Из пушки - на орбиту

[budden]

http://www.rtc.ru/encyk/bibl/New/rynin/ryn-2/01.html
прикольно, но действительно можно доставлять на орбиту предметы (не людей) за очень умеренные деньги.

Например,
m=1000кг
v=8000м/c
a=1500g=15000м/с^2
Это много, но материалы выдерживают такое ускорение, и электронные компоненты тоже. Полые части ракетных двигателей заливаем жидкостью или засыпаем порошком, которые высыпаются в начале их работы. Но в момент выстрела они не работают.

время разгона = 8000/15000=0,53 секунды
S = at^2/2=15000*0,53^2/2=2106м.
Это - длина пушки.

Как разогнать? Пневматикой.
Пусть сечение ствола = 0,5м^2. Тогда необходимо создать силу
F=ma=1000*15000=15e6Н
Давление при этом будет 15e6/0,5=30МПа=300атмосфер.
Объём ствола = 0,5*2000=1000м^3.
Т.е., нам нужно вакуумировать ствол перед выстрелом и иметь хранилище в 1000м^3 газа, сжатого до 300 атмосфер.

300 атмосфер - это достаточно много, но в пределах возможностей техники. Всё выглядит совершенно реальным, однако. Я удивлён.
Расход энергии будет порядка нескольких киловатт-часов на килограмм, т.е.,сущие копейки. Видимо, дорогой частью будет система маневрирования, способная выдержать такие перегрузки. Но я не сомневаюсь, что она реальна.

[budden]

Правда, я не особо разбираюсь в сверхзвуковых потоках и не уверен, что можно разогнать воздух до скоростей выше звуковой в цилиндрическом канале... Тут может крыться подвох...

[thirtyseconds]

1500 g ни один конструкций не выдержит, я уверен. По крайней мере все текущие конструкции подразумевают перегрузки в 100 раз ниже (максимальные перегрузки при запуске). Беглый поиск показывает, что деформируется даже пуля при выстреле из гладкоствольных винтовок. А там ускорение в 8-10 раз ниже.

[budden]

Неправда. Ускорение пули - 25000g

http://www.masters.donntu.edu.ua/2005/eltf/sidorenko/ind/uskor.htm
Ща найду про электронику.

[budden]

http://www.kit-e.ru/articles/chip/2004_1_50.php
Однокристалльные микросхемы - до 3500g.

[CyberManiac]

Самое грустное случится при прохождении плотных слоёв атмосферы, где скорость (и трение) будут максимальны. Даже при падении ОТТУДА в верхних слоях атмосферы всё довольно сильно греется.

[budden]

Часть пути можно срезать, разместив шахту где-нибудь на высокой горе. Хотя, может быть, что и правда всё будет плохо. Не знаю.

[budden]

В общем, я не собирался всерьёз эту тему прорабатывать. Просто прикольная и неожиданная мысль - вот и написАл.

[Quasar]

Так это все считали когда-то.
a=(v^2-v0^2)/2dx, действительно около 25000g
Сила, ускоряющая пулю эквивалентна примерно весу груза массой 200 кг. Может и деформировать :)

[VLGlass]

Правда, я не особо разбираюсь в сверхзвуковых потоках и не уверен, что можно разогнать воздух до скоростей выше звуковой в цилиндрическом канале... Тут может крыться подвох...
В ЭТОМ МЕСТЕ подвоха нет - воздух вообще не надо разгонять, он может быть и неподвижен. Достаточно, чтобы "точка впрыска" воздуха располагалась сразу "за хвостом" разгоняемого тела и двигалась с ним.
Подброшу еще идею - конический сужающийся ствол для компенсации падения давления.
Проблема в другом - для вывода на орбиту вектор скорости (те самые 8 км/сек) должен быть направлен горизонтально, то есть ствол должен быть направлен под углом. Каким - сами считайте. И учтите резко возросшее сопротивление атмосферы.
А вот на Луну снаряд из пушки отправить легко! Вектор второй космической скорости в точке старта может располагаться хоть горизонтально, хоть вертикально.

[thirtyseconds]

Про перегрузки на пулю в момент выстрела может быть, я просто прикинул.

В любом случае такие перегрузки будут критичными для внутренней структуры. То есть можно использовать материалы, которые не будут деформироваться. Какой-нибудь титан или что-нибудь в этом роде. Но и все что внутри конструкции должно крепиться с учетом перегрузки, иначе в момент старта оно тонким слоем на дне "снаряда" будет размазано. Что это значит ? Все крепления должны выдерживать перегрузку. Это тоже подразумевает использование каких то материалов. Да и само крепление должно быть каким-то специальным... Там на килограмм полезной нагрузки будет килограмм 100 причиндалов, что бы оно не накрылось при старте.

[SWN1960]

прикольно, но действительно можно доставлять на орбиту предметы (не людей) за очень умеренные деньги.


Перефразируя классическое - "если звезды зажигаются..." получаем - если не доставляют (за очень умеренные деньги), значит фигня никому не нужная.

[Слартибартфаст]

Стопудово атмосфера не даст, при скорости выше 5км/с на высотах до 30 км сгорает всё в плазму.

[VVSFalcon]

Из этой пушки с тем же результатом для разгоняемого аппарата можно стрелять в соседнюю гору.

[budden]

при скорости выше 5км/с на высотах до 30 км сгорает всё в плазму.

Что значит "всё сгорает"? Т.е., "камни не могут падать с неба"?

Метеорное тело входит в атмосферу Земли на скорости около 11-25 км/сек. На такой скорости начинается его разогрев и свечение. За счет абляции (обгорания и сдувания набегающим потоком частиц вещества метеорного тела) масса тела, долетевшего до земли, может быть меньше, а в некоторых случаях значительно меньше его массы на входе в атмосферу. Например, небольшое тело, вошедшее в атмосферу Земли на скорости 25 км/с и более, сгорает почти без остатка.
При такой скорости вхождения в атмосферу из десятков и сотен тонн начальной массы до земли долетает всего несколько килограммов или даже граммов вещества.

Т.е., долетает всё же что-то.
Кстати,

Если метеорное тело не сгорело в атмосфере, то по мере торможения оно теряет горизонтальную составляющую скорости. Это приводит к изменению траектории падения от часто почти горизонтальной в начале до практически вертикальной в конце. По мере торможения свечение метеорного тела падает, оно остывает (часто свидетельствуют, что метеорит при падении был теплый, а не горячий).

Ага, только тут неправда написана. Видимо, оно не остывает, а просто не успевает нагреться. Ищем дальше:

http://www.eduhmao.ru/info/1/3574/22109/


Упавший метеорит бывает только теплым или горячим, но не раскаленным, как думают многие. Это объясняется тем, что метеорит проносится через земную атмосферу в течение всего лишь нескольких секунд. За такое короткое время он не успевает прогреться и внутри остается таким же холодным, каким он был и межпланетном пространстве. Поэтому метеориты при падении на Землю не могут вызвать пожара, даже если они случайно упадут на легко загорающиеся предметы.

Метеорит огромных размеров, весящий сотни тысяч тонн, не может затормозиться в воздухе. С большой скоростью, превышающей 4 - 5 км/сек, он ударится о Землю. При ударе метеорит мгновенно нагреется до такой высокой температуры, что иногда может полностью превратиться в раскаленный газ, который с огромной силой устремится во все стороны и произведет взрыв. На месте падения метеорита образуется воронка - так называемый метеоритный кратер, а от метеорита останутся только небольшие осколки, разлетевшиеся вокруг кратера.

Значит, если мы окружим наш снаряд некоей защитной оболочкой, у него есть шансы не только преодолеть атмосферу, но и остаться холодным. Правда, КПД нашей пушки при этом уменьшается. Но и обычная ракета тоже несёт ничтожную полезную нагрузку. Например, из 313 тонн веса "Союза-2" до орбиты долетает всего 8 тонн - менее 3%. И одно дело - пассивная оболочка, у которой задача - только испариться, а другое дело - ракетные ступени с топливом.

[budden]

Перефразируя классическое - "если звезды зажигаются..."
Из A->B, вообще говоря, не следует (not A)->(not B).

[budden]

В любом случае такие перегрузки будут критичными для внутренней структуры. То есть можно использовать материалы, которые не будут деформироваться. Какой-нибудь титан или что-нибудь в этом роде. Но и все что внутри конструкции должно крепиться с учетом перегрузки, иначе в момент старта оно тонким слоем на дне "снаряда" будет размазано. Что это значит ? Все крепления должны выдерживать перегрузку. Это тоже подразумевает использование каких то материалов. Да и само крепление должно быть каким-то специальным... Там на килограмм полезной нагрузки будет килограмм 100 причиндалов, что бы оно не накрылось при старте.

Можно доставлять материалы, а обрабатывать их уже на орбите. Тогда снаряд будет по большей части представлять из себя стопку листов или ещё что-нибудь подобное. Например, стопку солнечных батарей или стены модуля космической станции. Способ защитить материалы от перегрузки придумал вроде ещё Циолковский (погрузить в жидкость близкой плотности). Единственные конструкции, которые будут нужны - это рулевые двигатели с системой управления, которые позволят снаряду выйти на правильную орбиту. Может быть, даже не двигатели, а только рули.

[CyberManiac]

Вся хитрость, видимо, происходит на стадии разгона. Ракета нижние и плотные слои атмосферы преодолевает малым ходом, и разгоняется до первой космической уже там, где трение меньше. С пушкой будет наоборот: самый неудобный участок придётся пробивать на максимальной скорости и с максимальным трением, а дальше скорость будет только падать (и при этом не должна упасть ниже первой космической).

[budden]

а дальше скорость будет только падать (и при этом не должна упасть ниже первой космической

Ну я же недаром привёл цитату о том, что некоторые тела долетают до Земли со скоростью 5км/c. Раз так, то они в среднем движутся в атмосфере с большей скоростью и при этом не сгорают целиком. Хотя это и не первая космическая, но не так далеко от неё.

И ещё одно соображение. Самый высокогорный автодорожный перевал мира имеет высоту 5600м. На такой высоте атмосферное давление составляет уже половину приземного. Правда, плотность воздуха падает не в такой пропорции, потому что там ниже температура, но она там не более чем на треть (абсолютно) холоднее. Так что около полвины атмосферы наш груз может не спеша преодолеть автотранспортом.

Кстати, есть способы локально снизить плотность атмосферы на доли секунды. Один из них - электрический разряд. Другой - взрыв с большим тепловыделением. Т.е., можно от места выхода в атмосферу проложить вверх ещё канал разреженного горячего воздуха некоторой длины. В горячем воздухе выше скорость звука, а значит, там будет меньше число Маха и, видимо, меньше сопротивление.

Кстати, я не первый это придумал. Вот, и метод тот же самый.

http://www.vimi.ru/applphys/2000/1/f1-2.htm

По-моему, это похоже на торпеду "Шквал". Блин. Ща придут люди в сером.

[budden]

И всё же нужно упомянуть об источнике всего этого:
http://lib.rus.ec/b/178991/read
Ищем "Фокус с канатом и космическая ракета"
Там, правда, не совсем про то, но именно это меня навело на мысль. Которая, конечно, не нова, я фантастику читал в своё время :)

[ivanchel]

Ага, только тут неправда написана. Видимо, оно не остывает, а просто не успевает нагреться. Ищем дальше:

http://www.eduhmao.ru/info/1/3574/22109/



вполне допускаю, если метеорит будет достаточно массивным, то он после падения на землю может и инеем покрыться, так как температура его внутренних слоёв может быть значительно ниже 0 градусов

[budden]

Кстати, есть способы локально снизить плотность атмосферы на доли секунды.

Типа запускаем с Земли от места старта маленькую ракетку, она оставляет за собой распылённую струйку бензинчика, а в 5-10 местах выбрасывает взведённые гранаты. Количество гранат и время их подрыва подбирается так, чтобы перед взлетающим снарядом происходил взрыв. При взрыве сначала происходит сжатие, потом разрежение (по инерции). В итоге, образуется горячий канал с высокой скоростью звука и низким давлением. Вот нужно сделать так, чтобы снаряд в каждой точке своего пути попадал в область разряжения. Это, конечно же, возможно.

Всё это потребует некоторой точности, но, учитывая, что оставшиеся 5 км тропосферы наше тело пролетит за 0,5 секунды, ветер не успеет сильно "сдуть" канал. Хотя при скоростях в 100м/с могут быть определённые проблемы... Но можно сделать снаряд таким, чтобы он самоцентрировался по каналу.

Чёрт, опять получилось оружие.

[budden]

1 литр бензина выделяет при сгорании порядка 40 МДж=4e7Дж. Для создания в атмосфере вакуумного канала диаметром 10 метров и длиной 5 км нужно совершить работу P*V~=75м^2*5000м*1e5Па=3,75e10Дж. При КПД процесса в 1% нужно 3,8e12/4e7=100т бензина.

Процесс при этом похож на процесс в цилиндре ДВС, у которого весьма высокий КПД. Другое дело, что тут сложно подобрать одновременность и, видимо, КПД всё же не дотянет до КПД ДВС. Вообще, честно скажу, что цифру в 1% я взял с потолка.

Если принять более оптимистичные цифры, то для создания канала диаметром 3м при КПД в 10% нужно около 1т бензина. 1т бензина на 1т груза - это примерно в 30 раз лучше ракеты. Не говоря о том, что не нужна сама ракета.

[senao]

Помню на "мембране" была давненько уже такая тема. Забил в гугле словосочетание "Из пушки на орбиту" и вот она третья ссылка сверху http://www.membrana.ru/articles/technic/2010/01/20/185700.html
В общем кому интересно можте почитать какие типы пушек для этого подходят, образцы снарядов и что предпологается таким способом выводить на орбиту.


По расчётам Джона и его соратников, орудие Quicklaunch должно "швырять" 450-килограммовые аппараты со скоростью шесть километров в секунду. И хотя перегрузка при выстреле достигнет 5000 g, уже сейчас вполне реально создавать крошечные спутники, электроника которых переживёт такой старт.

Кроме того, одним из грузов в пушечном запуске могут стать самые простые и не требующие нежного обращения материалы снабжения для космических станций (питьевая вода, в частности).

Траектория подъёма будет довольно пологой, но сильно нагреться от трения о воздух снаряды суперпушки не успеют, так как покинут атмосферу менее чем через 100 секунд. Кроме того, Хантер обдумывает вариант защиты с нанесением на внешнюю поверхность аппаратов сгорающей обмазки.
До первой космической скорости данные аппараты должны разгонятся уже наверху. На высоте 100 км такой снаряд сбросит обтекатели и включит собственный миниатюрный ракетный двигатель.
В общем все как всегда придумано до нас :)

[budden]

В общем все как всегда придумано до нас

Нда. Как обычно. Или почти всё. Ну и ладно. Хотя вот никто не придумал задаться вопросом о термоэлектрических явлениях на Солнце. Судя по тишине в созданной мной теме.

[budden]

Хотя вру, об этом есть книга,
http://www.thermoelectricityjournal.com/product_info.php?cPath=49_54&products_id=365
Впрочем, это всё офтоп.
Ладно, всё. Для меня тема орбитальных пушек исчерпана.