CN110536837A - 用于提高电防磁发射装置的效率的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及发射系统、用于与发射系统的发射载具、以及使用发射载具和/或发射系统发射物品的方法。具体地，提供了用于电防磁发射系统、载具以及方法的各种改进。

Description

用于提高电防磁发射装置的效率的系统和方法

技术领域

本公开涉及用于发射各种物品的系统、方法以及设备。更具体地，本公开对电防磁(electroantimagnetic)发射系统和方法提供了效率的提高。

背景技术

之前已经提出了用于各种物品经由地面和/或太空飞行从一个位置到另一个位置的较低成本传送的电防磁(EAM)发射系统。参见例如Palmer等人的美国专利公开No.2014/0306065。虽然这种EAM发射系统可以提供期望的结果，但该领域中仍然需要提高这种系统和实现这种系统的方法的效率。

发明内容

在一个或多个实施方式中，本公开可以提供一种用于提高电防磁发射系统的效率的方法。例如，这种方法可以包括以下步骤：通过以下方式使发射载具加速穿过发射管：使电流从电源穿过定位在发射管中的导体传导到发射载具上的电触点，以便为发射载具的推进系统供电；以及基本上阻止电流在除了发射管导体与发射载具电触点之间之外的发射管中的流动。在另外实施方式中，这种方法可以关于以下说明中的一个或多个来限定，这些说明可以以任意数量和顺序组合。

发射管可以包括起始端和出口端，电源可以最接近发射管的出口端定位，以便从出口端朝向起始端传送电流，并且发射管可以包括多个元件，这些多个元件随着发射载具加速穿过发射管而顺序地终止电流向发射载具的后部的传送。

顺序地终止电流向发射载具的后部的传送的多个元件可以从由固态开关、爆炸性开关、保险丝及其组合构成的组选择。

顺序地终止电流向发射载具的后部的传送的多个元件可以由以下构造中的一个或多个限定：基于时间的切换；受限定计算机算法控制；机械触发；光学触发。

所述方法可以包括以下步骤：随着发射载具加速穿过发射管而形成电离淬火气体的护层，该护层有效地定位在发射管与发射载具之间的空间中。

电离淬火气体的护层可以通过从发射载具排出气体来基本上形成在发射载具的周界周围。

电离淬火气体的护层可以通过从发射管排出气体基本上形成在发射管的周界周围。

电离淬火气体在发射管的任意的给定段处的排出可以在发射载具加速通过发射管的所述给定段之前开始，并且电离淬火气体的排出可以在发射载具已经加速通过发射管的所述给定段之后终止。

所述方法可以包括以下步骤：随着发射载具加速穿过发射管生成跟随发射载具的磁力，所述磁力有效于迫使在加速发射载具后面形成的任意电流向前移动并与借助发射管中的导体传导到发射载具上的电触点的电流相融合。

发射管可以提供的电感梯度超过发射管的操作所需的最小电感梯度。

所述方法可以包括以下步骤：使用多个电源，该多个电源沿着发射管隔开并且被构造为仅在发射管的限定段中向发射管单独传导电流，并且多个电源中的每一个可以仅在发射载具加速通过由相应的电源供电的发射管的限定段的时间期间启用，以便传送电力。

在一个或多个实施方式中，本公开还可以提供一种改进的发射系统，特别是一种被构造用于载具的电防磁发射的系统。例如，这种发射系统可以包括以下元件：发射管，该发射管包括电源和导体，该导体被构造为从电源传导电流；发射载具，该发射载具包括被构造为使发射载具加速穿过发射管的推进系统和被构造为从发射管的导体向推进系统输送电流的电触点；其中，发射系统被构造为基本上阻止电流在除了发射管导体与发射载具电触点之间之外的发射管中的流动。在另外实施方式中，这种系统可以关于以下说明中的一个或多个来限定，这些说明可以以任意数量和顺序组合。

发射管可以包括起始端和出口端，电源可以最接近发射管的出口端定位并且被构造为从出口端朝向起始端传送电流，并且发射管可以包括多个元件，这些多个元件被构造为随着发射载具加速穿过发射管而顺序地终止电流向发射载具的后部的传送。

被构造为顺序地终止电流向发射载具的后部的传送的多个元件可以从由固态开关、爆炸性开关、保险丝及其组合构成的组选择。

被构造为顺序地终止电流向发射载具的后部的传送的多个元件可以由以下构造中的一个或多个限定：基于时间的切换；受限定计算机算法控制；机械触发；光学触发。

发射系统可以包括电离淬火气体的源和一个或多个排气口，该一个或多个排气口被构造为在发射管与发射载具之间的空间中发射电离淬火气体。

用于发射电离淬火气体的一个或多个排气口可以包括在发射载具上。

用于发射电离淬火气体的一个或多个排气口可以包括在发射管上。

用于发射电离淬火气体的多个排气口可以沿着发射管定位，并且可以包括控制元件且该控制元件被构造为结合发射载具的通过顺序地打开和关闭排气口。

发射管可以被构造为具有超过发射管的操作所需的最小电感梯度的电感梯度。

发射系统可以包括多个电源，该多个电源沿着发射管隔开并且被构造为仅在发射管的限定段中向发射管单独传导电流，并且多个电源中的每一个可以被构造为仅在发射载具在由相应的电源供电的发射管的限定段中时启用，以便传送电力。

附图说明

由此已经用前面的一般术语描述了本公开，现在将对不是必须等比例绘制的附图进行参照，并且其中：

图1是根据本公开的示例性实施方式的发射系统的侧截面图，其中发射载具定位在导电发射管内；

图2是根据本公开的示例性实施方式的发射系统的示意图，其示出了与电能源连接的发射管；

图3是根据本公开的示例性实施方式的发射系统的侧截面图，其中发射载具定位在导电发射管内，该发射管包括用于允许或不允许电流传送到发射管的限定段的多个可独立打开和闭合的开关；以及

图4是根据本公开的示例性实施方式的发射系统的侧截面图，其中发射载具定位在导电发射管内，该发射管包括可以向发射管的限定段单独传送电流的多个独立电能源。

具体实施方式

下文中将更完全地描述本发明。然而，本发明可以以许多不同的形式来具体实施，并且不应被解释为限于这里阐述的实施方式；相反，这些实施方式被提供为使得本公开将全面且完整，并且将向本领域技术人员完全传达本发明的范围。如在本说明书和权利要求中使用的，单数形式“一个”，“一个”和“所述”包括复数指示对象，除非上下文明确另外规定。

在一个或多个实施方式中，本公开提供对于载具、炮弹或期望在位置之间地面或航天飞行的任意装置或物体有用的系统和方法。Palmer等人的美国专利公开No.2014/0306065中描述了EAM发射装置、EAM发射系统以及用于EAM发射的方法，此处以引证的方式将该专利公开的公开内容并入。如这里公开的，EAM发射系统可以包括发射管，该发射管与电能源电连接，以便向发射装置提供电能，该发射装置可以包括以下中的一个或多个：推进剂源、用于加热来自推进剂源的推进剂的电加热器、与电加热器电接触并与发射管电接触的滑动触点、与电加热器流体连通并适于排放一种或多种加热的推进剂或其组分的扩张喷嘴、以及与发射装置中的另外部件中的一个或多个机械连接的有效负载。在这种发射系统中，可以经由真空管中的一个或多个导体从静止电源向电火箭提供电力。系统可以使用具有仅需要短推力持续时间的高推重比的较轻型引擎来实现发射。

EAM发射系统与电磁(EM)发射装置的不同在于：期望使在发射管中生成的任意磁场最小化。由此，代替依赖用于推进的感应磁场(如在EM发射装置中)，EAM发射装置使用单独的推进系统，并且寻求使磁场产生最小化，以便避免与发射载具一起使用的电触点上的磁场能量损失和磁场力。用于使可能破坏电触点的局部电流和磁场力最小化的一种手段可以涉及使用沿着发射管定位的多个电源。本公开可以通过提供多个选项来对这种手段改进，这些选项用于基本上阻止在除了发射载具的电触点之外的区域中的发射管导体之间的任意不期望电流传导。因为在发射载具电触点之外的任意电流流动可能具有降低发射装置效率并增加对发射管的损坏的可能性的后果，所以期望将发射管中的电流流动基本上仅限于发射载具的电触点。

这里描述的系统和方法可以应用于任意EAM发射载具、EAM发射系统以及EAM发射方法，包括如上面注释的美国专利No.20014/0306065中描述的那些。例如，本系统和方法可以与如图1所示的发射系统20一起使用，其中，发射载具200定位在发射管100内。发射管100包括由一个或多个绝缘层分开的多个同心导电管。备选地，发射管可以包括单个多层管，该多层管包括由一个或多个绝缘层分开的多个导电层。如图1例示，发射管100包括与内导电管130隔开并由绝缘体120分开的外导电管110。外导电管110和内导电管130可以由任意合适的导电材料(诸如金属或金属合金)形成。在一些实施方式中，导电管壁可以包括两个或更多个不同材料的层。作为示例性实施方式，内导电管和外导电管中的一个或两个可以包括钢、铝、或铝合金。在优选实施方式中，内导电管和外导电管中的一个或两个的最内层可以包括高温耐磨导电材料，诸如钨、铼或硬化铜。

外和内导电管的壁可以具有适于接收一个或多个滑动触点的变化几何结构的一个或多个开槽轨道。图1的横截面穿过内导电管130中的开槽轨道112和绝缘体120(内管和绝缘体的一部分被切除，以显示开槽轨道中的滑动触点)。开槽轨道112提供外导电管110与构造为沿着发射管滑动的外电触点115的电连接。内滑动电触点135也被例示为与内导电管130电连接。开槽轨道可以有效促进管与电触点之间的合适接触，以阻止或基本上降低管导体之间的电弧作用，而且还用来对齐发射载具200并基本上阻止其在发射管100内旋转。对齐臂113a和113b可以与滑动电触点115和135分别物理接触，而且还与电加热器220物理接触。对齐臂优选地包括高强度、刚性、导电材料，诸如钢、铝或可以包括绝缘层(如果期望)的另一种金属或金属合金。滑动电触点可以仅以最小电压降限定与导电管壁的电弧作用滑动触点(例如，等离子体刷)。电弧可以经由机械封锁来包含，诸如使用滑动绝缘周边。在其他实施方式中，电弧可以经由磁力来包含，该磁力可以由从触点传送的电流生成。特别地，触点可以限定适于生成磁力的电流环路。在一些实施方式中，磁力可以由可以存在于发射装置上的自含式电源或物体来生成。作为示例，磁力可以由可以是超导磁铁的磁铁来生成。在特定实施方式中，滑动接触垫可以被构造为起等离子体刷的作用。

发射装置200包括有效负载240、推进剂箱230、电加热器220以及膨胀喷嘴210。在使用中，如图1所示，电能经由电力线路170从电能源(参见图2中的元件300)传递。如图例示，电能从电力线路170传递到外导电管110，经由等离子体电弧触点517传递到滑动触点115，并且穿过对齐臂113b传递到电加热器220。电气路径由经由等离子体电弧触点517从电加热器220穿过对齐臂113a和滑动触点135到内导电管130的传递来完成。来自推进剂箱230的推进剂在电加热器220中受热，并且膨胀穿过喷嘴210，以使发射装置200加速穿过发射管100。在这种实施方式中，推进可以以经由由等离子体调停的电流传导供电的电火箭推进前进为特征。发射装置200还被构造为使推进剂从推进剂箱230感应传递到电加热器220。泵送推进剂可能需要足够的电力输入，例如，在50MW或大约70000HP的范围内。优选地，用于推进剂的感应传递的电力可以以非常轻量的形式来提供。例如，推进剂箱230可以适当加压。轨道电力可以用于定位在推进剂箱230之内的电加热器，以提供压力。在一些实施方式中，由轨道电力驱动的线性空心电磁线圈可以用于驱动在推进剂箱230内部的活塞。在另外实施方式中，轨道供电的空心电动马达和涡轮可以用于将推进剂从推进剂箱230泵送到电加热器220。

等离子体调停的传导发生在导电管110和130与滑动触点115和135之间的等离子体电弧触点517处。在一些实施方式中，滑动触点115和135初始与外导电管110和内导电管130分别直接物理接触。可以施加限定的接触力，使得针对静止管保持滑动触点。滑动触点的接触表面可以被构造为随着滑动触点沿着导电管移动而蒸发，由此蒸发的材料可以在滑动触点与导电管之间形成等离子体电弧触点517。优选地，接触表面的蒸发在实现接触表面与导电管之间的限定间隙时稳定。限定间隙可以为大约0.1至大约50微米。该范围内的小间隙有益于实现具有可以使损耗最小化的期望低电压的薄等离子体层。为此，优选的是使限定间隙小于5000微米、小于1000微米、小于500微米或小于100微米(更低间隙尺寸为大约0.1微米)。等离子体电弧触点处的粘性摩擦相互作用可以使来自管的材料连续蒸发，以补充由于移动滑动触点上的摩擦剪切引起的材料损耗。

在一些实施方式中，发射载具的滑动触点可以由展示比用于形成发射管的材料更高等级的硬度的材料形成。由于自动化高速整修系统的实现，对发射管的潜在损坏鉴于这里描述的构造而是不重要的，借此，可以使用相对较软的发射管材料来牺牲性地缓和发射载具从发射管向下的通过的冲击。

对发射管的任意损坏(不管是无意的还是与上面注释的牺牲性缓和冲击效果有关)可以使用自动化、高速测量和整修系统来识别并修理。本系统和方法得益于提供快速、重复发射的能力。为了促进该特性，高速自动化诊断和整修系统可以被构造为穿过发射管，测量发射管的完整性，并且在各发射之间或每几个发射之间按需实现修理。在示例性实施方式中，系统可以包括三个独立的段。第一和第三段可以包括加速度传感器、振动传感器、滑动垫电阻拾音器、高速轮廓曲线仪以及成像系统。第二段可以包括喷雾器或用于将导电填充材料沉积在轨道上并将电绝缘材料沉积在绝缘体上的其他已知沉积系统。第一段可以被构造为诊断并量化任意缺陷，第二段然后可以实现由第一段识别为必要的任意修理，并且第三段可以被构造为验证由第二段进行的修理将发射管恢复至在限定容差范围内发射所需的条件。

参照图2，可以设置电能源300来为发射管100供应电能，该发射管包括起始端103、主发射管段105以及发射管出口端107。能源300可以在必要时定期再充电，诸如从电网或专用发电系统375。在特定实施方式中，电能源300可以包括电池组。例如，可以使用铅酸电池(例如，汽车电池)的串并联组合。同样可以使用适于按需提供电能的任何另外的电池或系列电池。在特定实施方式中，电感器350可以插在电池组与发射管之间，使得电池组在电感器处于充电状态的同时对电感器充电。其后，电感器350可以切换至电感器放电到发射管中的放电状态。在使用中，发射载具200初始定位在发射管100的起始端103处的分段站109附近的发射管100内部。发射系统20可以包括如图2例示的附加元件，诸如有效负载准备和发射操作建立系统400和电网连接或生成系统375。简要地，在使用中，电能经由导管301从预充电的电能源300转移到电感器350，然后穿过导管351转移到发射管100。虽然电感器可以存在，但本公开还包含电感器从使用明确排除的实施方式。例如，诸如非常高速液体电池的电源可以适于向发射装置直接供电并消除对电感器的任意需要。

导管351可以与图1所示的电力线路170相关或互连。电能经由各种机制(例如，使用滑动触点、等离子体电弧转移、穿过导电管以及穿过发射管孔)穿过导电发射管到达电加热器220。来自推进剂箱230的推进剂在电加热器220中加热，并且离开膨胀喷嘴210，以使发射载具200沿着发射管100向下加速。除了前述内容之外，EAM发射系统和/或发射载具可以包括在如之前注释的美国专利公开No.20014/0306065中描述的另外元件中的任意一个。

发射管100可以基本水平地定位。这与现有的“火炮”或弹射器系统鲜明对比，现有的“火炮”或弹射器系统为了使有效负载以可以快速逃离开大气层的最高角度发射而需要显著倾斜的发射管。在本公开中，发射管相对于水平面可以处于0°至大约15°(优选地为0°至大约10°或0°至大约5°)的角度。在一些实施方式中，可以使用高超声速滑翔式飞行器来拉高发射装置，并且在基本水平的发射(即，处于如上注释的角度)之后达到穿过大气层的期望升角。

在一个或多个实施方式中，发射管出口特别定位为低于地平面。例如，发射管可以定位在地面以下在出口最接近悬崖壁等的位置中。将从真空发射管到空气中的出口放置在地面以下的位置可以与设置较窄或尺寸紧密定制的发射口相结合。尺寸紧密定制的发射口可以限定为开口，该开口在其最大点处具有超过发射装置的外尺寸不多于20％、不多于15％、不多于10％或不多于5％的维数。使用尺寸紧密定制的发射口可能需要发射装置“穿针引线式”穿过开口，以便到达露天，并且这确保到达露天的发射装置具有以合适方式精确操作的防热罩和/或引导系统。由此，所需状态外部的操作参数将导致发射装置在到达在地下综合发射设施外部的露天之前破坏，并且这可以显著提高用于发射过程的安全保证。

在一些实施方式中，发射装置可以被构造为展示中立或消极的航空稳定性。由此可见，有效稳定化在发射期间必须连续发生，以避免倾斜度差异和伴随的载具破坏。对连续稳定化的该要求同样可以显著提高发射过程的安全保证。

安全性还可以通过实现发射装置出口故障安全监测系统来提高。例如，发射系统可以包括连续传送关闭指令的软件或类似元件；然而，只要维持限定参数，就主动禁止这种指令。限定参数可以包括指示适当起作用系统的任意一个或多个参数。例如，发射载具遥测系统可以被构造为根据预先计划的配置文件发送指示发射载具完整性的适当维修和/或指示发射过程正在进行的信号。系统可以包括以限定频率(例如，在1毫秒到100毫秒的范围内)发送限定参数。如果发射载具遥测系统未能发送适当起作用的单个所需信号或未能发送适当起作用的一定数量的所需信号，则关闭指令的有效禁止将停止，并且将发起发射的关闭。

导致发射过程的突然失败的任意事件可能导致发射管的相当长段的传播灾难性破坏。即使在发射过程由主系统控制器关闭的情况下，发射装置穿过发射管的速度也可能导致沿着发射管的相当大部分的变化等级的破坏。在一些实施方式中，这可以凭借以下方式来至少部分阻止：使用沿着发射管周期放置的、可以在适当位置致动的强力高爆炸药来非常快速地破坏发射载具的结构完整性，由此使得发射载具在非常短的时间和距离中自破坏，从而将发射系统的损坏限于短距离，而不是允许在发射管的长距离内的破坏。在另外实施方式中，在发射管出口处定位的高功率激光器(或沿着发射管的长度定位的一系列激光器)可以沿着发射管向下引导到即将到来的发射载具。在使发射关闭成为必要的条件或围绕灾难性发射失败的条件下，可以使用激光器来非常快速地破坏发射载具的结构完整性，这使得发射载具在非常短的时间和距离中自破坏，从而将发射管的损坏限于短距离，而不是允许在发射管的长距离内的损坏。

除了前述内容之外，本系统可以包括自由飞行激光破坏系统。特定类型的发生故障的发射可能损坏这里注释的进一步外故障安全机制中的一个或多个。同样，失败可能在发射载具从发射管离开之后发生。因此，在一些实施方式中，本系统可以包括被构造为破坏飞行中的发射载具的高功率激光系统。

本公开的方法和系统对于提高EAM发射系统的效率而且阻止由发射管内的不期望电流传导与到发射载具的电触点中的电流流动分离引起的、对EAM系统的损坏特别有用。因此，在一个或多个实施方式中，用于提高EAM发射系统的效率的方法可以包括以下步骤：通过以下方式使发射载具加速穿过发射管：使电流从电源穿过定位在发射管中的导体传导到发射载具上的电触点，以便为发射载具的推进系统供电；以及基本上阻止电流在除了发射管导体与发射载具电触点之间之外的发射管中的流动。因此基本上阻止电流的流动可以借助各种手段来实现。

在一个或多个实施方式中，可以通过限制或阻止来自在发射载具后面的导电管的电输出来基本上阻止不想要电流的流动。离开发射载具的废气可能处于非常高的温度，该高温在经由电弧加热等离子体射流、高性能电阻引擎火箭发动机等提供推进时将会被期望。这种废气可能展示足以随着发射载具沿着发射管向下加速而在发射载具后面的区域中的发射管导体之间传导电流的电离。为了基本上阻止电流的这种不想要的流动，提供如这里描述的、具有特定构造的发射系统可以是有用的。

根据本公开的实施方式的发射系统可以包括以下：发射管，该发射管包括电源和导体，该导体被构造为从电源传导电流；和发射载具，该发射载具包括被构造为使发射载具加速穿过发射管的推进系统以及被构造为从发射管的导体向推进系统输送电流的电触点。在一些实施方式中，可以有益的是构造发射系统使得电源定位为接近发射管的出口端并且被构造为从出口端朝向起始端传送电流。备选地或另外地，电源还可以存在于接近发射管的起始端和/或沿着发射管的长度的多个位置处。

在一个或多个实施方式中，发射管可以包括多个元件，该多个元件被构造为随着发射载具加速穿过发射管而顺序终止电流向发射载具的后部的传送。终止电流的传送可以经由任意合适的方法来实现，诸如使用固态开关、爆炸性开关、保险丝等。开关可以是基于时间的，可以由限定计算机算法另外控制，或者可以经由发射载具的通过(例如，通过触发机械或光学触发器等)来明确触发。转到图3，例如，发射管100包括接近发射管的出口端107的电能源300，该电能源经由电力线路170提供与发射载具200加速穿过发射管方向相反(即，从出口端朝向起始端)方向流动的电流。发射管(为了简单起见，仅示出部分)包括多个电开关143，并且如图例示从发射载具200向前，闭合的开关143a被构造为向发射管100(并由此向发射载具)传送电流，并且从发射载具向后，打开的开关143b被构造为阻止电流传送穿过发射管。开关(或其他等效元件)可以被构造为随着发射载具加速穿过发射管而顺序终止电流向发射载具的后部的传送。

在一个或多个实施方式中，可以通过在发射管与发射载具之间设置电流流动障碍物来基本上阻止不想要的电流的流动。特别地，发射管和发射载具中的一个或两个可以包括电离淬火气体的源和一个或多个排气口，该一个或多个排气口被构造为在发射管与发射载具之间的空间中发射电离淬火气体。例如，发射载具可以包括用于用作推进剂的氢气源，并且氢气的一部分可以作为电离淬火气体来排出。还可以使用其他气体。在从发射载具排出气体的实施方式中，可以基本上沿着发射载具的整个长度或在离散位置处(例如，在发射载具的前部和/或后部处)包括排气口。当然，发射载具可以包括在期望时间、以期望速率和浓度向期望位置提供气体所必需的、任意必要的泵、阀、管道等。这种附加元件还可以存在于发射管中，以便从其排出气体。在一些实施方式中，电离淬火气体的护层可以通过从发射载具排出气体来基本上形成在发射载具的周界周围。在其他实施方式中，电离淬火气体的护层可以通过从发射管排出气体来基本上形成在发射管的周界周围。与图3所例示的开关类似，同样可以沿着发射管的长度定位多个排气口，并且气体可以根据任意期望的模式(例如，在发射载具加速穿过发射管的持续时间内沿着发射管的整个长度排出；在发射载具通过之后终止的向发射载具的前部排出；仅向发射载具的后部排出；紧接在发射载具通过和在发射载具的通过之后的任意时间的终止之前排出等)来排出。在特定实施方式中，电离淬火气体从发射管的任意给定段处的排出可以在发射载具加速通过发射管的所述给定段之前开始，并且电离淬火气体的排出可以在发射载具已经加速通过发射管的给定段之后终止。

虽然领域中已知将气体喷射器等用作等离子体发生器来促进推力，但本公开使用淬火气体来控制局部化等离子体，并且不通过根据各种电场使等离子移动来将等离子体加速至高速。已知系统和方法需要将所形成的等离子体移动远离形成地点，以便实现加速。然而，根据本公开，使用淬火气体来确保接近导电管与滑动触点之间的等离子体电弧触点的等离子体的局部化，并且确保所生成的等离子体不显著远离等离子体电弧触点迁移。因此，在一些实施方式中，本系统可以被构造为通过使得电或磁场基本上接近零且然后由气体动态力移动等离子体来基本上避免由于这种场产生的力。

在一些实施方式中，可以通过随着发射载具加速穿过发射管生成跟随发射载具的磁力来基本上阻止不想要的电流的流动。特别地，磁力可以有效强制在加速发射载具后面形成的任意电流向前移动并与传导穿过发射管中的导体到达发射载具上的电触点的电流相融合。如上面注释的，发射载具可以在发射管内产生非常高温度的废蒸汽，该废蒸汽足以在加速发射载具后面的发射管导体之间传导电流。可以通过施加足够的磁力迫使产生的电流在发射管中向前。用于实现这种力的一种示例性方法是通过控制发射管中的电感梯度。

在典型EM发射装置寻求增大每单位长度的电感来提高效率的情况下，EAM发射器(诸如根据本公开使用的)可以通过使电感最小化来使效率最大化。这例如可以通过控制发射系统的几何结构来实现。特别地，发射管的每单位长度的电感可以基于发射管的外半径与内半径的比率(即，外管的半径与内管的半径的比率)变化。电感可以随着比率减小而减小。由此，可以期望向发射管提供低的比率，即，用于存在于导电发射管的壁之间的任意空间的最小化的总厚度。同样，EAM发射装置的效率可以随着发射管的外内半径的比率减小而提高。由此，可以期望接近尽可能靠近1的比率(仅受用于承载电流的导体的必要厚度和存在用于阻止导电管之间的高压击穿的绝缘体的厚度限制)。这样，可以识别在发射系统中提供的最小电感梯度，以便使效率最大化。然而，在一些实施方式中，发射系统可以被构造为提供比对于发射管的操作所需的该最小梯度大的电感梯度。例如，电感梯度可以比对于最大效率计算的最小梯度大大约1％至大约20％。

为了形成磁场，电力传送可以如图1例示的从发射管的起始端进行。因为充分生成任意电离来在加速发射载具后面传导电流，所以微小地大于必要电感梯度可以对发射载具后面的电流流动有效地生成磁力。磁力可以由如上所述的电感梯度的控制来校准到必要的范围，使得在加速发射载具后面的电流流动被有效地向前推动为与进入发射载具电触点中的电流流动基本上融合。这样，外来生成的电流可以被引导穿过电触点，并且有效减轻或消除发射管中的不期望电流流动的另外的不利影响。

在一些实施方式中，可以通过增加用于发射管的电源的数量并有效分离与个体电源关联的电路来基本上阻止不想要的电流的流动。转到图4，例如，发射管100包括沿着发射管的长度隔开的多个电能源(300a-300e)，各电能源经由电力线路(170a-170e)单独提供与发射载具200加速穿过发射管的方向相反方向(即，从出口端朝向起始端)流动的电流。相应电能源和电力线路可以形成多个单独且分离的电路，借此，电流仅在使其特定电能源启用的任意特定段中流动通过发射管。在使用中，因为各个分离的电能源被构造为仅在发射管的其相应限定段中向发射管单独传导电流，所以多个电源中的每一个可以仅在发射载具加速通过由相应电源供电的发射管的限定段的时间期间启用来传送电力。例如，如图4例示，给定发射载具200在发射管100中的位置，因为对齐臂113a和113b的电触点135已经加速通过发射管100的段，在这些段中来自这些相应电能源的电能经由电力线路170a和170b传送，所以电能源300a和300b可以不启用。类似地，因为对齐臂113a和113b的电触点135尚未到达发射管100的段，在这些段中来自这些相应电能源的电能经由电力线路170d和170e传送，所以电能源300d和300e可选地可以不启用。然而，电能源300c可以启用以经由电力线路170将电流传送到发射管100的发射载具200的电触点135当前定位的段。

本发明相关领域中的技术人员将想到本发明的许多修改和其他实施方式，它们具有在前面描述中呈现的示教的益处。因此，要理解，本发明不限于所公开的具体实施方式，并且修改或其他实施方式旨在被包括在所附权利要求的范围内。虽然这里采用具体术语，但它们仅是在一般和描述意义上使用，且不是用于限制的目的。

Claims (21)

1.一种用于提高电防磁发射系统的效率的方法，所述方法包括以下步骤：

通过以下方式使发射载具加速穿过发射管：使电流从电源穿过定位在所述发射管中的导体传导到所述发射载具上的电触点，以便为所述发射载具的推进系统供电；以及

基本上阻止电流在除了所述发射管导体与所述发射载具电触点之间之外的所述发射管中的流动。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述发射管包括起始端和出口端，其中，所述电源接近所述发射管的所述出口端定位，以便从所述出口端朝向所述起始端传送所述电流，并且其中，所述发射管包括多个元件，所述多个元件随着所述发射载具加速穿过所述发射管而顺序地终止所述电流向所述发射载具的后部的传送。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，顺序地终止所述电流向所述发射载具的后部的传送的所述多个元件从由固态开关、爆炸性开关、保险丝及其组合构成的组选择。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，顺序地终止所述电流向所述发射载具的后部的传送的所述多个元件由以下配置中的一个或多个限定：基于时间的切换；受限定的计算机算法控制；机械触发；光学触发。

5.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：随着所述发射载具加速穿过所述发射管而形成电离淬灭气体的护层，所述护层有效地定位在所述发射管与所述发射载具之间的空间中。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，电离淬火气体的所述护层通过从所述发射载具排出所述气体基本上形成在所述发射载具的周界周围。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，电离淬火气体的所述护层通过从所述发射管排出所述气体基本上形成在所述发射管的周界周围。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，电离淬火气体在所述发射管的任意的给定段处的排出在所述发射载具加速穿过所述发射管的所述给定段之前开始，并且所述电离淬火气体的所述排出在所述发射载具已经加速通过所述发射管的所述给定段之后终止。

9.根据权利要求1所述的方法，包括以下步骤：随着所述发射载具加速穿过所述发射管生成跟随所述发射载具的磁力，所述磁力起作用以迫使在加速发射载具后面形成的任意电流向前移动并与借助所述发射管中的所述导体传导到所述发射载具上的所述电触点的所述电流相融合。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述发射管提供的电感梯度超过所述发射管的操作所需的最小电感梯度。

11.根据权利要求1所述的方法，包括多个电源，该多个电源沿着所述发射管隔开并且被构造为仅在所述发射管的限定的段中向所述发射管单独传导电流，并且其中，所述多个电源中的每一个仅在所述发射载具加速通过由相应的电源供电的所述发射管的所述限定的段的时间期间启用，以便传送电力。

12.一种发射系统，该发射系统包括：

发射管，该发射管包括电源和导体，所述导体被构造为从所述电源传导电流；

发射载具，该发射载具包括被构造为使所述发射载具加速穿过所述发射管的推进系统和被构造为从所述发射管的所述导体向所述推进系统输送所述电流的电触点；

其中，所述发射系统被构造为基本上阻止电流在除了所述发射管导体与所述发射载具电触点之间之外的所述发射管中的流动。

13.根据权利要求12所述的发射系统，其中，所述发射管包括起始端和出口端，其中，所述电源接近所述发射管的所述出口端定位并且被构造为从所述出口端朝向所述起始端传送所述电流，并且其中，所述发射管包括多个元件，所述多个元件被构造为随着所述发射载具加速穿过所述发射管而顺序地终止所述电流向所述发射载具的后部的传送。

14.根据权利要求13所述的发射系统，其中，被构造为顺序地终止所述电流向所述发射载具的后部的传送的所述多个元件从由固态开关、爆炸性开关、保险丝及其组合构成的组选择。

15.根据权利要求13所述的发射系统，其中，被构造为顺序地终止所述电流向所述发射载具的后部的传送的所述多个元件由以下配置中的一个或多个限定：基于时间的切换；受限定的计算机算法控制；机械触发；光学触发。

16.根据权利要求12所述的发射系统，包括电离淬火气体的源和一个或多个排气口，所述一个或多个排气口被构造为在所述发射管与所述发射载具之间的空间中发出所述电离淬火气体。

17.根据权利要求16所述的发射系统，其中，所述一个或多个排气口包括在所述发射载具上。

18.根据权利要求16所述的发射系统，其中，所述一个或多个排气口包括在所述发射管上。

19.根据权利要求18所述的发射系统，包括沿着所述发射管定位的多个排气口和控制元件，该控制元件被构造为结合所述发射载具的通过顺序地打开和关闭所述排气口。

20.根据权利要求12所述的发射系统，其中，所述发射管被构造为具有超过所述发射管的操作所需的最小电感梯度的电感梯度。

21.根据权利要求12所述的发射系统，包括多个电源，该多个电源沿着所述发射管隔开并且被构造为仅在所述发射管的限定段中向所述发射管单独传导电流，并且其中，所述多个电源中的每一个被构造为仅在所述发射载具在由相应的电源供电的所述发射管的所述限定段中时启用，以便传送电力。