把火箭抡上天

想要把物件送入地球轨道，那火箭一定是必需的运载工具，这也是目前人类选择的成熟且靠谱的科技树。火箭确实是个好东西，但它有自己的问题，那就是效率似乎差了点。“土星”5号这样的火箭发射重量约2800吨，但地球低轨道运载能力也就150吨，仅占火箭发射重量的5%多一点。这一数字背后的事实是，火箭的燃料部分重量占到火箭发射重量的80%甚至更高，更令人揪心的是，火箭发射过程中极速燃烧的燃料所发挥的作用仅有一小部分用于加速有效载荷，绝大部分用于推动剩余的燃料一道增速。这就好比一个人背着几十天的给养徒步，很难走得长远。这种技术路线注定让航天发射成本高昂，而海量火箭燃料的燃烧也引发了更多的环境问题。

如果不用燃烧反冲推进方式，利用纯机械能给火箭增速，行不行？凡尔纳曾设想用大炮把飞行器从地球打到月球，但火药气体暴烈增速的方式，导致炮膛内压超出人类最好炮管的极限。想法很好，就是没法造出那样的火炮。那么，用一只“大胳膊”直接把飞行器抛出去行不行？听起来挺离谱，但还真有人打算这么干。

打算尝试这个大胆念头的，是美国硅谷一家初创科技公司，名字叫做SpinLaunch，用中文表述应该是“回旋发射（公司）”。回旋发射公司的历史其实不长：2015年才由CEO乔纳森·亚尼创立，此后一直专注于一项看似简单却颇具吸引力的工程技术，即利用电能产生旋转机械能给物体加速，把它加速到高超声速水平，再配合火箭发动机让它冲上地球轨道。回旋发射的技术路线没有电磁轨道炮那样高大上：他们打算开发一种带抛射臂的、类似古罗马军团投石机那样的抛射系统，用旋臂抓着载荷绕固定转轴高速转动，不断增速。然后在合适的时机让旋臂“松手”，就万事大吉了。听到了吧，这东西很容易让人联想起航天员训练使用的大型离心机，不过这种离心机更夸张，它要把物体的速度推向高超声速。

使用机械能来抛射物体已有上千年的历史。古代战争史上，军队使用的弩炮和投石机等攻城机械都属于此类。如果能建造更巨大更结实，且更有效率的抛射系统，人类完全可能赋予抛射物更大的速度，甚至让它达到入轨条件。至少在理论上，不是没有这种可能。回旋发射公司认为，他们建造的抛射系统产生的动能，足以把一枚440磅（约200千克）重的人造卫星送入地球低轨道，这一过程仅需要使用极少的火箭燃料。回旋发射公司已经进行过初步试验，公司CEO表示，测试证明了其工程技术理论的可行性。

去看看回旋发射公司建造的发射装置，你会发现它的外观像是一个直立起来的巨型“磨盘”，“磨盘”内部中空，中央部位安装一根长达33米的旋臂，在中央驱动电机带动下高速旋转。极限速度下，旋臂末端的线速度可以超过5000千米/小时，这是相当惊人且理想的发射速度。“磨盘”的边缘装有一台直指天空的圆柱形发射筒，这是飞行器离开抛射系统的通道。回旋发射公司宣称，发射系统和飞行器上会使用高强度碳纤维材料和微电子元器件，这能帮助发射器和飞行器承受严苛的载荷环境。

回旋发射公司的航天发射新创意吸引了不少机构的注意，A轮融资就拿到了近4000万美元，投资者包括空客投资、谷歌投资和凯鹏华盈等。回旋发射公司希望在完成对试验性发射系统的充分测试后，建造更大的百米直径发射器，以35度倾角进行航天发射。回旋发射公司的小目标，是利用这样的发射系统在2026年构建低轨道卫星星座。根据回旋发射公司的设计，“磨盘”状的旋臂室需要抽成真空，以便旋转加速，这对于发射器的结构设计要求很高。旋臂需要设置配重，减少转轴承受的离心载荷；即便如此，每分钟数百转的高速旋转，也意味着必须采用大型高性能轴承。此外，末端的发射筒需要兼作气闸舱，如何在飞行器离开前极为精准且迅速地实现压力平衡，都需要认真妥善解决。在一个密闭真空腔室内，把飞行器加速到高超声速然后抡出去，其实不简单。