一发入魂！用大炮送卫星上天！
登月大炮？这是幻想吗？中国航天科技集团公司副总经理刘士全的一篇文章发表在2016年10月号的《国防科技工业》上。这篇文章提到了由“地面大型电磁弹射系统”——“羽毛船”、“电磁弹射”和“火箭”发射的“电子火箭”，这确实使人们“科幻小说”。
事实上，“电磁弹射系统”的基本原理与航空母舰电磁弹射器、磁悬浮列车和轨道炮相同。它们都是将电能转化为动能的简单装置，但是加速物体不同，速度也不同。据说它们很“简单”，因为它们的原理在高中时可以用物理和电学来解释。
当然，这些项目仍然很难实施。
早在人们了解电磁能之前，许多人就已经开始幻想向天空发射东西。这个“天堂”是一个真正的天堂，也就是说，它的动能至少保证它将进入地球的轨道，不会再掉下来。牛顿是“天堂”研究的创始人。他著名的思想实验“牛顿加农炮”简单地计算了第一个宇宙的速度。
牛顿时代的枪技术离天空还很远，所以它只是一个想象中的实验。200多年后，工业革命催生了武装直升机和枪支。科幻作家儒勒·凡尔纳和科幻电影导演乔治·梅里爱可以大胆地描述“大炮发射卫星”故事的细节。有趣的是，无论是凡尔纳的《从地球到月球》还是梅里亚的《月球之旅》，其中的一些细节都经得起推敲。
1902年，《月球之旅》是世界上第一部科幻电影。月亮被炮弹“击中脸部”的镜头是最早的定格动画。来源:维基共享资源
几乎与此同时，人类太空飞行事业的奠基人之一——“火箭之父”俄罗斯人齐奥尔科夫斯基认为，在检查了凡尔纳大炮之后，这是不可能实现的。因为要在枪管中加速到一个可以逃脱地球引力的速度，“炮弹”，也就是说，飞船要承受数万克的加速度，任何大型生物都会被瞬间“扫射”下去，一时间会产生控制装置，也撑不住轰。齐奥尔科夫斯基利用多级火箭来逐渐加速宇宙飞船的想法最终成为了现实，人类离开了他们在地球上的家园。
然而，多级火箭也有自己的问题。它们太复杂，可靠性差。此外，为了将负载“中继”到最终速度，需要牺牲太多的能量。因此，太空发射的成本仍然高得离谱。即使现在，每个人都在努力制造“可重复使用”的火箭，但从本质上来说，他们仍然无法解决原则上的障碍。而且还增加了系统的复杂性，可靠性更差。
要是能干净利落地发射一门“大炮”就好了！在20世纪60年代的太空飞行*期间，一个疯狂的天才做到了这一点。
这个人是吉拉德·布尔。
他毕业于多伦多大学，获得了当时非常流行的航天学博士学位。1961年，他被加拿大麦吉尔大学聘为工程学教授，三年后，他成为该大学空间研究所的主任。
在麦吉尔大学期间，他致力于由加拿大军方和美国军方资助的“一次进入轨道”的研究。美国军方为他提供了实验材料——406毫米Mk7加农炮是当时人类制造的最强大的桶装武器之一，是安装在爱荷华级战舰上的那种巨型加农炮。
Mk7的轰鸣声，这张爱荷华州BB61的照片，是大炮时代的夜钟。资料来源:imgur
只需一声“砰”，它就能把1225公斤重的高爆炸弹丸头部加速到每秒762米，枪口动能达到412兆焦耳。当然，每秒762米仍远低于第一宇宙速度7900米。为了提高射弹的速度，布尔大大减轻了射弹的重量，他采用了“亚口径”方案，用轻质材料制成的子弹夹包裹细长的射弹，这样不仅“享受”了大口径带来的大动能，而且提高了速度。这一系列炮弹或亚轨道飞行器被命名为“马特里”。传说马蒂特鸟是一种没有腿的鸟。这实际上是由于人们对像雨燕这样的鸟类的错误观察。它们的小腿真的不显眼。
圣马丁鸟也是麦吉尔大学校徽的吉祥物。图片来源:麦吉尔大学官方网站
第二个改进更加引人注目。在上面的舰炮图中，我们可以看到具有巨大动量的枪口火焰。这种巨大的枪口火焰还导致了另一个问题，即火药爆炸产生的高温高压气体还没有完全膨胀以将能量传递给射弹，而且很大一部分已经被浪费掉了。如何减少浪费，最简单的方法是——延时长管枪。让抛射体有足够的距离来“吃掉”火药产生的能量。布尔的方法简单而粗糙，即把两个20米长的Mk7炮管焊接在一起。
第三个改进是在每次发射前对枪管抽真空，以减少空气对内弹道的影响。
这一系列实验的代号是“高海拔研究项目”。起初，这个实验是在加拿大魁北克的一个射击场进行的，但后来发现射击场不够大。后来，美国军方提供了一个更好的试验场——位于中美洲巴巴多斯的美国军事基地。这是巴巴多斯大炮的名字。每次发射，炮声在整个巴巴多斯都能听到。
巴巴多斯大炮。照片来源:reddit
1966年，“最终版本”的哈普火炮和炮弹来到第三个试验场——美国亚利桑那州尤马靶场，波尔以惊人的2100米/秒的速度发射了180公斤炮弹，超过了音速，最大发射高度为180公里，远高于国际航空联合会认可的100公里的卡尔曼线，以及外层空间和大气层之间的边界，即炮弹进入了外层空间。因为它还不是一个轨道飞行器，它最终会返回地面。
实验后不久，美国和加拿大停止资助该项目，因为已经陷入越南战争泥潭的美国军方无法看到这种事情与当时蓬勃发展的火箭相比的实际意义。此外，据说布尔阴晴不定的本性也使黄金拥有者非常头痛。奇怪的是，这个被取消的项目被布尔建立的私人公司“空间研究所”继承了。
巴比伦婴儿的“流产”和天才的落布尔的目标非常明确，那就是将一颗卫星射入灵魂。
然而，没有钱。
像他这样的人不担心钱。只需要将枪口对准太空中的人类。波尔研制了一种155毫米榴弹炮，其直径是45倍(枪管长度与口径之比):GC-45。这种枪的内弹道和外弹道设计非常好，引发了155毫米枪更换的全球趋势。炮兵的合作伙伴包括中国、伊朗、伊拉克、以色列和南非。你不需要成为国际问题的专家就能感觉到这个人正在死去。不管你有什么怨恨，只要你给我钱，我就去做。
在科威特阅兵仪式上，中国制造的PLZ-45自行榴弹炮是伯尔的作品。资料来源:搜狐军事
在20世纪70年代和80年代，波尔作为世界头号“平民”军火商，在世界各地的冲突地区游荡，最终找到了一个愿意支持他梦想的人——萨达姆·侯赛因。当然，萨达姆·侯赛因的野心不是仰望星空。西方情报机构发现了伊拉克的农药公司，并进口了许多高精度大口径无缝钢管，从而发现了布尔的计划。有些钢管甚至有1米的直径。它们是巴比伦大炮的枪管。巴比伦计划始于1988年。根据计划，它将采取两个步骤:直径350毫米，46米长的巴比伦婴儿和146米长的巴比伦婴儿。此外，波尔还为伊拉克开发了弹道导弹再入弹头。
现在在英国朴茨茅斯的皇家军事博物馆里有两辆公共汽车和两个桶。来源:互联网
1990年3月20日，62岁的杰拉德·布尔在比利时布鲁塞尔的家中被枪杀。这仍然是一个悬案。据推测，以色列和伊朗特工应该参与其中。然后，海湾战争爆发，未完成的巴比伦大炮被盟军占领。理论上，如果巴比伦建成，布尔的梦想可能会实现。
世界上没有多少伯尔的照片。这是最著名的一个。第一个仍然是麦吉尔大学的教授。资料来源:alchetron.com
“超级电磁炮”成功了“加农炮梦想”制造超级加农炮，利用化学能“一炮入轨”的难度，从布尔一生的坎坷中知道有多难，除了他的疯子，没有人做过这种尝试，除了像萨达姆这样的疯子，没有人支持这种疯狂的想法。
在放弃波尔的“大炮进入轨道”后，美国军方没有放弃对高边界的战斗。相反，他们把钱投入到更现实的火箭技术和其他更具前瞻性的技术手段上。其中之一是轨道炮。
目前，美国和英国联合开发的轨道炮非常接近实用。资料来源:美国海军，摄影师:约翰·威廉姆斯
电磁弹射器，一种具有相同原理的航空母舰，也安装了新一代美国福特级航空母舰。
在福特级航空母舰的电磁弹射器测试中，一个滑轮被扔进了海里，甲板上再也看不到以前蒸汽弹射器的白色蒸汽。资料来源:搜狐军事
2010年，美国国家航空航天局启动了一个项目，将电磁弹射器、超燃冲压发动机和常规火箭结合起来，以大幅降低太空发射的成本。
火箭是自给自足的氧化剂，但在航天发射中，最耗能的部分恰恰是在大气中，氧气不需要浪费。在吸气式发动机中，传统涡轮发动机的工作速度太低，达到音速的三倍几乎是极限。另一方面，冲压发动机不需要使用涡轮来压缩空气。只要它的速度足够快，进入燃烧室的空气就会被迎面而来的空气的自动压缩所猛烈压缩，从而导致快速燃烧。近年来取得突破的超燃冲压发动机解决了超燃冲压发动机在高超音速下的工作问题。他们的理论飞行速度可以达到音速的10倍，这足以使飞机加速到非常接近第一宇宙速度。这时，速度和高度都非常接近“太空飞行”的目标，飞机可以通过稍微加速火箭来突破“窗户纸”。问题是冲压发动机需要先达到高速。目前的解决方案是用火箭加速冲压发动机。
高超音速燃烧冲压发动机飞行器的示意图。这篇文章的作者触及了一些非常相似的东西。来源:互联网
美国的X-51高超音速飞行器由后部火箭助推器加速到冲压发动机起动速度。资料来源:新华社
它原本是为了拯救火箭，但现在不得不使用。这真是一场斗争。
不要使用火箭，使用电子炸弹！来源:互联网
这是美国宇航局的想法。首先，它使用大型电磁弹射器将冲压发动机加速到工作速度(大约是音速的两到三倍)，冲压发动机起飞并在大气中完全加速到音速的十倍，释放由小型火箭推进的任务载荷，载荷进入轨道，冲压发动机着陆。整个发射过程只消耗了电能、冲压发动机的燃料和一枚小型火箭。
我们也有自己的轨道炮和电磁弹射器，依据的原则是“我们有敌人，我们就有一切”尤其是后者，最近显示了一些“真正的特征”。
根据CASIC的介绍，他们的“独木舟”是一个电磁弹射器加上化学火箭，这表明我们的技术不是“一次射入轨道”，而是一个类似于美国同行的中继方案。
“周宇”的名字一定是拳击迷。职业拳击比赛分为17类，轻量级为61公斤，而轻量级为57公斤。我想知道将来是否会有小船、快艇和草船。这个名字意味着“羽毛船”是一种发射重量较小的发射系统。
“羽毛船”系统由电磁弹射动力火箭组成。虽然电火箭工作稳定，可以反复点火，但它的推力很小，只能用来调整和维持航天器的轨道。理论上，它根本无法将宇宙飞船推入轨道。因此，这个计划必须依靠电磁弹射器的力量来“将一门炮送入轨道”。当然，这也是由于微机电技术的进步。功能卫星变得越来越小，从微型卫星到纳米卫星，甚至是微型卫星。卫星的重量可以低至1千克。
美国宇航局的想法已经进入工程阶段。照片来源:太空迷网络