Что, если бы мы запускали ракеты из космоса, используя метод рогатки и центростремительную силу? Возможно ли это?

Я собирался сказать: «Не говори глупостей, сохранение импульса», но, ладно.

Если у вас есть какая-то большая орбитальная штука, то, если вы счастливы запускать снаряды в противоположных направлениях (что, вероятно, означает выбрасывать один из них), вы можете запускать пары снарядов в противоположных направлениях, не возясь с вашим линейным импульсом. Вы хотите убедиться, что ни одна из пар не нацелена на Землю, как я подозреваю (или что вы уверены, что она не пройдет через атмосферу).

Для этого вам нужно найти энергию. Как вы предлагаете, одним из способов было бы раскрутить какую-то систему, а затем выпустить из нее снаряды. У этого есть проблема, что теперь вам нужно найти угловойимпульс. Что ж, вы можете избежать этого, имея пару колес, вращающихся в противоположных направлениях, которые вы раскручиваете относительно друг друга, оставляя общий угловой момент равным нулю. Это хорошо, потому что вы можете найти энергию для этого от электродвигателя, который вы можете привести в действие от солнечного света, и если вы можете сделать трение в подшипнике достаточно низким, вы можете раскручивать его в течение очень длительного периода времени, так что мощность требования могут быть послушными. Я почти уверен, что во избежание проблем с балансом (вам нужно, чтобы колеса оставались индивидуально сбалансированными, и вам нужно избегать того, чтобы их угловые моменты оставались равными и противоположными во время запуска), вам теперь нужно запускать снаряды группами по четыре в двух парах противоположных направлений. .

Я думаю, что это не подходит для запуска людей, поскольку силы до выпуска убьют их, если только структура не будет огромной. Один из способов увидеть это состоит в том, что для системы радиусов$r$, вращающийся с угловой скоростью$\omega$, то тангенциальная скорость равна$r\omega$и ускорение$r\omega^2$. Таким образом, для заданной желаемой скорости запуска$v_l$, ускорение непосредственно перед запуском равно$a_l = v_l^2/r$. Если вам нужна скорость запуска$7\,\mathrm{km/s}$(об орбитальной скорости НОО и достаточно правдоподобно, чтобы запустить что-то из Солнечной системы), а структура имеет радиус$1000\,\mathrm{m}$(это 1 километр: это огромно!) затем$a_l = 49\,\mathrm{km/s} \approx 50000g$: это не выжить, очень далеко.

Другой способ задать этот вопрос: насколько большой должна быть вещь, чтобы контролировать ускорение запуска? Что ж, ответ$r = v_l^2/a_l$, так что, если вы хотите, снова$v_l = 7\,\mathrm{km/s}$и вы думаете, что люди могли бы выжить$a_l = 5\,g$в преддверии запуска (они, вероятно, могли бы спуститься «вниз» в космический корабль, поэтому им не нужно тратить столько времени, сколько потребуется, чтобы раскрутить его под таким стрессом), тогда вы получаете$r\approx 1000\,\mathrm{km}$. Это о$1/6$радиус Земли : он абсолютно огромен.

И, что более важно, это, вероятно, не очень помогает по двум причинам:

• эта штука начинается с НОО или выше, и подъем массы на НОО составляет очень большую часть проблемы попадания куда-либо еще (и помните, что помимо лишней массы снарядов, которые вы отбрасываете, вы должны поднять вся сборка для запуска на LEO, чтобы сделать это, и она должна быть очень прочной и довольно большой, поэтому очень тяжелой);
• чтобы запустить что-то с очень высокой скоростью, потребуются материалы, которые могут быть неправдоподобными.

Полагаю, стоит также добавить, что эта система может выглядеть для людей зловеще как кинетическое энергетическое оружие. Но, возможно, это не больше похоже на оружие, чем на что-либо еще, что может запускать вещи с орбиты, я не знаю.

Почему я не думаю, что это было бы полезно для орбитальных изменений на орбите Земли . Заманчиво думать, что подобная система с гораздо более низкой скоростью запуска будет полезна для смены орбит. Я не думаю, что это было бы. Как упоминалось выше, для сохранения импульса вам действительно нужно выбрасывать массу, равную массе, противоположной массе, которую вы запускаете. Это означает, что вам нужно поднять в два раза больше массы, которую вы собираетесь запустить.

Ну а если вместо подъема этой массы просто поднять топливо для ракеты? Ну, ракетное уравнение говорит нам, что

Где$\Delta v$нужное вам изменение скорости и$v_e$это скорость выхлопа. Если мы возьмем$v_e = 4\,\mathrm{km/s}$(думаю, это примерно то, чего добился S-IVB , и было бы значительно ниже, чем у какого-нибудь ионного двигателя малой тяги), то можно воспользоваться тем, что при заданной круговой орбитальной скорости$v$в$\Delta v_E$тебе нужно сбежать$v(\sqrt{2} - 1)$(спасибо PM2 Ring за это!). Итак, для$7\,\mathrm{km/s}$орбитальная скорость (где-то на НОО)$\Delta v_E \approx 2.9\,\mathrm{km/s}$. И мы можем подставить эти числа в уравнение ракеты:

Другими словами, количество дополнительной массы, которое вам нужно будет поднять в качестве топлива, очень близко к тому количеству, которое вам нужно было бы поднять для запуска этой штуки. И если вы поднимаете его как топливо, вам также не нужно поднимать стартовую платформу. И если вы используете ионный привод или что-то еще, вы можете стать намного лучше.$m_o/m_f$также.

Мне интересно, не могли бы вы сделать что-то с неравными руками на вращающейся штуке, чтобы выпустить гораздо меньшие массы, чем штука, которую вы запускаете, но я думаю, что вы не можете сохранить угловой момент таким образом. Но, возможно, я ошибаюсь в этом.