薛偉傑：飛艇電磁彈射衛星 可行性微乎其微

【明報專訊】中美兩國在太空科技上激烈競爭，引人注目。由於美國SpaceX在可重用火箭技術上遙遙領先，令中國在衛星發射的成本效益和頻率方面，都處於劣勢。在這樣的背景下，中國內地有些業者便拋出希望「彎道超車」的方案。

最近，有內地公司提出，棄用傳統的火箭，改為使用飛艇和電磁彈射技術在高空發射超小型衛星。然而，細看之下，有關方案其實非常粗疏，僅屬天馬行空的構思，可行性微乎其微！

話說內地媒體發現，上海宇航系統工程研究所的一項專利申請在7月4日曝光。這項專利申請，就是利用飛艇和電磁彈射系統，在30公里的臨近空間高度發射只重10公斤的「微納衛星」。至於所需的能量，則來自覆蓋飛艇表面的柔性太陽能光伏板。

方案無法提供所需速度

這宗新聞曝光後，似乎大部分內地媒體和自媒體都紛紛拍手叫好，認為這個創新方案繞過了可重用火箭，一下子將SpaceX的優勢完全抵消。而且，因為完全毋須使用火箭和燃料，其成本效益和效率還會反超SpaceX。然而，也有少數評論和筆者一樣，覺得這個方案僅屬初步構思，未經嚴謹的論證和計算，可行性極低！

首先，單靠電磁彈射技術提供的初速，就想完全取代太空火箭和推進劑是極不可能。雖然電磁彈射技術被軍工行業視為明日之星，由中美兩個大國到二線的中等國家，都有投入資源研究。其中，最多國家研究的是電磁軌道炮。然而，美國和中國內地的電磁軌道炮原型，現時最多也只能將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。這個速度與人造衛星圍繞地球飛行所需的每秒7.9公里相比，還不到後者的三分之一。

由於動能和速度的平方成正比（KE＝1/2 MV^2），若要將電磁彈射的速度由每秒大約2.5公里提高到每秒7.9公里，所需的能量將要增加大約9倍。而且，因為還要克服地心吸力，由30公里的臨近空間高度爬升到至少幾百公里至1000多公里的中低軌道，實際所需的彈射速度還要再高一截。

雖然上海宇航系統工程研究所的方案只要求發射10公斤重的「微納衛星」（而不是20公斤），但綜合各項要求來說，現時的電磁彈射技術根本就無可能提供到所需的速度。科學家一般認為，在相當時間內，電磁彈射技術最多也只能將20公斤重的炮彈加速到大約10倍音速，亦即每秒大約3.3至3.4公里。

筆者認為，電磁彈射技術是無可能完全取代太空火箭和推進劑。以電磁彈射技術作為輔助手段，為火箭提供一個離開發射台的初速，讓火箭帶少一點燃料，或者令它的航程或載荷稍為增加，則有可能（即是類似在航空母艦上電磁彈射飛機）。

需以大量鋰電池儲能

第二，電磁彈射需要在短時間輸出極大的能量。以現時的柔性太陽能光伏板的轉化率來說，不知要發電多少時間才足夠。更重要的是，這些能量儲存在什麼地方？若是儲存在鋰電池，相關飛艇的載荷絕不會輕到哪裏去。飛艇是靠氦氣比空氣輕來提供升力，但它所承受的浮力，只相當於其體積大小的空氣的重量。但在30公里的高空，空氣非常稀薄，估計飛艇每增加1公斤載荷，就必須增加至少10萬立方米以上的氦氣體積。

上海宇航系統工程研究所的方案規劃的電磁彈射系統的彈射軌道長達100米，除此之外，飛艇還要攜帶這麼大量的柔性太陽能光伏板和鋰電池，以及「微納衛星」和各種設備，究竟要龐大到什麼程度，實在難以想像。

發射10公斤人造衛星 難有實際用途

第三，即使假設上海宇航系統工程研究所真的能夠研製出所需的飛艇和電磁彈射系統，彈射速度也足以將衛星送入中低軌道運行，這個方案仍然是不可行。因為若在這麼短的時間將衛星加速到每秒7.9公里或以上，衛星上的任何精密儀器都會被震壞，根本無法使用。

中美等多國研究的電磁軌道炮至今也只是發射炮彈，而沒有發射導彈，也是因為任何導航儀器都會在加速期間被震壞。

第四，雖說因為半導體和微電子技術進步，以及部署在中低軌道，現時的人造衛星可以比以往的輕巧得多，但總不至於小到只重10公斤。以僅重10公斤的人造衛星來說，除了作一些短期科研用途之外，根本就很難有實際的商業或軍事用途，亦不可能攜帶小型發動機和燃料來延長在軌時間。

即使真的能夠用飛艇和電磁彈射系統發射大量的「微納衛星」，又有什麼用途和商業價值？

明報記者 薛偉傑

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