砺剑深蓝!电磁弹射:别人研制20多年我们仅8年,有哪些独到之处

“为铸造这样的国之重器,我们必须做点什么!”最终他把目光瞄准了一项世界科技领域的尖端技术——电磁发射!但是随后质疑声不断:“一个世界级科技大国用了20多年都没取得成功的科研项目,你要强攻硬上,是不是疯了?”

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003想象图

43项关键技术,个个如高山,但是8年后都被突破。当100多位专家,包括40位两院院士在内,来参加他的科技成果鉴定会时,为之震撼。有的老专家都白发苍苍了,激动地掉眼泪,他们认为这项重大关键技术的创新突破,意义非凡,不亚于两弹一星和载人航天。

很多人问他:国外人家花了20多年,你为什么只用了8年。他谦虚地说:我们五加二白加黑,没有休息日,一年顶人家三年用,这样算下来,也是20多年。

他就是马伟明院士。

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近日,美国“The Drive”网站报道我国003型航母即将下水的消息,还附了一张卫星图片。不少发烧友也都认为这艘大型舰船上使用了电磁发射技术。

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前段时间,我国公布首部航母主题宣传片《深蓝!深蓝!》,正片结束后,给出一个彩蛋。一名军人接到母亲打来的电话,他斩钉截铁地回答“三胎”,此时镜头顺次给出标有“16” “17”的航母飞行甲板,最后是一处留白,他回答“安排”。网友们都明白这预示着什么。

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我们的大型舰船可能用上什么样的电磁发射技术?

2006年前后,我国某国防重大工程正式启动,几代中国人都强烈期盼着呢。马伟明院士团队也把目标定在了电子发射技术这里,时刻准备为国出征。

在电磁发射技术发明之前,主要是机械能发射、化学能发射两种发射方式,电磁发射成为巨大变革,这也是一项全新概念的发射方式,更是未来发射方式的必然发展趋势,以此来达到将目标物体加速到更高的初速度。

而我国的大型舰船电磁发射技术,更有着自己独特之处。

电磁发射原理

简言之,就会利用电磁力或电磁能推进物体达到高速或超高速的发射技术。在使用时,把电磁能转化成待发射物体所需要的瞬时的动能,这样在很短的距离内就可以把轻则克级重则几十吨的物体加速到高速,而传统的发射方式不论是速度还是能量都达不到要求。

一个完整的电磁发射装置系统比较复杂,包括脉冲储能、脉冲变流、脉冲直线电机还有闭环运动控制系统四部分组成。在发射前,电能在较长时间内以较小的功率从电网慢慢吸收电能,然后存储到脉冲储能系统中;发射前储能系统已存储了足够的电能,一旦接收到发射命令,短时间内用脉冲变流系统把存储的电能调节成瞬时超大输出功率,并传给脉冲直线电机,由此产生电磁推动力,给目标负载加速,整个过程中利用控制系统对能量流实现精准控制。

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其实提到电磁发射,很多人都以为只有电磁弹射了,其实不然。电磁发射根据发射长度、终末速度的不同限制和需求,分成三类:电磁弹射、电磁轨道炮和电磁推射。用在大型舰船上的就是电磁弹射技术,利用它可以把重达几十吨的舰载机,在百米长的跑道上速度提升到100米/秒。这样就能显著提升航母的综合作战能力,而传统的滑跃甲板航母以及传统弹射类型的航母,就很难再对电磁弹射航母构成实质性威胁。

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我国可能使用的技术

在发展电磁弹射技术时,我国可能会把技术方向集中在脉冲直线电机技术、发射体技术、高储能密度高功率密度脉冲电源技术、网络控制技术、电磁发射总体技术等方向。

脉冲直线电机可以承受的电流高达数万安培至数兆安培量级,并提供可控驱动磁场,给物体加速。里面涉及到的关键技术有:【后面高能,不懂可以快速略过】多段初级直线电机设计技术、长行程直线电机串联分段供电与开断技术、连续发射下电机冷却技术、轨道抗烧蚀技术、不同高强度金属材料复合工艺、多物理场强耦合建模技术、强磁场与应力冲击条件下的定子线圈成形技术、定子线圈同步放电技术等。

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高储能密度、高功率密度脉冲电源技术主要是给脉冲直线电机供电,需要按适应磁场和时序要求,瞬时功能,还要提供瞬态或稳态电流,除此之外还必须具有高功率、大电流连续脉冲输出能力。主要技术有:【后面高能,不懂可以快速略过】混合储能技术、高能量密度惯性储能技术、飞轮能量释放机电动态控制技术、大功率电能变换技术、高能量密度长寿命脉冲电容储能技术、重复频率快速开断技术、脉冲成形与波形精确控制技术、脉冲功率绝缘介质技术等。在储能方式中,超导、超级电容、惯性储能各有利弊。我国可能会选择其中部分技术进行开发应用。

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在我国航母大型飞机弹射装备上面,推测是重点开发使用高功率密度、高能量密度的惯性(飞轮)储能技术,高效率、高可靠性、强抗冲击性、高灵敏度直线电动机,以及电磁弹射闭环控制系统。当然,先进技术肯定不能完全示人的,为了技术保密,不排除我国会在技术公开时有所保留。

结语

这项重大技术被马伟明院士攻克之后,涉及到的基础理论难关被踩在脚下,世界技术大国搞不懂,而我们却向打通了任督二脉,电磁发射技术在多个领域全面突破,不断的创新成果像下饺子一样集群式迸发,推进我国传统武器装备向电气化方向变革,很多装备和技术都属于国际首创。

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当然这些国防高精尖技术也可以在民用领域深入推广。比如储能技术方面,可以做成“绿色”的飞轮电池,运用到大型牵引机车、家用轿车、不间断电源上;高比能锂电池储能技术可以推广到纯电力或混合动力车辆、储能电站等;长寿命脉冲电容储能技术可用于民用X光机等需要瞬时超大功率等场合。还有脉冲电流技术可以用到电力拖动、柔性直线输配电系统、应用电源系统、电力电子变压器、变速发电机组等。而直线电机技术可以用到煤炭输送、空调压缩机、矿井提升机、直线电梯、大型冲压机、过山车、直线电机地铁等。

相信强大的祖国,还有甘愿奉献和付出的科研人员,才能让大家安居乐业。