未来星际旅行:超高速磁悬浮太空列车

1609公里长的发射轨道处在真空管中，使太空列车加速5分钟，达到每秒9公里的速度，进入近地轨道。地面上的超导电缆承载2亿安培，发射管中的超导电缆也有2亿安培，那么，在20公里的高空，悬浮力大约会是每米电缆长度4吨，这就足可以悬浮起发射管。

太空列车飞船射出斯特拉姆磁悬浮发射轨道。

乔治•麦斯(George Maise)博士发明斯特拉姆(Startram)轨道发射系统，一起开发的还有詹姆斯•鲍威尔(James Powell)博士，他是也联合发明了超导磁悬浮列车，赢得了2002年富兰克林工程奖章(Franklin Medal)。斯特拉姆实质上是超导磁悬浮发射系统。

斯塔特拉姆轨道发射系统把旅客和货物输送到太空中，采用的是磁悬浮列车。

这套系统可保证航天器磁悬浮，避免摩擦，而同时，这一磁系统可用来加速航天器，达到轨道速度，不到9公里/秒(5.6英里/秒)。磁悬浮客车载客行驶，接近每小时600公里(373英里)，航天器必须要比这快约50倍，但物理原理和工程是相同的。 这一项目的范围是个挑战。发射系统的设计是，日常客运航班进入低地球轨道，应该处于相当低的加速度，大约是3倍重力加速度的最大值，然后要求加速5分钟，达到低地轨道运行速度。在此期间，飞船会行驶1000英里(1609公里)。这种磁悬浮轨道必须有1000英里的长度，类似长度的磁悬浮列车轨道可以考虑用于跨越全美国的运输。

图示，磁悬浮斯特拉姆发射管伸向天空。

就像火车一样，斯特拉姆轨道的大部分长度都会沿着地球表面延伸。侧向力与表面的曲率有关，是设计可适应的，但不能适应阻力和声音冲击波，因为飞船以超音速的速度行驶在海平面，飞船和发射轨道都会被撕成碎片。 为了避免这种情况，斯特拉姆轨道必须封在真空管内，要有通风口，让飞船前的空气被压缩，逃逸出真空管。真空相当于75公里高空的大气条件(约0.01乇)，应该足可以高效运行斯特拉姆发射系统。快速泵抽可以达到这种压力，需要采用磁流体动力(magnetohydrodynamic)真空泵。

斯塔特拉姆发射管牢固地安装在地面。

如果整个斯塔特拉姆真空管是在海平面，那么，在离开真空管时，飞船会突然受到几百个重力加速度的大气阻力，很像是撞到一堵砖墙上。为了减少这种影响，保持可以承受的加速度，斯特拉姆真空管末端必须抬升到约20公里(12英里)的高空。在这样的高度，大气阻力的初始减速度会小于3个重力加速度，而且会迅速降低，因为飞船会到达更高的高度。

艺术家设想的太空列车地面发射港。

这个新的要求引发了一个问题，就是我们如何托起斯特拉姆真空管的出口端?首先，真空管包含超导电缆和线圈。鲍威尔和麦斯认为，真空管可依靠磁悬浮升到这个高度。如果我们设计，地面上的超导电缆承载2亿安培，发射管中的超导电缆也有2亿安培，那么，在20公里的高空，悬浮力大约会是每米电缆长度4吨，这就足可以悬浮起发射管。 真空管要往下拉，抗衡过强的磁悬浮力，这要采用高强度的绳索。高强度聚乙烯绳索迪尼麻绳(Dyneema，UHMWPE)是就够强，可以用。冗余设计使磁悬浮系统不可能发生故障。

日本的磁悬浮列车。

斯塔特拉姆发射系统也有其他技术奇迹，比如真空管的出口的等离子体窗口，可以防止涌入相对密集的空气，破坏管内的真空。然而，所有必需的技术都已存在，也已经了解。这里所需的唯一的工程努力是增加尺度。 桑迪亚国家实验室(Sandia National Laboratories)已进行了一次'“致命危险因素”分析，分析斯塔特拉姆概念，目的是要找到拟议项目中的任何缺陷。他们给斯塔特拉姆提供了清楚的安全证明。估计表明，建造可载客的斯塔特拉姆列出，需要20年时间，建设预算约60亿美元(忽略通货膨胀和过度乐观估计)。

这种太空列车进入轨道后，就像美国宇航局设计的飞船。

为什么要搞这样一个巨大的项目呢?很简单，每公斤摊销50美元发射费用。全球开发和利用火箭太空旅行的总成本超过 5000亿美元。这一航天飞机项目耗资约170亿美元。国际空间站迄今已花费约150亿美元。到目前为止，我们的近地空间很少有商业用途，只是用于部署通讯和成像卫星。减少近地轨道插入成本一百倍，最终可以开始我们商业化开采太空特殊资源。更不用说建造轨道酒店，用于旅游开发。