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北京理工大学 大学物理课程小论文 专业：能源化学工程专业 班级 姓名：陈亮亮 学号：1120112562  太空轨道加速器 摘要：普通的推进过程中，飞行器的产生高温气体向后喷出，从而推进飞行器向前。但是，反向喷气所产生的力，一方面要使箭体自身加速，另一方面要使燃料加速，箭体有多大的速度，燃料就要有多大的速度，这使许多能量都浪费在了加速自身燃料的方面。 本设计方案是借用飞行器轨道的特点对飞船加速。 1、方案总体描述： 如果设计这样一个用于加速其他飞船的飞行器（以下简称加速器），它长期停留在停泊轨道上，被加速飞船在到达加速段时，进入加速器内。此时利用线圈炮的原理，加速器对飞船加速。飞船经过“回旋”—“加速”—“回旋”—“加速”使飞船从停泊轨道速度经多次加速，最终加速到转移轨道速度，进入转移轨道。 整个方案的核心在于：1）用电磁炮原理加速飞船；2）用外力使飞船反复进入加速区进行加速。 然而电磁炮加速有一个很大的局限性，这就是，要将飞船加速到高速就必须建造很长的加速器，比如，一次将飞行器加速到第一宇宙速度需要建造1000km的轨道，要使飞船加速到能到达其他星球的速度则需要更长的轨道，这从技术难度、资金消耗来讲都是很不现实的。如果让飞行器在外力作用下通过“回旋”多次进入加速器，进行多次加速。飞船“回旋”时加速器冷却，“回旋”结束后飞船进入加速区，开始被加速器加速，往复进行达到高速度。这样一来就可以大大缩短加速器长度，有效利用加速器，使利用电磁炮原理加速飞船变得可行而且高效。 传统的推进技术利用化学能火箭将飞船加速到转移速度，这个过程中有效载荷的比例低，使得航天运输、深空探测等航天活动成本极高。在轨加速器，用电磁力代替火箭喷气提供的反冲力，可以提高航天运输的有效载荷比例，进而提高航天运输效率。 2、设计 借用地球引力使飞行器回旋，使用在轨加速器（电磁炮）对飞行器加速。如图1，加速器一直保持在停泊轨道上，高度不变。飞行器的加速轨道都与停泊轨道相切与一点，飞船进入加速器后受电磁力加速，离开加速器后受地球引力“回旋”，像这样多次回旋、加速后，飞船进入转移轨道，脱离地球引力进入深空。 图1 3：太空轨道加速器系统 图2 由于加速之后与被加速飞的轨道周期是不同的，所以，我们在同一停泊轨道上放置多个。保证每次回到切线段时正好能进入，并且被加速。 维持轨道的： 根据分析，当为其他飞船加速之后，由动量守恒可以知道，自身的速度将会下降，这时我们就需要使用上的发动机喷气，以维持的轨道高度，并调整姿态。 为什么的能量利用效率可以高于普通的:在普通的推进过程中，飞行器的产生高温气体向后喷出，从而推进飞行器向前。但是，反向喷气所产生的力，一方面要使箭体自身加速，另一方面要使燃料加速，箭体有多大的速度，燃料就要有多大的速度，这使许多能量都浪费在了加速自身燃料的方面。然而，则不同，在加速其他飞行器时，只需要保持自身的速度，并没有像目前的飞行器那样用自己的“燃料”去加速“燃料”，所以当飞行器以相对的高速脱离时，燃料的速度仍然在的那个速度上，而不是被加速到与被加速飞船一样的速度，从而达到了能量的节约。 由于是体型庞大的在轨飞行器，有如一个空间站，有足够的空间去搭建一个核能反应堆，所以核能，这样可以有效的提高能量利用效率。使用核能，可以减少空中补加燃料的次数，减少燃料运输的费用，从而大大减少的维护费用。 在核电系统需要取得的进展不仅是需要高效率，以获得兆瓦级别的电力，还需要制造出质量轻的电力系统。而最主要的缺点是需要对核辐射进行护，以确保船上的成员和载货不受辐射以及来自反应堆的高热的影响，这将会增加船体重量。但是在太空站上建立核能发动机却不需要考虑这么多问题，因为，外太空本身处在高辐射的环境之下，所以，防止核扩散以及向外辐射无需要考虑的。 电磁炮（线圈炮）发射技术、在轨飞行器交会对接技术现状、地外空间建造技术 2、各种技术发展现状及未来发展 线圈炮技术发展现状： 1980年，美国成功发射了一颗质量为317g的弹丸，其飞行速度为4.2km/s，1987年成功将弹丸加速到6km/s。1982年，澳大利亚国立大学试制的电磁炮将2.2g的弹体加速到10km/s，同年，前苏联把1.3g的弹丸加速到5km/s。20世纪90年代后，日本采用50~100级、总长