第263章 太空大炮

  李水旺新一期视频：

  在我们拥有火箭之前，我们能想到的进入太空的唯一方法，就是把人从巨型大炮中发射出去，这当然是个相当荒谬的想法。所以今天我们要探討的是——哦对，把人从巨型大炮里发射出去。

  我们今天的主题，可能是我们將要探討的所有发射辅助系统中概念上最简单的一个，但同时也存在诸多工程难题，其中许多难题我们会因复杂度而略过。它还有很多別称：质量投射器、太空炮、电磁弹射器、轨道炮、线圈炮、v型炮等等。不出所料，我更喜欢“太空炮”这个名字，因为里面没有字母r，而且我念“轨道炮”的时候，总会让人联想到我们把一头鯨鱼从巨型大炮里射出去。

  不过，无论叫什么，基本原理都是一样的：你让一个拋射体沿著一根长长的炮管加速，以极高的速度从炮口飞出。用於太空旅行时，这种方式的优势在於，能让物体达到高速，而无需火箭或机载动力系统，只在脱离大炮后进行一些机动操作即可。

  它们通常还用电磁铁代替火药提供推力，这能让你在全程保持平稳、恆定的加速度——这一点至关重要，因为人体无法承受普通火炮內部的那种作用力，大多数电子或机械设备也不行。这些设备通常可以比人类更耐受这种加速度，因此可以缩短炮管长度，但即便如此，和我们印象中的任何火炮相比，它依然长得惊人。

  这个构想是打造一条抽成真空的长管道轨道，让载人或载货舱沿著轨道加速，在没有空气干扰的情况下不断提速。从很多方面来说，太空炮和真空列车（比如提议中的超级高铁）没有区別。

  像超级高铁这样的真空列车，面临的一大难题是建造数百公里长的密封隧道成本极高，质量投射器也面临同样的问题，只不过我们需要把管道的末端抬到高空，那里的空气稀薄得多，位置越高越好。

  虽然用电磁力推动舱体在真空隧道中运动的物理原理非常可靠，但实际工程难度要大得多。接下来我们来聊聊基本物理原理。

  每当我们討论物体沿著长轨道加速时，末速度、加速度和轨道长度之间都存在一个简单的关係。如果物体从静止开始做匀加速运动，且不受空气阻力（至少在理想状態下），那么末速度等於两倍加速度乘以距离的平方根。

  速度隨加速度或距离的平方根增加。如果你想让末速度翻倍，就需要让加速度变为原来的四倍，或者让轨道长度变为原来的四倍。

  我们希望加速度保持平稳恆定，且达到人和货物能承受的最大值，这样轨道就能更短。我们来算一下达到轨道速度7800米/秒的情况。

  如果以10米/秒2的加速度（略大於1倍重力）加速，轨道长度需要约3000公里（2000英里）才能达到这个速度，整个过程大约需要13分钟。如果你想在纽约市附近射出，轨道就得从落基山脉开始。

  不过，如果你看过天鉤那一期，就会记得我们可以用天鉤把物体送入轨道，只要它能以正常速度的一半与天鉤对接，这只需要四分之一的轨道长度。即便如此，轨道依然很长，但这意味著从纽约射出的轨道，只需要从我所在的俄亥俄州开始就行。

  同样的轨道，如果把加速度提升到4倍重力，而非仅仅1倍重力，就能达到完整的轨道速度。这个加速度高得让人不適，尤其是没有抗荷服的时候，不过和火箭发射时乘员承受的加速度差不多。

  对於固定的末速度（本例中为7800米/秒），轨道长度和加速度成反比：加速度翻倍，轨道长度减半，末速度不变；加速度翻四倍，轨道长度减为四分之一。