最近，上海航天系统工程研究所在国家知识产权局宣布了一项令人惊讶的专利申请:一种用于在临近空间电磁发射卫星的系统和方法。这是一种利用带有电磁弹射系统和太阳能电池的飞艇在30~40公里高度发射微纳卫星的方法，具有成本低、效率高、灵活等优点。这项专利显示了我国在电磁发射领域的创新能力和领先地位，也是上海航天系统工程研究所在马伟明领导下做出的又一重大贡献。
马伟明院士是我国电磁发射领域的领军人物。他曾建议国产航母采用电磁弹射直接下水，并提出了全能舰的设想，即利用电磁武器和激光武器可以将一艘舰艇作为航母编队使用。他还提出了电磁发射导弹的模式，将电磁弹射技术应用于垂直发射系统，提高导弹的发射效率和可靠性。
本文将介绍临近空间电磁发射卫星的工作原理、技术难点、优势和特点，以及中国在三项电磁发射技术上的突破和应用，让大家了解中国在该领域的创新成果和前沿探索。
临近空间电磁发射卫星:发射到30公里高度的轨道上。
临近空间电磁发射卫星是利用装有电磁弹射系统和太阳能电池的飞艇，在30~40公里高度发射微纳卫星的方法。该方法由三个主要部分组成:飞艇系统、电磁发射系统和卫星系统。
飞艇系统运行在20 ~ 100 km高度的临近空间，用于搭载电磁发射系统和卫星系统，包括大型气囊及其支撑结构系统、基于柔性薄膜太阳能电池阵和储能装置的能源系统、气动舵和飞行控制系统、任务管理系统和电推进器推进系统。
电磁发射系统位于飞艇系统下方，用于为卫星提供进入近地轨道空间所需的速度，包括发射控制系统、直线电机驱动系统和直线加速轨道系统。该系统需要将卫星在百米长的轨道上加速到8公里/秒，对加速度、能量储备和控制能力要求极高，还要考虑大气阻力、热障防护和火箭推进。
卫星系统是电磁发射的微型航天器系统，总重量不到10公斤。它具有抗高过载和调整自身发动机姿态和轨道的能力。它可以利用离子发动机或太阳能电池实现长期变轨或灵活变轨。
发射过程是利用充满惰性气体的平流层飞艇将电磁发射系统和卫星搭载到30公里的高度，利用推进器稳定姿态，将卫星发射轨道精确调整到倾斜角度。由于无法变轨，只能发射倾角大于发射点纬度的卫星，而倾角小于该纬度的小卫星则无法发射。稳定角度、调整发射仰角后，启动电磁发射系统，将搭载的卫星发射到近地轨道。由于发射轨道只有100米长，该系统只能发射微小卫星。穿越大气层时，卫星需要开启热障保护和火箭推进，避免减速燃烧，到达预定轨道后关闭火箭推进。
电磁发射技术:中国在一些新技术上领先美国。
电磁发射技术是利用电磁力将物体加速到高速的技术。它有多种形式和应用，如电磁弹射、电磁炮、电磁炮等。我国掌握了轨道发射、电磁线圈发射、重联线圈发射三种电磁发射技术，分别应用于电磁炮、电磁炮、电磁弹射等武器系统，具有中压DC系统的优势。
轨道发射是一种利用洛伦兹力加速的技术。原理是带电导线在磁场中运动，适用于发射高速小质量物体，如将几十公斤的炮弹加速到3公里/秒，射程200~300公里。这种技术原理简单，但对储能设施和轨道烧蚀技术提出了极高的要求。美国一直无法解决轨道烧蚀问题，放弃了这项技术。中国是唯一进行过海试并装备多艘舰艇的国家。
电磁线圈击发是利用两个线圈的磁场相互作用产生安培力，使弹丸向枪口端运动的原理。这种介于轨道发射和重联线圈发射之间，速度低，重量轻，适合民用，如电磁灭火炮、电磁防爆炮等非致命武器。该技术能量利用率高，结构简单。
重接线圈发射是利用重接线圈产生的强大推力将物体加速到高速的技术，适用于发射低速大质量物体，如弹射战斗机和电磁雪橇“弹射”试验的座舱或需要高速战斗机试验的座舱。这种技术也叫直线电机，因为其原理和结构与电机相似，只是将旋转运动转化为直线运动。这种技术能量利用率低，但加速度和推力高。
中国在这三项电磁发射技术上都取得了突出的成就和应用，并在不断创新和探索。比如马伟明提出了电磁发射导弹的模式，将电磁弹射技术应用于垂直发射系统，提高导弹的发射效率和可靠性。我国的电磁发射技术已经在各个行业得到了充分的应用，比如消防用电磁炮、陆地加速试验用电磁雪橇、冲击试验以及需要高速度的领域。此外，中国还装备了电磁防爆炮等非致命武器。目前中国在电磁弹射技术和轨道炮技术上已经领先美国，在电磁发射装置技术上也有不俗的表现。
马伟明:我国电磁发射技术的发展功不可没。
马伟明是中国电磁发射领域的领军人物。上海航天系统工程研究所所长，中国工程院院士，国家科技重大专项总工程师。他从事航天科技工作40余年，主持或参与了多项国家重大科技项目和任务，取得了一系列重要成果和创新。
他是中国电磁弹射技术的开创者。他曾建议国产航母采用电磁弹射直接下水，并提出了全能舰的设想，即利用电磁武器和激光武器实现一艘舰作为航母编队的任务。他还提出了电磁发射临近空间卫星的方法，为小卫星进入太空提供了一个平台和方法，具有成本低、效率高、灵活等优点。
曾获国家科技进步特等奖、国家自然科学二等奖、贺亮合力科技进步奖等多项荣誉和奖励。被誉为“中国航天事业的领军人物”、“中国海军工业的英雄”、“中国航天科技活动蓝皮书(2022)”中最耀眼的明星。
这一次，临近空间电磁发射卫星技术的提出，无疑为马伟明院士的履历增添了辉煌的一笔。对此，不少网友直接评论:“无与伦比的国学大家——马伟明。”
临近空间电磁发射卫星是一项极具潜力和前景的发射技术，可以降低卫星发射的成本和难度，提高卫星发射的效率和灵活性，为我国航天事业开辟新的空间。这项技术也体现了中国科学家在电磁发射领域的创新精神和开拓思维，标志着中国在电磁发射领域更上一层楼。
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