[发明专利]一种真空管道航天发射末段气压平衡装置与方法

说明书

一种真空管道航天发射末段气压平衡装置与方法，包括依山体而建的管道，管道内设有车辆，车辆上搭载有火箭，管道出口位于山体顶部，管道靠近出口设有多个放气孔；所述的管道由始发段、加速段和发射段组成，始发段、加速段和发射段分别设有真空泵；始发段和加速段之间设有第一气闸门，加速段和发射段之间设有第二气闸门，始发段设置入口门，发射段设置出口门，发射段末端设有多个放气孔，放气孔通过自动气阀控制其是否跟大气连通；本发明以较少的真空环境损失代价，消除火箭冲出真空管道时由于压差带来的巨大气流冲击，提高真空管道航天发射安全性。

技术领域

本发明属于真空管道交通与航天工程技术领域，具体涉及一种真空管道航天发射末段气压平衡装置与方法。

背景技术

真空管道交通是在地上或地下建设气密性管道，管道内铺设磁悬浮轨道，并抽成一定真空，磁悬浮车辆在其中行驶；由于同时消除了空气阻力和机械摩擦，真空管道磁浮车辆速度可以达到超音速，理论上可以接近第一宇宙速度7.9km/s，实现地面的太空旅行。

地面旅行速度越来越快的同时，人类的步伐已经迈向了太空。在前期太空探索项目不断取得成功的基础上，太空开发与应用的步伐越来越快。然而，当前的技术水平尚不能满足人类大规模太空开发的需要，其中最大的瓶颈和制约在于：运载火箭的发射效率太低，发射成本太高。而且，这些火箭都是一次性使用，虽然现在已经研制出可重复使用的火箭，但无法改变火箭起飞时燃料比重过大和发射过程中燃料消耗很大的现状。

如果航天发射过程在离开地表时即能获得一个较高的初速度，则可以节省一级火箭部分重量，提高发射效率，降低发射成本。一种可行的方法是，依靠地面高海拔山体建设真空管道，出口在山顶，跟水平面之间具有一定仰角；利用真空管道交通车辆底盘运载火箭并加速，当接近出口时，车辆底盘跟火箭脱离，具有较高初速度的火箭冲出管道进入天空，则可节省一级火箭的部分燃料和自身重量，降低火箭及航天器发射成本，提高发射效率。这种真空管道辅助加速航天发射面临的一个具体技术问题是，已经获得很高初速度的火箭在冲出管道时，由于管道内为真空，管道外是正常大气压(虽然是低于低海拔处的较稀薄气压)，在巨大的压差作用下，火箭会受到很大瞬时气流冲击，影响火箭运行稳定和自身结构稳定，给发射工作带来安全风险。

发明内容

为了克服上述现有技术的技术问题，本发明的目的在于提供了一种真空管道航天发射末段气压平衡装置与方法，以较少的真空环境损失代价，消除火箭冲出真空管道时由于压差带来的巨大气流冲击，提高真空管道航天发射安全性。

为了达到上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种真空管道航天发射末段气压平衡装置，包括依山体3而建的管道1，管道1内设有车辆2，车辆2上搭载有火箭4，管道1出口位于山体3顶部，跟水平面呈一定仰角α，管道1靠近出口设有多个放气孔8；

所述的管道1由始发段11、加速段12和发射段13组成，始发段11、加速段12和发射段13分别设有真空泵6；始发段11和加速段12之间设有第一气闸门51，加速段12和发射段13之间设有第二气闸门52，始发段11设置入口门111，发射段13设置出口门131，发射段13末端设有多个放气孔8，放气孔8通过自动气阀控制其是否跟大气连通。

所述的车辆2为真空管道交通车辆，去掉车厢，保留底盘改造而来，车辆2为磁悬浮车辆。

所述的管道1为真空管道。

所述的车辆2与火箭4之间设置成可自动分离形式，进入发射段13后，车辆2减速，火箭4脱离车辆2，在贯性作用下冲出发射段13的出口门131进入天空。

所述的火箭4搭载货运飞船，载运火箭4的车辆2加速度10g(约10m/s²)，火箭4离开管道1时的速度为1km/s；火箭4在管道1内加速时间为100s，管道总长度50km，山体3海拔8000m，发射仰角α，tgα＝0.016。