近日，上海宇航系统工程研究所在国家知识产权局公布了一项令人惊讶的专利申请：一种在临近空间电磁发射卫星的系统和方法。这是一种利用飞艇搭载电磁弹射系统和太阳能电池，在30~40千米高度发射微纳卫星的方法，具有低成本、高效率、灵活性等优点。这项专利展示了中国在电磁发射领域的创新能力和领先地位，也是上海宇航系统工程研究所在马伟明领导下作出的又一重大贡献。
马伟明院士是中国电磁发射领域的领军人物，他曾建议直接上电磁弹射的国产航母，并提出了全能舰的设想，即利用电磁武器和激光武器等实现一艘舰担当一个航母编队的任务。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。
本文将为您介绍临近空间电磁发射卫星的工作原理、技术难点、优势特点等方面，以及中国在三种电磁发射技术方面的突破和应用，让您了解中国在这一领域的创新成果和前沿探索。
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临近空间电磁发射卫星：30千米高度一举发射入轨
临近空间电磁发射卫星是一种利用飞艇搭载电磁弹射系统和太阳能电池，在30~40千米高度发射微纳卫星的方法。这个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。
飞艇系统运行于20～100km高度的临近空间范围内，用于承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及储能装置的能源系统、气动舵面及飞行控制系统、任务管理系统、电动螺旋桨推进系统。
电磁发射系统布置于飞艇系统下方，用于为卫星提供进入低地球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、直线加速轨道系统。该系统需要在100米长的轨道上将卫星加速到8千米/秒，这需要极高的加速度、能量储备和控制能力，以及考虑大气阻力、热障防护和火箭推进等因素。
卫星系统为电磁发射的微小型航天器系统，总重量不超过10千克，具有抗高过载能力和自身发动机调整姿态和轨道的能力，可以使用离子发动机或者太阳能电池等方式，实现长期在轨或者灵活变轨。
其发射过程为使用充满惰性气体的平流层飞艇携带电磁发射系统和卫星上升到30千米高度，并使用螺旋桨稳定姿态，将卫星发射轨道精确调整为入轨倾角，受制于无法变轨，因此只能发射倾角大于该发射点纬度的卫星，无法发射小于该纬度的小倾角卫星。稳定角度并调整好发射仰角后，启动电磁发射系统将携带的卫星发射入近地轨道，由于发射轨道只有100米长度，因此该系统只能发射微小卫星。在穿越大气层时，卫星需要开启热障防护和火箭推进，以避免减速和烧毁，并在达到预定轨道后关闭火箭推进。
电磁发射技术：中国在一些新技术方面已领先美国
电磁发射技术是一种利用电磁力将物体加速到高速的技术，有多种形式和应用，如电磁弹射、电磁炮、电磁枪等。中国已经掌握了三种电磁发射技术：轨道发射、电磁线圈发射和重接线圈发射，分别应用于电磁炮、电磁枪、电磁弹射等武器系统，并且拥有中压直流系统的优势。
轨道发射是使用洛伦兹力作用加速的一种技术，原理是通电导线在磁场中运动的原理，适合高速小质量物体的发射，比如将几十千克的炮弹加速到3千米/秒，射程可达200~300千米。这种技术原理简单，但对储能设施以及轨道烧蚀技术提出了极高的要求，美国就是一直无法解决轨道烧蚀问题而放弃了这项技术。中国则是唯一进行过海试的国家，并且已经装备了多艘舰艇。
电磁线圈发射是使用两个线圈的磁场相互作用产生安培力，使弹丸向炮口端移动的原理。这个介于轨道发射与重接线圈发射之间，速度不高，重量也不大，适合民用领域的应用，比如电磁灭火枪、电磁防爆枪等非杀伤性武器。这种技术能量利用率较高，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一种技术，适合低速大质量物体的发射，比如弹射战斗机以及电磁雪橇“弹射”测试的车厢或者需要高速的战斗机测试驾驶舱等。这种技术也被称为直线电机，因为它的原理和结构与电机类似，只是将旋转运动转化为直线运动。这种技术能量利用率较低，但加速度和推力较大。
中国在这三种电磁发射技术方面都有突出的成就和应用，而且还在不断创新和探索，比如马伟明提出的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。中国的电磁发射技术已经在各个行业展开全面应用，比如电磁炮用来灭火、电磁雪橇作为陆地加速测试，应用于撞击测试以及需要高速的领域，另外我国还装备了电磁防爆枪等非杀伤性武器。就目前来看，中国在电磁弹射技术和电磁轨道炮技术方面已经领先美国，而在电磁发射器件技术方面也有着不俗的表现。
马伟明：中国电磁发射技术发展功不可没
马伟明是中国电磁发射领域的领军人物，他是上海宇航系统工程研究所所长、中国工程院院士、国家重大科技专项总师。他从事航天科技工作40多年，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，他曾建议直接上电磁弹射的国产航母，并提出了全能舰的设想，即利用电磁武器和激光武器等实现一艘舰担当一个航母编队的任务。他还提出了临近空间电磁发射卫星的方法，为小型卫星提供了一种进入空间的平台和方法，具有低成本、高效率、灵活性等优点。
他曾获得国家科技进步特等奖、国家自然科学二等奖、何梁何利科学与技术进步奖等多项荣誉和奖励。他被誉为“中国航天事业的领路人”、“中国海军事业的功臣”、“中国航天科技活动蓝皮书（2022年）》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，无疑又为马伟明院士的履历上增添了光辉的一笔，对此，不少网友直接评价称：“无双国士——马伟明。”
临近空间电磁发射卫星是一种具有巨大潜力和前景的发射技术，它可以降低卫星发射成本和难度，提高卫星发射效率和灵活性，为中国的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，标志着我国在电磁发射领域更上一层楼。
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