Как люди могли бы сбежать с планеты, слишком большой для химических ракет?

Я читал эту статью НАСА о химических ракетах, и они утверждают, что с планетой, на 50% больше, чем Земля (при условии аналогичной плотности, около 1,5G поверхностной гравитации), химические ракеты не смогут улететь. Обратите внимание, что меня не интересуют конкретно эти точные значения, просто предположим, что планета слишком велика для того, чтобы химический двигатель мог привести ракету в движение. Если бы люди застряли на такой планете, как бы они построили способ покинуть эту планету.

Предположим, что им уже никто не помогает на орбите, поэтому они должны добраться до космоса самостоятельно и до планеты, в остальном похожей на Землю. Они могут знать о нашей технологии космических полетов столько, сколько удобно для ответа.

Кроме того, все ответы должны быть выполнимы в соответствии с нашим нынешним пониманием физики. Антигравитационные устройства, порталы и тому подобное запрещены, хотя при необходимости можно использовать технологии далекого будущего.

Комментарии не для расширенного обсуждения; этот разговор был перемещен в чат .
Важный вопрос: нужно ли спасаться особям или «видам».

Ответы (11)

Импульсный двигатель деления, такой как проект Орион, был бы в состоянии вывести на околоземную орбиту 10-миллионный корабль. Минус в том, что они добивались тяги ядерными взрывами. Они запускали атомные бомбы сзади и взрывали их на приличном расстоянии с помощью гигантской полусферической «толкающей пластины», которая представляла собой гигантский амортизирующий поршень с чашкой на конце, чтобы «улавливать» энергию взрыва. .

введите описание изображения здесь

Позже эта концепция была доработана для использования специально сконструированных ядерных «кумулятивных зарядов», известных как гаубицы касаба. Эти ядерные устройства должны были быть созданы таким образом, чтобы они фокусировали взрыв в большую вольфрамовую пулю, которая испарялась бы в конус или даже в форму луча, направленного на толкающую пластину. Это сделало бы корабль еще более эффективным с его тягой и меньше уничтожило бы/облучило окружающую сельскую местность.введите описание изображения здесь

Окончательная версия плана на бумаге может разогнать космический корабль до 1G за 10 дней. Чтобы дать вам представление о том, насколько это быстро, если вы ускорились на 1G в течение 5 дней, а затем замедлились на 1G в течение 5 дней, вы могли бы достичь Сатурна за 10 дней. Также это МАССИВНОЕ судно. Поскольку судно проходит серию тысяч ядерных ударных волн, минимальный размер корабля должен приближаться к весовой категории 1000 метрических тонн, чтобы выжить при запуске. Корабль будет иметь на порядок большее количество Дельта-V, необходимое для достижения орбиты, и как только он покинет орбиту, он сможет практически отправиться в любую точку Солнечной системы, куда захочет. Блин, если бы он израсходовал все свои ядерные заряды без учета замедления, то теоретически мог бы разогнаться до 4% скорости света.

Имейте в виду, что показанная здесь толкающая пластина имеет диаметр около 500 метров! . Кажется немного экстремальным? Я говорю, что облучение площади размером с Техас — небольшая цена за прогресс!введите описание изображения здесь

Добавлен тангенциальный бонус: большая планета имеет большую площадь поверхности, поэтому вы облучаете меньшую часть всей планеты при запусках!
Кроме того, мы предполагаем, что жители планеты — люди. Если они инопланетяне, возможно, радиация не вредна для них.
@ TCAT117 Хотя я согласен с тем, что инопланетная жизнь может принимать всевозможные формы, я думаю, что идея формы жизни, которую не беспокоит близость к множественным ядерным взрывам, может немного натянуть ее, даже если меньшие конструкции Orion были «только» с использованием малой или субкилотонной мощности.
Вы говорите, что космический корабль мог поддерживать 1G в течение 10 дней (в космосе). Если это максимальное ускорение, он даже не сможет оторваться от земли на планете с 1,5G на поверхности. Сможет ли он преодолеть гравитацию и сопротивление и оставаться устойчивым достаточно долго, чтобы выйти на орбиту?
Я говорю, что нарисованное НАСА было настроено на ускорение в 1 g. Идея не в том, что он напрямую копирует дизайн НАСА, а в том, что тип двигателя превосходен для крупномасштабной высокой выходной тяги. НАСА использовало малокилотонные устройства в своей математике. С устройствами мегатонного диапазона вы бы значительно увеличили тягу. Особенно, если встроенная в касабу гаубица, где в конфигурации было меньше взрыва и больше направленных высокоэнергетических частиц.
Я не вижу ничего, что прямо указывало бы на то, что это сработает на планете весом 1,5 грамма. Ответ «ну, это действительно мощно» не удовлетворяет требованиям точных наук. У вас есть версия уравнения ракеты Циолковского для ядерной импульсной тяги?
«Я говорю, что облучение территории размером с Техас — небольшая цена за прогресс!» => «Я говорю, что облучение Техаса — небольшая цена за прогресс!» Исправил это для вас, спасибо мне позже.
I think the idea of a life form that isn't bothered by close proximity to multiple nuclear detonations might be stretching it a bit@ TCAT117 Большая часть нашего страха перед радиацией исходит от «зеленого» движения, в первую очередь мотивированного препятствованием промышленному прогрессу. В более рациональном интеллектуальном климате, с самыми чистыми бомбами, которые только можно сделать, потенциально запускаемыми над морем (если море есть), эта идея вполне могла бы быть принята.
К тому же я никогда не говорил, что инопланетяне будут сидеть в шезлонгах прямо рядом с этой штукой. Это больше гамма-излучения, чем что-либо может выжить. Я имел в виду радиоактивные осадки, самые тяжелые из которых упадут всего в нескольких милях от взрыва. Выпадение радиоактивных осадков на большие расстояния вредно для человека, но только в течение 3-5 недель. Его сила сильно преувеличена, вы можете провести день или два в дальних радиоактивных осадках, не заболев. Может, инопланетян это вообще не беспокоило бы.
Это лучший ответ с учетом ограничений OP. У застрявших людей есть одна цель - покинуть планету, которая не включает сохранение ее первозданности или сохранение жизни после того, как они «сбегут». В худшем случае они используют прыжок с гранатой , чтобы подняться достаточно высоко, чтобы химические ракеты могли достичь космической скорости.
Изображенная там толкающая плита не 500 метров в диаметре, а 10 или 20 метров. Здесь есть небольшая путаница (но это не меняет основной смысл ответа: что Орион будет работать) в том смысле, что фактически серьезно рассматриваемые Орионы имели диаметр в десятки метров, а их производительность и близко не соответствовала тому, что говорит ответ. Ожоги длятся десятки минут, а не дней. Огромный масштаб и производительность были своего рода математикой на салфетке для того, что в конечном итоге могло бы быть возможным.
Финансово возможны и теоретически возможны два различия, да. Я просто указываю на теоретическую возможность создания 10000-тонного монстра, для которого они сделали некоторые расчеты. На самом деле такое устройство, хотя оно и возможно физически, потребовало бы десятилетий, чтобы построить его, и оно стоило бы несколько триллионов долларов, а также использовало бы при запуске больше ядерных зарядов, чем существовало в мировых арсеналах в то время.
@GrimmTheOpiner, следует предположить, что большая часть нашего страха перед радиацией связана с взрывом Чернобыля и прямым наблюдением последствий, а не с простой гиперболой. Это во многом вполне разумный страх, люди должны бояться вещей, которые опасны, значит, они должны быть осторожны с ними.
@Separatrix Последствия Чернобыля заключаются в том, что пара сотен человек погибла - все они были связаны с работой или очисткой места, а небольшой город был, вероятно, напрасно заброшен. С точки зрения количества смертей на единицу энергии атомная энергетика является самым безопасным из имеющихся у нас способов получения электроэнергии — это объективный факт. Но мы этого боимся.
@GrimmTheOpiner, боюсь, вы заходите слишком далеко в другую сторону. Не то чтобы я против атомной энергетики, но Припять не была заброшена без нужды, и в конечном итоге погибло гораздо больше людей. У животных в этом районе значительно выше частота мутаций, хотя их больше из-за отсутствия людей и других эффектов.
Альтернативной концепцией ракеты с внешним делением является ядерная ракета с соленой водой доктора Зубрина, в которой топливом является 2%-ный высокообогащенный или оружейный раствор делящейся соленой воды. Основные отличия заключаются в непрерывной тяге вместо импульсной и в использовании воды вместо абляции металла для повторной массы.
Что ж, в этой конструкции есть огромный недостаток: движение ядерными взрывными волнами, которым нужна атмосфера для распространения... так как именно вы собираетесь достичь космоса с этой конструкцией? Никогда. Вы всегда останетесь в атмосфере.
неправильный. Ядерное оружие создает кинетическую силу в космосе, но не так сильно. Обычные ядерные устройства станут менее эффективными, но это уже решено с помощью гаубиц Casaba, которые теоретически могут сфокусировать детонацию в луч высокоэнергетической плазмы. Они способны сфокусировать до 80% взрыва в сфокусированном конусе около 2 градусов. Высокоэнергетическая плазма довольно эффективно преобразуется в кинетическую энергию.

С пусковой петлей Лофстрема .

По сути, вы хотите построить набор башен, достаточно высоких, чтобы они могли поднимать железнодорожные пути над атмосферой. Затем, при отсутствии сопротивления воздуха, вы можете разогнать свой поезд до орбитальной скорости и выше.

Теперь может показаться, что строительство башни в условиях высокой гравитации ничем не лучше, чем попытки использовать ракеты в условиях высокой гравитации, и если бы башни должны были поддерживаться статическими силами, это действительно было бы проблемой. Мы не можем построить достаточно высокий небоскреб на Земле , не говоря уже о более тяжелой планете. Но башни не обязательно должны поддерживаться статически. Они могут использовать динамическую поддержку. А динамически поддерживаемые конструкции, в отличие от ракет, могут масштабироваться до сколь угодно больших размеров, если у вас есть достаточно мощная (и надежная!) силовая установка для их запуска. Посмотрите это видео из Cody's Lab, где показаны небольшие демонстрации концепции в реальном мире, одна с водой, а другая с веревкой.

Типичная пусковая петля Лофстрема будет работать скорее как струнная пусковая установка, чем как водометная башня, хотя пусковые дорожки с поддержкой фонтана также потенциально возможны, если у вас есть достаточно подходящих мест для якоря вдоль дорожки. (Петля нуждается только в анкерах, которые могут выдерживать сжимающие нагрузки на каждом конце, а не на всем пути.) Представьте себе устройство запуска струны, которое заключает струну в стационарную трубу без трения, за исключением того, что «струна» на самом деле представляет собой телескопическую стальную цепь. «трубка без трения» — это активная магнитно-левитационная дорожка, а «резиновые колеса» — серия линейных электродвигателей.

Можете ли вы показать, что это переводится в мир с гравитацией 1,5 g? Как динамически поддерживаемые конструкции масштабируются до больших размеров, чем статически поддерживаемые? У вас есть какие-либо цитаты для чего-либо из этого?
@Samuel Три цитаты в самом первом предложении. Если вы не хотите переходить по нескольким ссылкам, попробуйте , например, slides.launchloop.com//launchloop.pdf , где вы найдете много технических подробностей, в частности, о дизайне Lofstrom. Преимущества масштабирования связаны с тем, что прочность статических структур ограничена энергетическими уровнями химических связей. Прочность на сжатие динамически поддерживаемых конструкций, с другой стороны, ограничена только тем, какой импульс вы можете передать динамическому опорному элементу, который не ограничен.
Ссылки != цитаты, я их видел. Ваша «научная статья» начинается с научно-фантастического рассказа на четырех страницах. Прочность всех материалов ограничена их химическими связями. Например, в вашем научно-фантастическом сценарии размер вашей вакуумной трубки ограничен способностью вакуумной оболочки выдерживать атмосферное давление. Максимальная высота, которую может достичь ваша конструкция, ограничена максимальным ускорением железных болванок (размер которых ограничен вашей оболочкой), что также является проблемой прочности материала. Извините, но все эти проблемы не исчезнут, если вы используете магниты.
@ Самуэль Я не называл это «научной статьей». Это технический документ, и начало с четырех страниц мотивации не ухудшает фактическое инженерное содержание. На самом деле, я бы сказал, что это делает его еще более актуальным, поскольку это явно относится к научно-фантастическому сценарию. Тег точных наук также не требует научных работ. «Эмпирические данные» (например, видеоролики YouTube о людях, создавших маломасштабные модели) и «другие цитаты» однозначно принимаются...
.... Высота одной ступени космического фонтана или конструкции в виде петли действительно ограничена ускорением, которое могут поддерживать динамические элементы, но не грузоподъемностью - вы всегда можете просто добавить больше массы к потоку. или создать несколько параллельных потоков. А это значит, что вы можете складывать ступени, чтобы получить большую высоту, если одной ступени окажется недостаточно. Материальные ограничения на размер вакуумной оболочки не имеют значения, именно потому, что вы можете просто построить более одной параллельно, если вам нужно, и в сценарии не указан минимальный размер для запуска транспортных средств.
Стоит отметить, что такие конструкции становятся более осуществимыми, когда атмосфера тоньше — не столько в смысле плотности, сколько в смысле масштаба-высоты. И даже при одинаковых свойствах газа на поверхности высота шкалы становится меньше , если гравитация сильнее. Для большой планеты с сильной гравитацией, но с атмосферой значительно тоньше , чем у Земли, стартовая петля действительно может быть вполне правдоподобной. Тем более, если у вас есть менее сильные ветры, о которых нужно позаботиться.
Я не могу представить, чтобы он был построен с менее чем тремя общими потоками, а поскольку они должны быть сопряжены, это означает 4. В противном случае у вас будут проблемы с поддержанием уровня платформы, когда масса на ней перемещается.

А теперь смехотворно большой подход:

Постройте кольцо вокруг экватора. Этому способствует большое количество башен. Кольцо вращается со скоростью, значительно превышающей орбитальную скорость (используйте установку на магнитной подвеске, но сверху есть вторая) и создает направленную наружу силу. Это делается равным весу башни под ним, поэтому башни фактически свисают с кольца. (Да, на пути есть горы и океаны. Я сказал, что это смехотворно большой объект — вам придется прорыть несколько могучих туннелей и построить довольно впечатляющие глубоководные конструкции.)

Как только кольцо заработает, сделайте это снова — на этот раз поверх существующего. Повторяйте до тех пор, пока не выйдете из атмосферы и не сможете поместить свой трек запуска поверх всего этого. Поскольку каждое кольцо принимает на себя нагрузку своего слоя, вам не нужна безумно сильная башня.

Я не проводил полного анализа этого, но в этом нет необходимости, чтобы убедиться, что это работает: рассмотрим крайний случай с бесконечным числом колец и бесконечным числом башен — требования к прочности материалов падают до нуля. Таким образом, все сводится к необходимому интервалу.

Хотя это гораздо более сложный инженерный проект, чем пусковая петля или космический фонтан, в нем нет безумно мощных вращающихся магнитов, которые нужны этим подходам. Вы можете продублировать или утроить все силовые элементы, чтобы в случае сбоя все это продолжало работать.

Что касается комментария об отсутствии точной науки:

1) Какая сила действует на кольцо? У вас есть внешняя сила между опорными точками, которая соответствует внутренней силе, действующей на опорные точки. Бесконечные опорные точки = нулевое расстояние между ними = нулевое усилие на кольце.

2) Какая сила на башнях? Масса между кольцом и тем, что ниже. Бесконечные кольца = нулевое расстояние между ними = нулевая сила на башнях.

Очевидно, что ни один из них не может быть бесконечным, но они могут быть достаточно большими, чтобы не было больших проблем с материалами.

Насчет видео Orbital Ring в комментариях:

Он говорит о том, чтобы построить его в космосе, что не разрешено вопросом. Я говорю о строительстве с земли, хотя основная концепция та же.

Обратите внимание, что его кольцо не работает - обратите внимание на мой пункт № 1 в ответ на жалобы на твердую науку. Вы не можете закрепить это только в одной точке без использования суперматериалов.

Крутой ответ. Никогда не думал об этом раньше. Вопрос: Башня поддерживается той же технологией, что и башня, по сути, представляет собой поезд на магнитной подвеске, движущийся в направлении, противоположном направлению самого пути?
@ Аарон Нет - когда кольцо вращается, башни теперь свисают с кольца, а не поддерживаются снизу. Очевидно, что они должны быть рассчитаны как на растяжение, так и на сжатие.
Возможно, я не совсем понял: если кольца вращаются, то башни не могут просто сидеть на них нормально или башни будут путешествовать вместе с кольцами. Отсюда мой комментарий: если башня поддерживается маглевом, но движется в противоположном направлении от системы отсчета кольца, то башня будет казаться неподвижной от нашей. Если не это, то как на нем держится башня?
Одного Кольца было бы достаточно: начните строить его на земле ("просто" приведите все на одинаковую высоту вокруг экватора) и разгоните его (в каком-то листе), пока оно не "поплывет". Если вы затем ускоритесь еще больше и сможете «расширить» кольцо (и лист), кольцо поднимется на желаемую высоту. Когда он поднимается, под ним можно строить башни (или, что более вероятно, подвесить лифты).
Подробную версию этого ответа смотрите в видео « Орбитальные кольца» от Исаака Артура.
как только он начнет вращаться достаточно быстро, вы можете просто разомкнуть все соединения кольца, и кусочки вылетят наружу.

Запуск самолета

Используйте крылатое судно, которое использует атмосферу как

  • динамическая структура, способная нести свой вес,
  • источник окислителя для своих двигателей, и
  • реактивная материя для обеспечения тяги.

Целью самолета было бы подняться как можно выше, но, что еще более важно, как можно быстрее, потому что при старте с воздуха скорость важнее высоты. (Если бы высота была так драгоценна, мы бы стартовали из степей Вайоминга, а не с уровня моря). Прямо сейчас у нас нет причин использовать терабак-технологии в гиперзвуковых самолетах , но они точно будут.

Таким образом, этот самолет будет подниматься в самые верхние пределы атмосферы, где она достаточно тонкая, чтобы легко перейти на гиперзвук, и создавать все возможные дельта-ви, которые он может использовать в качестве окислителя, прежде чем отделить первую ступень собственно ракеты и отправить это в пути.

Уравнение ракеты было бы более или менее неприменимым к этой ракете-носителю, поскольку ее окислитель и реакционное вещество заимствованы.

Есть те, кто этим занимается . Однако такие проекты, как Stratolaunch , Virgin LauncherOne , GO , Aldebaran и МАКС — это дозвуковой запуск, IAR-111 — это «просто» сверхзвуковой запуск. Я предлагаю гиперзвуковой запуск, и базовому кораблю не нужно переживать разделение.

@Aaron Хорошая идея и готово.
Я также собирался предложить космический самолет в качестве решения, однако с этим есть проблема. При более высокой G (и при условии, что давление воздуха на поверхности такое же) атмосфера будет тоньше, поэтому вы получите меньше преимуществ при запуске с воздуха, поскольку вы не сможете летать так высоко.
@JeremyFrench Если посмотреть на запуск с воздуха, высота действительно имеет значение, например, позволяя оптимизировать двигатели для большой высоты (большие конусы). Но скорость имеет гораздо большее значение, отсюда и мой интерес к гиперзвуковому запуску. Так что я не слишком беспокоюсь, если атмосфера разрежена на меньшей высоте. Когда гиперзвуковой, чем тоньше, тем лучше, пока есть еще достаточно, чтобы питать двигатели.
И... если вы оказались на дне сложного гравитационного колодца, оснащение вашей платформы запуска самолета чем- то подобным становится гораздо более привлекательным, чем это было для нас.
+1 Хотя в цитируемой вики-статье уже говорится, что это мало поможет. Даже на суперземных планах будут ограничения.

В связи с пусковой петлей есть космический фонтан.

Вы строите башню в космос. Конечно, нет ничего достаточно прочного, чтобы построить его, так что вам придется снять целую кучу веса. Вы делаете это, строя базовую станцию, которая выбрасывает магниты вверх (в вакуумную трубу) очень, очень быстро. На каждой платформе башни есть генераторы, которые вырабатывают энергию от пролетающих мимо магнитов — при этом энергия передается от магнитов к платформе. Эта энергия направляется к двигателям, которые захватывают падающие части (подумайте о поезде на магнитной подвеске, у вас не может быть физического контакта!) и ускоряет их, создавая подъемную силу.

У вас есть очень большой магнит наверху, который поворачивает части и отправляет их обратно вниз. У вас есть огромный магнит внизу, который делает то же самое. Пока пути эвакуированы и все является сверхпроводящим, это не требует энергии после того, как вы его настроили.

Что касается жесткой науки:

https://en.wikipedia.org/wiki/Космический_фонтан

Я хотел войти с криком " мощность раз не установлена, а как быть с неэффективностью?" Но я не уверен, где они будут. Итак, вы предполагаете, что электрические проводники являются идеальными сверхпроводниками. Магниты, вероятно, направлены совершенно прямо, и на их пути сохраняется идеальный вакуум. Но означает ли это на самом деле отсутствие мощности (или, по крайней мере, ничтожную: я предоставлю вам небольшое количество входной мощности для учета несовершенств)? Несмотря на то, что я не могу указать на слабое звено, утверждение в вашем последнем предложении не дает мне покоя и интуитивно кажется завышенным.
@ Аарон, нет власти, кроме как компенсировать неэффективность. Магниты, летящие по петле, похожи на движение по орбите — им тоже не нужна энергия, не так ли?
Вы строите невозводимую башню, имея уже построенную башню?
Вам предстоит потратить огромное количество сил на дне. Внизу магниты начинают с огромной восходящей скоростью и постепенно теряют ее из-за генераторов и гравитации, вверху они в основном останавливаются. Затем они падают и набирают скорость как от гравитации, так и от магнитов, и в конечном итоге падают с огромной скоростью. Было бы энергозатратно остановить их, а затем снова запустить. Также эти передачи энергии на платформах будут иметь потери энергии на сопротивление в генераторах.
@ Самуэль Вроде. Создайте более низкую версию, чем ваша окончательная, а затем используйте то, что у вас есть, в качестве платформы для расширения. Затем снова продлите... и так далее. Так что не обязательно иметь башню на месте, а скорее построить ее короткую версию и использовать ее, чтобы подтягиваться за счет собственных бутстрапов. Поскольку платформы, обеспечивающие ускорение, могут подниматься или опускаться, добавляя или уменьшая энергию проносящихся мимо движущихся частей, вы поднимаете ее настолько, насколько это кажется разумным, а затем используете платформу для удлинения вакуумных трубок.
@sdrawkcabdear Последнее предложение в вашем комментарии было лучшим, что я мог придумать и против этого плана, но если эти генераторы представляют собой просто сверхпроводящую катушку вокруг вакуумной трубки, будут ли действительно какие-либо потери, поскольку электрическое сопротивление равно нулю? Магниты, проходящие через эти катушки, могут иметь практически 100% эффективность, когда платформы удерживаются на постоянной высоте. Все передаточное устройство будет состоять только из сверхпроводящего материала; Я не думаю, что какие-либо другие детали требуются, и поэтому эффективность может быть почти идеальной.
Я читал о подобных башнях как о спекулятивных практических применениях, а также в научной фантастике и всегда думал, что они потребляют огромное количество энергии. Но теперь, когда вы заставили нас задуматься об этом, эта точка зрения может быть ошибочной.
@Aaron с тегом точных наук, мы не должны рассчитывать на 100% эффективность. Все современные сверхпроводники не на 100% меньше потерь, и им требуется огромное количество энергии для их охлаждения. В научной фантастике мы можем создавать идеальные сверхпроводники при комнатной температуре, но не в точных науках. Кроме того, сопротивление воздуха является огромным фактором, и оно будет иметь огромное влияние, поскольку вам придется стрелять либо очень большими, либо очень высокоскоростными магнитами.
@sdrawkcabdear Да, есть затраты на охлаждение и тому подобное - я имел в виду, что магниты не потребляют энергию. Обратите внимание, что я указал, что магниты должны перемещаться в вакууме, иначе проблема не в сопротивлении воздуха, а в испарении.
"Конечно, нет ничего достаточно прочного, чтобы построить его" - подойдет обычный камень. Вам «просто» нужно построить пирамиду, и нагрузка будет распределена по достаточно большой площади, чтобы не раздробить камень. Конечно, вам понадобится много камня.
@sdrawkcabdear Я сказал « практически » на 100%, этот префикс был введен специально. Но да, хороший улов; действительно охлаждение, хотя при надлежащем вакууме, препятствующем теплообмену в системе, и при том, что сами сверхпроводники не производят много тепла из-за их высокой эффективности, охлаждение действительно будет массовым? Используют ли современные экспериментальные сверхпроводники лучшую теплоизоляцию и требуют ли они огромной мощности охлаждения? Для сопротивления воздуха это в вакууме, но магниты временами движутся так невероятно быстро, что даже несколько случайных частиц могут вызвать проблемы; Я не уверен.
Как поднять вакуумный цилиндр для магнитов? Чем больше масса поднимается, тем больше и быстрее должны срабатывать магниты. Большинство сверхпроводников хорошо изолированы и используют жидкий азот (77k) в качестве хладагента, но тогда вам придется поднимать жидкий азот. В основном я говорю, что произойдет, если эффективность в дозе 98% все еще работает

Проблема, поставленная в статье, заключается в том, что если бы радиус планеты был на 50% больше, современные химические ракетные топлива не позволили бы ракетам вырваться из-под земного притяжения.

Согласно статье, это связано с тем, что у ракет есть конструктивное ограничение на количество топлива, которое они могут нести при запуске, что ограничивает их способность покинуть планету определенного минимального размера.

Но они могут очень хорошо вращаться.

Пока ракеты могут достигать орбит даже с минимальным запасом топлива, мы должны быть в состоянии создать решение, полностью основанное на доступных в настоящее время (или в ближайшем будущем) технологиях, хотя и очень дорогих. Я полагаю, это не касается спасения застрявших людей.

Рассмотрим серию орбитальных космических кораблей, которые, по сути, являются заправочными станциями, выведенными на орбиту с некоторым количеством остаточного топлива. Устанавливается исключительно для дозаправки последней спасательной машины-носителя.

Многоразовая ракета в транспортном средстве-спасателе-носителе на орбите должна иметь возможность заправляться с этих орбитальных станций в количестве, достаточном для побега.

Одним из возможных решений было бы превратить самую высокую гору в космическую пушку. В зависимости от плотности атмосферы на этой высоте либо выйти прямо на орбиту, либо запустить транспортное средство (ракету) на низкую орбиту и оттуда использовать топливо, чтобы освободиться от гравитационного колодца.

Если мы используем радиус 9680 км из статьи и предположим, что средняя плотность равна земной, мы получим планету со следующими характеристиками:

Средняя масса Земли:

5,98 * 10 24 к г / ( 1,33 * π * 6 , 378 , 000 м 3 ) знак равно 5516 к г / м 3
Масса нашей планеты:
( 1,33 * π * 9 , 680 , 000 м 3 ) * 5516 к г / м 3 знак равно 20,9 * 10 24 к г

Скорость побега нашей планеты:

( 2 * ( 6,67 * 10 − 11 ) * ( 20,9 * 10 24 к г ) / ( 9.680 * 10 6 ) ) 0,5 знак равно 16,9 к м / с

Поверхностная гравитация:

( 6,67 * 10 − 11 ) * ( 20,9 * 10 24 ) / ( 9.680 * 10 6 ) 2 знак равно 14,88 м / с 2

Учитывая повышенную гравитацию, мы вряд ли увидим горы такой же высоты, как на Земле, но давайте приблизимся и предположим, что максимум в 5 км.

На земле мы пробурили земную кору на глубину до 12 км (с 2-дюймовым долотом), поэтому не исключено, что в ближайшем будущем мы сможем прорыть туннель с вершины горы и продолжайте 5 км в земную кору, в основном создавая 10-километровую бочку.

У нас есть ракеты, даже крошечные, такие как SS-520-5, которые могут выйти на орбиту с Земли. Итак, чтобы доказать концепцию, мы могли бы заставить космическую пушку поместить ракету на высоту, где скорость убегания равна скорости земной поверхности.

( ( 6,67 * 10 − 11 ) * ( 20,9 * 10 24 ) / 11.2 м / с 2 ) знак равно 11 , 156 , 476 м

Наша космическая пушка должна быть способна поместить ракету в:

11 , 156 , 476 – 9 , 680 , 000 знак равно 1 , 476 к м
над поверхностью планеты. Что ж, это не сработает, так как самое большое расстояние, которое мы когда-либо преодолевали с такой космической пушкой, это отправка 180 кг на 180 км.

Второй вариант — разогнать ракету так, чтобы она вылетела из устья ствола с достаточной скоростью, чтобы компенсировать увеличение скорости убегания.

16,9 к м / с – 11.2 к м / с знак равно 5.7 к м / с
Иэн Макнаб еще в 2003 году предложил проект рельсотрона, способного разгонять 400-килограммовый снаряд до 7,5 км/с.

Однако я должен признать, что математика ускользает от меня, когда я пытаюсь построить модель, учитывающую плотность атмосферы на высоте 5 км на нашей воображаемой планете. Сопротивление огромно, и существуют огромные структурные проблемы, связанные с разгоном существующей ракеты до 165 g и предотвращением ее возгорания после того, как она покинет жерло пушки. В конце концов, внятное решение было выше моих сил.

Вы должны быть в состоянии конкретизировать это. Просто нужны уравнения, чтобы показать, какая часть вашей общей скорости может быть достигнута с помощью реалистичного оружия. И я бы сказал, что для очков стиля вы должны забурить космическую пушку в гору — желательно от Boring Company!
@kingledion, прочитав информацию о теге, я должен признать, что вы правы. Мой ответ неполный, я обновлю его, исходя из радиуса 9680 км из статьи.
Возможно, хорошая ссылка: en.wikipedia.org/wiki/StarTram
Нет, космическая пушка не подойдет. Все ускорение происходит до того, как снаряд покинет ствол. Ракета ускоряется на всем пути. Космическая пушка убьет в нем любого.
@Pasqueflower Я думаю, что это проблема длины, а не невозможность.
Возможно, вы могли бы превратить это в правдоподобный ответ, смешав его с импульсным ядерным двигателем. Вместо того, чтобы ставить бомбы на космический корабль, запускайте их в космический корабль из своей пушки, тем самым уничтожая большую часть массы.
Но космическая катапульта может стрелять в роботов и строительные материалы, что позволяет людям построить космический лифт.

Что, если мы используем двигательную систему типа WEAV, чтобы попасть на низкую околоземную орбиту … воздух вдали от корабля, создающий подъемную силу с любой поверхности с небольшим количеством аэродинамики или движущихся частей, тогда вы используете магнитогидродинамические двигатели мощностью 200 киловатт https://www.nasa.gov/centers/glenn/about/fs22grc.html для достижения скоростей, близких к 200 000 миль в час с 200 (в 13 раз больше, чем у космического челнока) с использованием неконденсируемой водородной плазмы и электроэнергии в качестве топлива.

Прохладно. Однако похоже, что он работает только в атмосфере, так как ему нужен воздух, чтобы отталкиваться, поэтому маневрировать в космосе нельзя. Конечно, вы могли бы набрать достаточную скорость в атмосфере, чтобы по-прежнему значительно помогать космическим путешествиям. Кроме того, у меня есть ощущение, что потребность в энергии будет огромной, если этот корабль поднимет что-нибудь тяжелое. +1

TCAT117 предлагает импульсный двигатель деления, но он ужасно загрязняет окружающую среду и поэтому никогда не тестировался.

https://en.wikipedia.org/wiki/Nuclear_thermal_rocket дает другую альтернативу. Он состоит из ядерного реактора в качестве источника тепла, через который жидкий водород нагревается и используется в качестве топлива в сопле, подобном соплу обычной ракеты. На самом деле этой конструкции было уделено некоторое внимание, и были проведены некоторые испытания двигателя. Это гораздо менее опасно, чем импульсный двигатель ядерного деления, но химические ракеты менее опасны, чем любой из ядерных вариантов, поэтому в реальном мире они победили.

Водород является предпочтительным топливом, поскольку его легкие молекулы обеспечивают самую высокую скорость выхлопа при любой заданной температуре.

Ниже приведены основные моменты сравнения в статье Википедии, которую я скопировал сюда по запросу:

Удельный импульс 850-1000 секунд, что более чем в два раза больше, чем у двигателя, работающего на кислороде/водороде. Удельный импульс - это количество секунд, в течение которых ступень может создать тягу, равную ее первоначальному весу топлива, прежде чем топливо закончится. Она пропорциональна скорости выхлопа. Таким образом, простая ядерная тепловая ракета с твердым сердечником способна удвоить эффективность химической ракеты.

Соотношение тяги и веса, достигнутое в эпоху Аполлона (около 5: 1 на планете весом 1,5 г). Это намного меньше, чем у химической ракеты, и означает, что ядерные тепловые ракеты больше подходят для использования на верхних ступенях, где время горения больше. Первая ступень (только) ракеты нуждается в высокой тяговооруженности, поскольку вертикальный взлет означает, что изначально для борьбы с гравитацией используется много топлива. Чем раньше вы сможете набрать скорость и выйти на почти горизонтальную траекторию, тем лучше. Как только это будет достигнуто, более длительное время горения при более низком ускорении перестанет быть таким недостатком. Эпоха SNTP (отдельная статья) достигла тяговооруженности 30: 1, при которой масса двигателя перестает быть какой-то реальной проблемой. https://en.wikipedia.org/wiki/Project_Timberwind#Space_Nuclear_Thermal_Propulsion_Program

НАСА фактически рассматривало возможность замены 3-й ступени Сатурна V (известной как Сатурн IV-B) ядерной тепловой ракетой для повышения производительности.

В статье в Википедии есть рабочий пример, основанный на Saturn IV-B, и я привожу краткое изложение ниже. Дельта V — это стандартная мера эффективности ракеты в космосе, равная разнице скоростей, с которой она может взлететь до полного истощения.

Автор видимо пренебрег массой верхних ступеней. Если учесть, это будет еще больше благоприятствовать ядерной тепловой ракете при сравнении массы / массы, поскольку масса двигателя будет менее значительной.

Стандартный Saturn VI-B на водородно-кислородном топливе

Масса топлива 119800 кг, сухая масса 13400 кг, удельный импульс 475 с.

Дельта V (414 с × 9,81) ln(119 900/13 311), = 8900 м/с

Ядерная тепловая ракета, сменная замена, соответствующий объем / объем

Масса топлива 38600кг, сухая масса (за счет увеличения массы двигателя) 17300кг, удельный импульс 850с

Дельта V (850×9,81) ln(38 600/17 300) = 6 700 м/с.

Хотя Delta V ниже, масса ступени намного легче из-за того, что водородное топливо легче, чем двухкомпонентное топливо водород / кислород исходной ступени, поэтому ступени ниже компенсируют это.

Ядерная тепловая ракета, замена, соответствующая массе / массе

Масса топлива 19 000 кг, сухая масса (за счет увеличенного бака) 38 300 кг, удельный импульс 850 с (850 с × 9,81) ln(119 900/38 300), или 9 500 м/с.

НАСА рассматривало сцену еще меньшего размера из-за ограничений здания сборки транспортных средств: 10 429 кг пустых и 53 694 кг заправленных топливом. Это улучшит грузоподъемность Saturn Vf со 127 000 кг, доставленных на низкую околоземную орбиту (НОО), до 155 000 кг.

Это умеренное улучшение химических ракет, основанное на технологии эпохи Аполлона и далеко не оптимизированное. Пример, основанный на проекте Timberwind, был бы гораздо более совершенным, увеличивая полезную нагрузку в 1,5-4 раза. https://en.wikipedia.org/wiki/Project_Timberwind#/media/File:SNTP_Upper_Stage_Applications.png

Обратите внимание, что вторая ступень космического корабля "Шаттл" (основные двигатели) запускалась при старте, хотя большая часть начальной тяги обеспечивалась ускорителями первой ступени. Я бы предвидел аналогичную схему с химическими ускорителями вокруг активной зоны ядерной тепловой ракеты, чтобы двигатель тяжелой ядерной тепловой ракеты продолжал гореть как можно дольше.

Упомянутая проблема заключается в том, что удельный импульс ядерных тепловых ракет ограничен максимальной температурой, которую может выдержать реактор. Я думаю, что гибридный двигатель с ядерным тепловым сердечником с последующим впрыском кислорода в поток водорода в форсажной камере для старта мог бы решить эту проблему, чтобы дать еще более высокий удельный импульс, и имел бы большой потенциал в качестве первой ступени.

Есть идеи, какие здесь цифры? Да, NTR имеют довольно хороший удельный импульс, когда вы запускаете их на высокой передаче, но это из-за очень небольшого массового расхода. Для взлета при силе тяжести менее 1,5 g желательно увеличить тяговооруженность как минимум до 30 Н/кг. Существуют ли правдоподобные конструкции с высокой удельной мощностью?
@ Alpha3031 Alpha3031 Я мало что знаю об этом, но знаю, что это более практичное предложение, чем другие, перечисленные здесь. Я скопировал некоторые данные из статьи в Википедии, в которой указано соотношение тяги 7:1 (около 70 Н/кг). Но затем я нашел более свежую информацию о проекте Timberland с передаточным числом 30: 1, так что я могу привести свой ответ в порядок позже. Они определенно прошли наземные испытания в эпоху Аполлона. Понятно, что они не проводили летных испытаний в эпоху лесных массивов, но неясно, проводили ли они наземные испытания или нет. Тем не менее они предлагали и проектировали несколько мощных двигателей.
Хорошая проработка. Однако увеличивает ли впрыск кислорода Isp? У меня сложилось впечатление, что он увеличивает тягу исключительно за счет увеличения массового расхода.
@ Alpha3031 Впрыск кислорода снизит Isp, так же как запуск форсажной камеры на истребителе снизит эффективность. Но гибридный ядерно-кислородный двигатель, безусловно, даст лучшую скорость, чем химическая ракета, которая будет лучшим из обоих миров для старта.
Большой вопрос, который у меня сейчас возник, когда я прочитал о проекте Forestland, заключается в том, как предотвратить перегрев верхней ступени атомной станции до того, как ее можно будет использовать? Легко на стартовой площадке, вы охлаждаете его водой, но что вы делаете в воздухе или в космосе? Для приложений звездных войн они могут простаивать месяцами!
Я предполагаю, что вам все равно придется управлять критичностью реакции (быстрое сверхкритическое было бы нехорошо). Существуют ли какие-либо препятствия для простого запуска реактора незадолго до горения?

Вы бы использовали «пушку», чтобы запустить снаряд на орбиту. Пушки используют взрывчатку и не ограничиваются энергией горения горючего топлива.

Математика движения снаряда по орбите, основанная на скорости, будет такой же, как у ракет. Единственным исключением является ускорение снаряда под действием экстремальных сил, но в конечном итоге скорости будут одинаковыми.

Вики описывает понятие «космическая пушка»:

https://en.wikipedia.org/wiki/Space_gun

Проблемы с запуском снарядов на орбиты связаны с силами и материалами, необходимыми для удержания снаряда в целости. Часть технологии, такая как спутник, будет уничтожена в процессе, но вы можете упаковать спутник в твердую оболочку. Упакуйте спутник таким образом, чтобы в нем не было пустот, и снова приведите устройство в его функциональную форму после выхода на орбиту.

Это огромная проблема. Давайте разобьём её на две проблемы: как запустить спутники в космос, и как нам доставить туда людей?

Для спутников вам понадобится ионная двигательная установка, поскольку они имеют гораздо более высокий удельный импульс (> 3000 с), чем химические ракеты (макс. ~ 450). Проблема в том, что ионный двигатель имеет малую тягу и не будет работать в атмосфере. Итак, вам нужно будет запустить спутники в космос с помощью химических ракет, прежде чем выпустить их и включить ионные двигатели. Если гравитационное притяжение все еще достаточно низкое, чтобы можно было разогнать спутники до низкой «земной» орбиты с помощью химического топлива, спутники смогут неуклонно покидать планету с помощью своих ионных двигателей, не падая обратно. Когда придет время выводить людей, вы можете собрать вторую ракету на орбите и использовать ее, чтобы уйти.

Теперь, если вы не можете разогнать свои спутники достаточно быстро, чтобы поддерживать орбиту, у вас есть проблема. Вы можете установить взрывной механизм в первую ракету после того, как у нее закончится топливо, чтобы быстро вывести спутник на стабильную орбиту. Преимущество этого перед химическим топливом заключается в том, что вы можете использовать химические соединения с высоким удельным импульсом, которые могут взорваться при использовании в двигателе, и вам нужно будет только разогнать вес спутника, а не ракеты и топлива. Тогда было бы физически возможно собрать вторую ракету на орбите таким образом (используя ионные двигатели для корректировки орбиты), но поместить человека в эту ракету может быть сложно, поскольку ускорение от пускового механизма, вероятно, убьет его.

Предположим, что мы не можем убежать таким образом. Давайте вместо этого воспользуемся нашей системой пускового механизма, чтобы вывести роботов на орбиту. Если у вас есть луна, вращающаяся вокруг планеты, вы можете установить там роботизированную базу. В качестве альтернативы вы можете собрать искусственный спутник в качестве базы. Если мы предположим, что создание искусственной матки возможно, мы могли бы установить ее на нашей базе и запустить на орбиту замороженный эмбрион. Вероятно, потребуется несколько попыток, прежде чем вы сможете удаленно воспитать ребенка до совершеннолетия, и будет безумно дорого поддерживать его, но нет никаких физических законов, препятствующих этому.

Теперь вы можете приступить к завоеванию вселенной.

Гипотетически, о каких «химических соединениях с высоким удельным импульсом» здесь идет речь?
Я имел в виду пороха, используемые для артиллерии, которые могут развивать начальную скорость > 1 км/с в атмосфере. "Удельный импульс" - не совсем правильное слово, так как механизм запуска совсем другой, но аналогия есть.
Таким образом, остальные 10 км/с или около того дельта-V для достижения низкой орбиты будут получены от стандартного LOX/топливного топлива? Я не вижу преимущества ношения дополнительной массы, TBH.
Как люди могли бы сбежать с планеты, слишком большой для химических ракет?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v