CN108116695A - 一种航天器变速系统、变速方法及发射方法 - Google Patents
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Abstract
一种航天器变速系统、变速方法及发射方法，该系统包括环形轨道、推进器和控制器，环形轨道上沿着该轨道间隔设置有若干相互独立的第一线圈，通电状态下第一线圈会产生第一磁场；推进器安装于所述航天器，推进器上设置有第二线圈，第二线圈通过与第一线圈的感应电流产生第二磁场。该变速方法包括：配置上述航天器变速系统；获取推进器在环形轨道中的位置；根据推进器的位置控制相应的第一线圈通电，使得第一线圈产生的磁场和第二线圈产生的磁场相互作用推动航天器变速。该发射方法包括：将航天器发射至地球同步轨道；通过上述加速方法控制航天器加速；控制航天器变轨飞向目标星球。本发明采用电磁发射，对环境污染小，发射效率高。
Description
技术领域
本发明涉及航天器发射技术，更具体地说涉及一种航天器变速系统，并涉及航天器变速方法及发射方法。
背景技术
目前，航天器的发射一般以火箭作为运载工具。这种发射方式存在以下问题：1、效率低。由于火箭自重较大，火箭的具体重量因航天器被推送的高度而异，往往大于航天器的重量，这就造成了在发射中不但要克服航天器的重量，还要克服火箭自身的重量，导致发射效率低下。2、污染大。火箭运行时，大量的燃料燃烧，会产生很大的污染。3、在星际间发射时，例如从地球向月球、火星等发射航天器时，航天器到达目标星球的耗时较长。
发明内容
本发明的目的是提供一种航天器变速系统、变速方法及发射方法，以解决现有技术存在的上述问题中的至少一种。
为达上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种航天器变速系统，所述航天器变速系统包括：
环形轨道，所述环形轨道具有航天器出入口，所述环形轨道上沿着该轨道间隔设置有若干相互独立的第一线圈，通电状态下第一线圈会产生第一磁场；
推进器，安装于所述航天器，所述推进器上设置有第二线圈，所述第二线圈通过与所述第一线圈的感应电流产生第二磁场；以及
控制器，用于：根据所述推进器的位置控制相应的第一线圈通电，使得第一线圈产生的第一磁场和第二线圈产生的第二磁场相互作用推动所述航天器实现变速。
作为一种方案，第二磁场和第一磁场的所述相互作用为排斥。
作为另一种方案，第二磁场和第一磁场的所述相互作用为吸引。
在上述的航天器变速系统中，优选地，所述环形轨道内设置有磁悬浮轨道。
在上述的航天器变速系统中，优选地，所述环形轨道的出口设置有向上倾斜的发射轨道。
在上述的航天器变速系统中，优选地，所述环形轨道设置在地球上、地球同步轨道上或其它星球的轨道上。
一种航天器变速方法，所述航天器变速方法包括：
配置上述任意一项所述的航天器变速系统；
获取所述推进器在所述环形轨道中的位置；
根据推进器的位置控制相应的第一线圈通电，使得第一线圈产生的第一磁场和第二线圈产生的第二磁场相互作用推动所述航天器变速；以及
控制航天器在所述环形轨道中循环运动直到速度达到设定速度。
在上述的航天器变速方法中，优选地，所述根据推进器的位置控制相应的第一线圈通电的步骤包括：当推进器刚经过第一线圈后控制该第一线圈通电。
在上述的航天器变速方法中，优选地，所述根据推进器的位置控制相应的第一线圈通电的步骤包括：当推进器接近第一线圈时控制该第一线圈通电。
一种航天器发射方法，所述航天器发射方法包括：
将航天器发射至地球同步轨道；
采用上述任意一项所述的变速方法控制航天器加速；以及
控制所述航天器变轨飞向目标星球。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
采用电磁发射，对环境污染小，而且运载装置自重小，发射效率高。
该航天器发射方法通过在地球同步轨道对航天器加速后再向目标星球发射，大大提高了航天器在星际间的飞行速度，从而能够大大缩短航天器的飞行时间。
附图说明
图1为一些实施例航天器变速系统的结构示意图；
图2为一种环形轨道的示意图；
图3为一些实施例中的加速原理图；
图4为一些实施例中的减速原理图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
本发明中所述的航天器泛指各种卫星、航天飞机、飞碟、飞船等。
参照图1，一些实施例航天器变速系统包括：环形轨道10(图中仅示出了一段)，推进器20，控制器(图中未示出)。
所述环形轨道10具有航天器出入口，所述环形轨道10上沿着该轨道间隔设置有若干相互独立的第一线圈11，通电状态下第一线圈11会产生第一磁场。
所述推进器20安装于所述航天器30，推进器20上设置有第二线圈21，第二线圈21通过与第一线圈11的感应电流产生第二磁场。具体而言，当推进器20运动到第一线圈11附近时，第二线圈21产生感应电流，在第二线圈21周围产生第二磁场。
所述控制器用于：根据所述推进器20的位置控制相应的第一线圈11通电，使得第一线圈11产生的第一磁场和第二线圈21产生的第二磁场相互作用推动所述航天器30实现变速。
作为一种实施例，利用第二磁场和第一磁场的排斥力来实现航天器30加速和减速(即变速)。作为另一种实施例，利用第二磁场和第一磁场的吸引力来实现航天器30加速和减速(即变速)。换言之，第二磁场和第一磁场的所述相互作用可以是排斥，也可以是吸引。
进一步还可以在所述环形轨道10内设置磁悬浮轨道40，将航天器30和推进器20设置在磁悬浮轨道40上。
参照图2，进一步所述环形轨道10的出口设置有向上倾斜的发射轨道12。当航天器在环形轨道10内加速到所需的速度后变轨，沿出口的发射轨道12向上发射。
针对不同的应用，上述的环形轨道10可以设置在不同的地方，例如，可以设置在地球上用于航天器的发射，也可以设置在地球同步轨道用于将航天器加速后向其它星球(如月球、火星等)发送或者将航天器减速，还可以设置在其它星球的轨道用于对航天器加速后返回地球或者将航天器减速。
一些实施例航天器变速方法包括：
配置航天器变速系统，其中，所述航天器变速系统可以是上述任意一项所述的航天器变速系统；
获取所述推进器20在环形轨道10中的位置；
根据推进器20的位置控制相应的第一线圈11通电，使得第一线圈11产生的第一磁场和第二线圈21产生的磁场相互作用推动所述航天器30变速；以及
控制航天器30在所述环形轨道10中循环运动直到速度达到设定速度。
在一种实施例中，航天器变速方法用来实现航天器加速。其中，根据推进器20的位置控制相应的第一线圈11通电的步骤包括：当推进器20刚经过第一线圈11后控制该第一线圈11通电，具体是利用排斥力来实现加速。图3中示出了利用排斥力实现加速的原理，图中示出了三个第一线圈11，参照图3，当第二线圈21(或推进器20)刚经过最左边的第一线圈11时，控制该第一线圈11通电，该第一线圈11突然加上电流时在第二线圈21内会产生相应的感应电流，这时两个线圈相当于两个电磁铁，它们相互排斥，第二线圈21受到的这个排斥力就是加速力。当第二线圈21到达中间的第一线圈11右边时，将左边的第一线圈11断电，向中间的第一线圈11通电，同样的原理，通过中间的第一线圈11会再次对第二线圈21加速，依此类推，即可不断推动第二线圈21和推进器加速。
在另一种实施例中，航天器变速方法用来实现航天器减速。其中，根据推进器20的位置控制相应的第一线圈11通电的步骤包括：当推进器20接近第一线圈11时控制该第一线圈11通电，具体是利用排斥力来实现减速。图4中示出了利用排斥力实现减速的原理，图中示出了三个第一线圈11，参照图4，当第二线圈21(或推进器20)接近最左边的第一线圈11时，控制该第一线圈11通电，该第一线圈11突然加上电流时在第二线圈21内会产生相应的感应电流，这时两个线圈相当于两个电磁铁，它们相互排斥，第二线圈21受到的这个排斥力就是减速力，当第二线圈21经过该第一线圈11后控制该第一线圈11断电，同样的原理，当第二线圈21接近中间的第一线圈11时给中间的第一线圈11通电，再次对第二线圈21减速，依此类推，即可不断推动第二线圈21和推进器减速。
上述两种实施例中应用第二线圈和第一线圈的排斥力来实现航天器加速和减速。应当理解，还可以利用第二线圈和第一线圈的吸引力来实现航天器加速和减速。
上述航天器变速系统和变速方法可以用于各种航天器的发射，包括但不限于从地球向地球同步轨道发射卫星、从地球向空间站发射飞船、从地球向月球或其它星球发射探测卫星、从月球或其它星球将航天器发射返回地球等。
一些实施例航天器发射方法包括：将航天器发射至地球同步轨道；采用上述航天器变速方法控制航天器加速；以及达到设定速度后控制航天器变轨飞向目标星球。该发射方法中，由于在地球同步轨道对航天器加速后再向目标星球发射，大大提高了航天器在星际间的飞行速度，从而能够大大缩短航天器的飞行时间。
现有以火箭为载体的发射方法由于火箭需要携带大量燃料，质量非常大，无法将卫星加速到脱离银河系引力的速度。用上述电磁轨道发射卫星时无需携带燃料，在太空上有源源不断的太阳能，而利用在地球同步轨道构建的航天器加速系统能够将航天器加速到足以脱离银河系引力(第四宇宙速度)的速度时发射出去，可以探索到宇宙各个地方。
上述通过具体实施例对本发明进行了详细的说明，这些详细的说明仅仅限于帮助本领域技术人员理解本发明的内容，并不能理解为对本发明保护范围的限制。本领域技术人员在本发明构思下对上述方案进行的各种润饰、等效变换等均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (9)
1.一种航天器变速系统，其特征在于，所述航天器变速系统包括：
环形轨道，所述环形轨道具有航天器出入口，所述环形轨道上沿着该轨道间隔设置有若干相互独立的第一线圈，通电状态下第一线圈会产生第一磁场；
推进器，安装于所述航天器，所述推进器上设置有第二线圈，所述第二线圈通过与所述第一线圈的感应电流产生第二磁场；以及
控制器，用于：根据所述推进器的位置控制相应的第一线圈通电，使得第一线圈产生的第一磁场和第二线圈产生的第二磁场相互作用推动所述航天器实现变速。
2.根据权利要求1所述的航天器变速系统，其特征在于，第二磁场和第一磁场的所述相互作用为排斥或吸引。
3.根据权利要求1所述的航天器变速系统，其特征在于，所述环形轨道内设置有磁悬浮轨道。
4.根据权利要求1所述的航天器变速系统，其特征在于，所述环形轨道的出口设置有向上倾斜的发射轨道。
5.根据权利要求1所述的航天器变速系统，其特征在于，所述环形轨道设置在地球上、地球同步轨道上或其它星球的轨道上。
6.一种航天器变速方法，其特征在于，所述航天器变速方法包括：
配置权利要求1至5中任意一项所述的航天器变速系统；
获取所述推进器在所述环形轨道中的位置；
根据推进器的位置控制相应的第一线圈通电，使得第一线圈产生的第一磁场和第二线圈产生的第二磁场相互作用推动所述航天器变速；以及
控制航天器在所述环形轨道中循环运动直到速度达到设定速度。
7.根据权利要求6所述的航天器变速方法，其特征在于，所述根据推进器的位置控制相应的第一线圈通电的步骤包括：当推进器刚经过第一线圈后控制该第一线圈通电。
8.根据权利要求6所述的航天器变速方法，其特征在于，所述根据推进器的位置控制相应的第一线圈通电的步骤包括：当推进器接近第一线圈时控制该第一线圈通电。
9.一种航天器发射方法，其特征在于，所述航天器发射方法包括：
将航天器发射至地球同步轨道；
采用权利要求6至8中任意一项所述的变速方法控制航天器加速；以及
控制所述航天器变轨飞向目标星球。
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Cited By (3)
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| CN110855117A (zh) * | 2019-11-25 | 2020-02-28 | 武汉纺织大学 | 一种分段组合式连续磁驱动加速器及其加速方法 |
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| CN112896552A (zh) * | 2019-06-04 | 2021-06-04 | 朱磊 | 基于电磁技术的环形发射轨道及飞船发射方法 |
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