上还有着难以逾越的障碍，因此这方面的研究还停留在设想和探索阶段。

有人通过计算发现，航母上的电磁弹射器要把重量约30吨的舰载飞机加速到240公里/小时，需要121兆焦耳的能量，这么多能量需要在几秒内释放出来。如果要用电磁弹射器发射火箭，假设火箭的重量是舰载飞机的10倍，速度要加速到5马赫，那就需要配备一个能产生几千兆瓦能量的电站。

这是什么概念？三峡电站总装机容量才22.5千兆瓦，而且也不是时常满负荷运转；世界上最大的核电站装机容量也仅有约8千兆瓦。所以要想实现电磁弹射火箭，相当于要给电磁弹射装置配一个核电站，还得有足够大的电容和变电设备。

所以说，现代科技的发展牵一发动全身，在超导和核聚变发电没有革命性突破之前，电磁弹射火箭直接入轨有点困难。因此，人们开始想办法降低电磁弹射火箭对地面支持系统的要求，考虑把电磁力作为某一个阶段的加速手段，节约燃料减少污染。

此次新闻中介绍的“谷神星二号”，本质上是把火箭地面起飞部分的加速过程用轨道加速代替，从而提高了有效载荷的发射质量。“谷神星二号”的起飞质量约98吨，如果使用普通的车载发射，500公里高度轨道发射有效载荷质量约1.6吨，而使用电磁弹射则可以直接蹿升到3.5吨。

不过，放眼未来，随着科技的发展，电磁弹射技术有望推动火箭发射向更加高效、更加便捷的方向发展，为未来的航天发射带来革命性变革。

来源/《中国航天报·飞天科普周刊》，原标题《探索廉价发射方式，火箭也能弹射上天？》

文/于远航

编辑/胡蓝月