美国公司尝试通过"旋转发射"把卫星甩上天，美媒:这技术可用来造超远程大炮
美国一家初创公司近日披露，他们打造了一款能够将航天器送入太空的“旋转发射”系统，并对其进行了首次抛射测试。美媒分析称，这种发射装置能够节省太空发射的成本，而且还具备有一定的军事应用潜力，可以用于快速发射军用卫星或是打造超远程大炮。
美国“旋转发射”打造的“亚轨道加速器”的原型机
美国“动力”网站“战区”专栏11月10日报道称，美国一家航天发射领域的初创公司近日首次展示了一套基于动力学的航天发射系统，用于将小型航天器送入轨道。这种发射器采用了“旋转发射”的理念，基于一台真空密封环境下的离心机研发，它能以数倍音速的速度旋转抛射物，然后将其抛入到高层的大气中。这家公司希望通过这种运送载荷的方式来挑战传统的火箭发射。
报道称，这一被称为“亚轨道加速器”的原型装置于10月22日就在新墨西哥州完成了首次抛射测试，但该公司直到11月10日才正式宣布了这一“里程碑”。这套旋转抛射系统使用了一个旋转臂，在没有阻力的真空室中带着投射物高速度旋转，然后“在不到一毫秒的时间”将其抛射出去。在抛射物刺穿发射管顶部的薄膜之前，整套旋转系统都是在真空环境下运行。
研发这一装置的“旋转发射”（SpinLaunch）公司的首席执行官乔纳森·亚尼在接受采访时表示：“使用陆基系统对抛射物进行加速并发射出去，这是一种完全不同的（发射）方式。”他还表示，现在使用的炮射原型机只有其最终计划打造的“亚轨道加速器”的三分之一的大小，但是其高度已经达到了300英尺（约合91.4米）。
抛射物穿破发射筒顶部薄膜的瞬间
“旋转发射”公司表示，他们在10月份进行的这次测试是为了验证空气动力学效应和炮射系统方面的基本概念，这只是其进行的第一次概念测试，抛射物被推进到了“数万英尺”（1万英尺约等于3048米）的高度。测试中的抛射物大约有10英尺（约3米）长，被加速到了“每小时数千英里”的速度，使用的功率约为加速器总功率的20%。
报道称，这家公司计划未来在抛射物内部增加一具火箭发动机，使其具备轨道飞行的能力，火箭助推器会在与炮射载体分离后点火。正如此前报道的一样，火箭体将在没有动力的情况下滑行大约一分钟，然后在大约20万英尺（6.1万米）的高空点火。该公司还解释说，火箭组件并不是将物体送入轨道的必要部件，“因为发射卫星时不需要火箭就能将其送出大气层”。该公司表示，这类飞行测试可能很快就会开始，计划在接下来的6到8个月的时间里进行大约30次的亚轨道抛射飞行测试。此外，该公司还希望进行轨道抛射发射测试。
“亚轨道加速器”的原型机
报道认为，“旋转发射”公司的想法可能确实是“大胆和疯狂的”，但如果这项技术能够成熟，似乎比传统的太空发射系统更有优势。而该公司的首席执行官亚尼也表示，一旦设备准备就绪，该公司将会到沿海寻找一个太空发射场，能够为“每天数十次发射”提供支持。
“战区”还提到，更为重要的是这种能迅速将卫星送入太空的能力可能对美国军方有着特别的吸引力。可以想象，如果现有的卫星群停止工作或是被损坏，“旋转发射”的概念可能是在短时间内将小型的、简单的卫星快速送入轨道的理想方式。为未来的几年里，打造由众多卫星组成的星座将会是美国国防部的优先任务。
另外，“旋转发射”的概念显然也可以有其他的军事应用，例如打造超远程火炮和超远程打击能力，特别是在短时间内从很远的地方打击目标的能力，这也是美军的首要任务之一。从武器应用化的角度来看，“旋转发射”的概念似乎很有吸引力。
11月10日，美国航天发射初创公司SpinLaunch宣布，该公司在新墨西哥州的美国太空港成功利用亚轨道加速器原型机成功发射了一枚无动力“抛射体”（projectile）。此次试验是“螺旋发射”概念的首次发射测试，“抛射体”仅被推进到“数万英尺”的高度。“螺旋发射”概念基于真空密封的离心机，该离心机以数倍声速旋转无动力“抛射体”，然后在“不到一毫秒”的时间内将其抛入高层大气，最终进入轨道。SpinLaunch公司希望颠覆传统火箭发射方式，将航天器送入太空。
SpinLaunch公司负责人表示，首次发射试验中使用的亚轨道加速器是最终版本的三分之一，高约91米。使用的亚轨道抛射体长约3米，加速到“每小时数千英里”，仅使用了20%的加速器功率容量。此次亚轨道加速器测试，主要验证空气动力学和释放机制方面的基本概念。
首次发射任务中“抛射体”被推出亚轨道加速器的瞬间
据报道，“抛射体”在发射后被回收可重复使用是 “螺旋发射”概念的关键部分。然而，目前尚不清楚“抛射体”将如何回收，特别是因为发射视频概念显示它至少分为两部分。添加回收系统会增加体积和复杂性，这也意味着这些“抛射体”大概是由特殊材料制成的，可以承受极端速度和摩擦热。
未来，该公司计划在“抛射体”内增加一个火箭发动机，以提供轨道飞行。在该版本中，火箭助推器只有在与弹射/运载火箭分离后才会点燃。根据之前的报道，火箭在大约60000米的高度点燃之前，“抛射体”将在无动力的情况下滑行大约一分钟。
内部装有两级火箭和有效载荷的轨道运载火箭的分解图
分离后的第一阶段点火概念图
值得一提的是，该公司在其网站上称，火箭组件并不是将航天器送入轨道的必要条件：“因为动能发射的卫星无需火箭就可以离开大气层，同时，“螺旋发射”概念将实现一个未来可以发射卫星群和空间有效载荷的零排放。公司计划在未来六到八个月内进行约30次亚轨道试飞。除此之外，该公司还有希望进入轨道发射。
目前，SpinLaunch公司表示，它已经完成了大约90%的与全尺寸系统相关的风险降低研究，正在加速完成设计。一旦轨道飞行器准备就绪，SpinLaunch公司将离开美国太空港，寻找一个能够支持“每天数十次发射”的沿海太空发射基地。在不使用大型复杂火箭的情况下，快速发射速度将反过来降低将货物送入轨道的成本。该公司声称，加速器驱动带来的速度提升导致进入轨道所需的燃料减少了四倍，成本降低了十倍。不过，该系统有限的投掷重量，即使是其轨道飞行器形式，也意味着“螺旋发射” 将无法将更大的有效载荷送入轨道。尽管如此，“螺旋发射”很可能满足美国空军以及太空部队和导弹防御局的许多需求（将大量小卫星送入太空）。美国防部防创新部门已于2019年与该公司签署了一份合同，以支持项目发展。
https://www.space.com/spinlaunch-first-test-flight-success