Можно ли использовать электрическую силовую установку для запуска (теоретически) [закрыто]

Редактировать: если подумать, вы, вероятно, имеете в виду ионный двигатель вместо запуска космического корабля из рельсовой пушки.

Вы можете использовать рельсовую пушку на космическом корабле в качестве привода масс: пушка стреляет камнем из задней части, и сила реакции приводит корабль в движение.

Если вы говорите о запуске космического корабля из рельсовой пушки: основные ограничения для этого являются общими для всех методов запуска пушки :

• нужны либо огромные перегрузки, либо очень длинные стволы (500 м при 1000 G). Устойчивые для человека перегрузки означают пушку длиной в сотни километров.
• атмосферное сопротивление означает, что вы должны запускать на скорости, намного превышающей орбитальную скорость.
• если ствол не вакуумный, вы должны предусмотреть отверстия в стволе, чтобы воздух перед снарядом мог выходить. Сверхзвуковая ударная волна означает, что вы не можете строить пушку рядом с населенными пунктами. Попробуйте нарисовать необитаемую территорию шириной 30 км и длиной 300 км в любом месте Первого мира.

Рельсовые пушки существуют. ВМС США экспериментируют с ракетой, которая будет стрелять 3-килограммовым снарядом со скоростью 2,5 км/с. Самое сложное в этом — заставить оружие не уничтожать себя. Этот пистолет работает, помещая проводящий дротик поверх двух параллельных рельсов. Ток идет вверх по одному рельсу, через дротик и вниз по другому. Рельсы нагреваются за счет необходимого огромного тока (порядка 1 МА) до такой степени, что им изначально приходилось менять рельсы после нескольких выстрелов. Вы также создаете огромные электромагнитные поля вокруг снаряда.
Существуют и другие принципы работы электромагнитной пушки, например, вы можете разместить катушки последовательно и пропустить через них импульсный ток для запуска металлического снаряда. Раньше я развлекался, стреляя металлическими булавками из катушки, извлеченной из набора стрелок игрушечного поезда.

Тяга есть тяга, и ее эффекты одинаковы независимо от того, откуда она исходит. Теоретически да, электрические двигатели, такие как двигатели на эффекте Холла, электростатические ионные двигатели и магнитоплазмодинамические двигатели (MPD), могут использоваться для запуска спутника с поверхности земли на орбиту. Однако из-за очень высокой скорости истечения электрических двигательных установок они имеют очень высокий удельный импульс, что является хорошим способом сказать, что теоретически они могут производить большое изменение скорости космического корабля при небольшом количестве топлива.

Хотя более высокий удельный импульс может показаться выгодным, гравитация и атмосферное сопротивление на поверхности Земли могут противодействовать эффектам высокого удельного импульса. Изменив уравнения движения и уравнение для кинетической реактивной мощности, мы можем увидеть, что по мере увеличения удельного импульса двигателя количество мощности, необходимой для создания фунта тяги, также увеличивается почти с логарифмической скоростью. Из-за этого увеличения отношения мощности к тяге электрическим силовым установкам потребуется огромный источник энергии для создания достаточной тяги для ускорения против силы тяжести и минимизации потерь на сопротивление. К сожалению, удельная масса современных энергетических систем (химических, солнечных и атомных) слишком мала для такого типа пусковой установки.

Таким образом, если бы мы могли построить источники энергии, которые могли бы производить огромное количество энергии при очень малой массе конструкции (~ 3 кг/кВт или менее), которые были бы также компактными, тогда да, можно было бы использовать электрические двигательные установки для приложения для ракет-носителей. Тем не менее, это выходит за рамки современного уровня техники для энергетических систем.