巨大な電磁砲は極超音速航空機を宇宙に打ち上げる可能性がある

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研究者チームは、航空機を高速で宇宙に打ち上げることができる電磁砲の開発を目指している。

中国の宇宙飛行機の設計図。写真：Weibo — 中国の宇宙飛行機の設計図。写真： *Weibo*

近年、中国の科学者と技術者たちは、電磁発射と極超音速飛行における大きな進歩を融合させることを目指している。彼らの目標は、巨大な電磁発射軌道を用いて極超音速機をマッハ1.6（時速1,975キロメートル）まで加速することだ。その後、機体は軌道から分離し、エンジンを点火して音速の7倍（時速8,643キロメートル）で宇宙空間へと打ち上げられる。3月14日付のメール紙によると、この重量50トンの宇宙機は、ボーイング737よりも長く、2016年に発表された「騰雲（テンギュン）」プロジェクトの一部である。

飛行機の自力離陸には膨大な量の燃料が必要です。低速離陸時の安全を確保するため、科学者やエンジニアは空力設計とエンジンレイアウトを調整する必要があります。これは高速飛行時の性能に影響します。しかし、このプロジェクトに携わる専門家チームは、多くの問題を解決できると確信しています。

「電磁発射技術は、上記の課題を克服する有望な解決策を提供し、世界の主要国が追求する戦略的技術になるだろう」と、中国航天科技集団（CASIC）航空機技術研究所の科学者、李少偉氏は、アクタ・アエロナウティカ誌に掲載された論文で述べた。

この仮説を検証するため、中国有数の防衛・航空宇宙関連企業である中国科学院（CASIC）は、山西省大同市に全長2キロメートルの低真空高速磁気浮上試験施設を建設しました。この施設は、重量物を音速に近い時速1,000キロメートルで走行させることができます。今後数年間で試験線路の長さを延長し、最高時速5,000キロメートルの運転速度に達する予定です。

これは次世代高速鉄道の開発を支える専用の電磁推進施設であり、電磁宇宙打ち上げプロジェクトのための重要な科学技術データを収集しています。一方、山東省の省都済南では、中国科学院（CAS）の監督の下、超高速電磁人力車実験を支える巨大な磁気浮上式軌道が稼働しています。

中国は、宇宙への電磁発射システムを提案した最初の国ではない。この構想は冷戦時代から存在していた。1990年代、NASAはこれを実現しようと試み、まず長さ15メートルのミニテストトラックを建設した。しかし、資金不足と技術的な問題により、完成したトラックの実際の長さは10メートルにも満たなかった。最終的にこのプロジェクトは中止され、政府と軍の指導者たちは、代わりに航空母艦用の低速電磁発射技術の開発に資源を振り向けた。しかし、この新技術を搭載した最初の航空母艦であるUSSフォードもまた、問題に直面した。電磁発射技術における大きな挫折により、米軍はレールガンなどの関連プロジェクトの開発を中止し、予算を極超音速ミサイルに集中させた。

研究の初期段階で、李氏と彼の同僚たちは、NASAが宇宙船が軌道から分離できることを確認するための風洞試験を一切実施していないことを発見した。NASAの当初の計画では、シャトルを時速700キロメートルまで加速し、ロケットを必要とせずに済むようにすることになっていたが、中国の科学者たちはこの速度は低すぎると考えていた。しかし、速度が上昇するにつれて、機体、電磁力駆動車、そして地上の軌道との間の気流は非常に複雑になった。そのため、プロジェクトチームが最初に確認しなければならなかったことの一つは、機体が軌道から安全に分離できるかどうかだった。

李氏のチームはコンピューターシミュレーションと風洞実験を実施しました。その結果、航空機が音速の壁を突破した際に、機体下面に沿って複数の衝撃波が広がり、地面に衝突して反射波を発生させることが明らかになりました。衝撃波は気流を乱し、航空機、電磁タグ、そして軌道の間に超低周波の気泡を発生させました。その後、タグが目標速度に達し、航空機を解放して急ブレーキをかけた際、乱気流は当初航空機を上昇させ、4秒後に下向きの推力に転換したことが風洞実験結果から明らかになりました。

乗客が搭乗していた場合、一時的なめまいや無重力状態を経験する可能性があります。しかし、機体と溝の距離が広がるにつれて、気流の強さは徐々に弱まり、ついには完全に消え去りました。エンジンの音とともに、機体は急上昇に入りました。さらなる実地試験が必要ですが、研究チームはこの方法が安全かつ実現可能であると結論付けました。SpaceXの再使用型ロケットは衛星打ち上げコストを1kgあたり3,000ドルまで削減しましたが、一部の科学者は電磁宇宙打ち上げシステムによって1kgあたり60ドルまで削減できると推定しています。

アン・カン（メールによると）

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