薛偉傑：內地研發電磁彈射火箭 據報2028年試驗

【明報專訊】排水量8萬餘噸的「福建艦」本月5日在海南三亞入列服役，成為中國第一艘，以及全球第二艘電磁彈射航空母艦，令外界非常關注中國的電磁彈射技術水平。據悉，中國正在積極研究將電磁彈射技術應用到各方面，除了軍事用途之外，還計劃以電磁技術來彈射航天火箭，以降本增效，在可重用火箭之外，開闢多一條技術路線。

綜合內媒所說，內地研究電磁彈射技術相信至少已經有10多年，除了電磁彈射飛機之外，曾經和正在研究的各種應用還包括：電磁軌道炮、電磁彈射多管火箭炮、電磁彈射導彈、電磁彈射魚雷、電磁彈射航天火箭等等。其中，後者尤其引人注目，被認為是內地航天業在可重用火箭技術方面努力追趕SpaceX之外，另行開闢的一條戰線。電磁彈射航天火箭的方式，其實和電磁彈射飛機相差無幾，都是利用電磁軌道來提供初速，令飛行器（火箭或飛機）未開動自己的發動機，便已經升空，從而節省燃料、提高載重量和航程等等。只不過，航天火箭通常都比飛機重得多，飛行的高度也高得多，所以電磁彈射航天火箭的要求和難度，也會比電磁彈射飛機高得多。此外，電磁彈射航天火箭也不可能採用水平的角度。特別需要強調的是，電磁彈射航天火箭只屬「幫補」，絕不可能單靠電磁彈射直接就將火箭或人造衛星發射進入軌道。

幫補火箭第一級

因為火箭或人造衛星要在低軌道環繞地球飛行，其速度至少要達到每秒7.9公里（宇宙第一速度）。現時美國和中國大陸的電磁軌道炮原型，最多也只能將20公斤重的炮彈加速到每秒大約2.5公里，亦即是大約7.5倍音速。這個速度與圍繞地球飛行所需的每秒7.9公里相比，還不到後者的三分一，更不要說火箭的重量比炮彈高出不知多少倍。不過，由於火箭最消耗動力和燃料的，就是在離地升空以及在大氣層之內飛行的階段，火箭的第一級也是推力最大、體積最大、重量最重和成本最高的。即使電磁彈射技術只能夠提供一個升空的初速，「幫補」一下火箭的第一級，某程度上亦能夠降本增效，尤其是對一次性火箭來說。內地積極研究以電磁技術來彈射火箭，其中一個主因正是在可重用火箭技術上遲遲未成熟，至今也只成功進行過高度10至12公里的發射和垂直回收（第一級）試驗，與商業發射需要的至少100多公里高度垂直回收還相差很遠。

料可顯著降發射成本

內媒今年一再報道，指北京星河動力航天科技股份有限公司透露，其新型固體燃料火箭「谷神星二號」的研發已進入關鍵階段，還正在四川省資陽市建設和調試配套的電磁彈射驗證平台，目標是在2028年進行首次電磁彈射火箭發射。有說這個計劃還獲得資陽市政府和中國航天科工集團有限公司的支持和合作。傳聞這個基於超導磁浮技術的電磁彈射驗證平台的設計目標是，能夠將火箭加速至超音速來彈射升空。這樣，火箭在升空和低空階段便可以省下大量燃料，從而令載重量比傳統化學燃料火箭增加一倍以上，而發射成本則降低60%至70%。當然，這些數據應該屬於偏向樂觀的估計或推測，未必可以盡信。畢竟，預期大約3年後才達成的科研目標，其實已屬較高難度。

傳聞現時內地研究的電磁彈射火箭軌道有兩種設計。其中一種是傾斜軌道，有可能會依着山坡來建造。這種軌道相當長，可能達到公里級，目的是讓火箭在較長時間內逐漸加速至高速才脫軌升空，以盡量提高其有效載荷。這種電磁彈射軌道比較適合中型和大型火箭。另外一種是垂直軌道，其長度會短得多。它的好處是佔用空間小，結構設計相對簡單。但缺點是，彈射火箭的初速不會太高，只適合小型火箭和快速發射任務。當然，不論是傾斜軌道還是垂直軌道，電磁彈射技術要真正應用於航天火箭，還需要解決不少問題。因為相對於燃燒化學燃料，以電磁軌道將火箭彈射升空的時間仍然是很短暫的，若要在這麼短的時間內將火箭由靜止加速至超音速，必然會為火箭帶來極大的衝擊力。如何確保火箭以及搭載的衛星或太空船不會在彈射過程中解體或損壞，還有太空人不會受傷，乃是第一大難關。第二，這些電磁彈射軌道的壽命有多長，可以彈射多少次才報銷，亦會直接影響到電磁彈射火箭的經濟效益。第三，電磁彈射軌道的超強磁場，會否影響到火箭、衛星、太空船內的某些儀器，令它們完全失靈或者準確度大跌。這些都需要大量的測試來驗證。

筆者個人認為，若將電磁彈射火箭升空的速度要求降低至時速幾百公里，並在初期只限於發射低軌道衛星等無人航天器，會比較容易解決技術和安全性問題。但當然，代價就有可能是經濟效益相對沒有那麼突出。

明報記者 薛偉傑

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