Можно ли запустить пикоспутник на орбиту из рельсотрона на высотном самолете?

Это зависит от того, что удовлетворит ваши потребности в качестве «орбиты». Я думаю, что это вряд ли сделает то, на что вы надеетесь.

Хороший способ осмыслить проблему, чтобы сделать ее более интуитивной, состоит в том, чтобы сказать, что существует правило, применимое ко всем спутниковым орбитам, согласно которому, помимо влияния атмосферы, с момента окончания маневра спутник совершит оборот. в «каком-то эллипсе» и должен пройти через ту же точку пространства на второй орбите, как бы высоко она ни прошла за это время. Если оставить в стороне атмосферу и другие возмущения, это будет продолжаться бесконечно.

Даже без атмосферы эта идеализация неверна, потому что Земля не является точечной массой, но для мысленного эксперимента сойдет.

В нашем случае окончанием маневра является момент выхода спутника из рельсотрона. Это означает, что каким бы высоким ни был самолет и каким бы большим ни был рельсотрон, спутник вернется на ту же высоту после одного витка. Если мы включим атмосферу, как необходимую для самолета, то мы должны принять, что первый виток, вероятно, будет последним для спутника из-за атмосферного сопротивления.

Есть два способа обойти это ограничение.

1. Рельсотрон дает спутнику такой мощный толчок, что он летит по параболической траектории на космической скорости, и его больше никогда не увидят.
2. У спутника есть некоторые средства для выполнения второго большого маневра, когда он наберет гораздо большую высоту.

В случае 2 это приводит к «поднятию перигея», из-за чего спутник не погружается обратно в атмосферу.

Возвращаясь к нашему правилу мысленного эксперимента об орбитах, теперь спутник возвращается в точку отключения двигателя во время второго маневра, и именно эта точка теперь определяет, куда спутник должен вернуться на последующих орбитах.

Таким образом, орбитальная система доставки должна сообщать приращения скорости по крайней мере в двух точках траектории, чтобы перейти от состояния покоя на поверхности Земли к стабильной орбите. На всякий случай, если вам интересно, я описал идеализированную импульсную систему, если бы у вас была очень большая продолжительность тяги с дугой, охватывающей большую часть орбиты, вы бы тоже нашли способ сделать это.

Является ли это возможным? Да, но не с современными технологиями (извините, не извиняюсь за этот каламбур). Прямо сейчас рельсотроны не могут стрелять снарядами достаточно быстро, чтобы запускать пикосаты с высоты. По крайней мере, так говорят мои расчеты на обратной стороне конверта, может быть, кто-нибудь проверит мою математику.

Давайте воспользуемся 32-мегаджоульным (МДж) многоцелевым рельсотронным оружием средней дальности General Atomics (MMRRWS). Это самый крупный рельсотрон, изображенный ниже, и один из самых мощных рельсотронов.

Скорость убегания по поверхности земли 11 км/с. 32 МДж может запускать снаряд со скоростью около 2,5 км/с (5500 миль в час). Это не поможет, так что давайте загрузим всю установку в заднюю часть Lockheed Martin C130-30J. Импульсная система питания, на которой он работает, может поместиться в 20-футовом морском контейнере. Так что само орудие и система питания могут поместиться в 55-футовом отсеке.

Согласно Википедии, C130J может подняться в воздух на расстояние до 12 км. В статье в Википедии о скорости убегания говорится, что на 9 км вам нужно 7,1 км / с, чтобы получить скорость убегания, так что это не совсем сработает. Вам нужно либо подняться выше, либо построить более мощный рельсотрон.

Возможно, вы сможете сделать это на гибридном дирижабле, подобном тому , что делает Lockheed Martin . По моим подсчетам, чтобы использовать рельсотрон, вам нужно будет подняться примерно на 22 км.

Интересно, что НАСА разработало программу для этого, но в обратном порядке. Идея заключалась в том, чтобы использовать рельсотрон длиной 2 мили в Космическом центре Кеннеди, который запускал бы ГПВРД, который затем развертывал бы ступень ракеты с полезной нагрузкой. Подробнее об этом можно прочитать здесь https://www.nasa.gov/topics/technology/features/horizontallaunch.html

Это довольно хорошая инфографика о том, как работают рельсотроны.

Еще одна проблема, которая поднимет уродливую голову, если вы попробуете это: турбулентность в следе.

Ваш спутник будет покидать ствол на колоссальной скорости. Он врежется в атмосферу перед самолетом. Ваш стартующий самолет врежется в эту турбулентность. Я был бы очень удивлен, если бы за этим не последовали удары об землю обломков самолета.

И это при условии, что вам уже удалось преодолеть:

Паффин считает, что вам нужен двигатель циркуляризации.

По мнению Венского Кодекса, сегодняшние рельсотроны далеко не достаточно мощны.

Тот факт, что сопротивление будет жестоким. Сопротивление составляет как минимум квадрат скорости, и чем меньше корабль, тем выше отношение сопротивления к массе и, следовательно, тем быстрее он останавливается. На самом деле вам нужно что-то довольно большое и тяжелое, чтобы протолкнуть его сквозь атмосферу.

Также есть небольшая проблема с отдачей. Используя тот же самолет, что и в ViennaCodex, я нахожу максимальный вес 67 000 кг. Предположим, ваша ракета-носитель весит 100 кг, и вы запускаете ее со скоростью 7000 м/с. (я не обращаю внимания на сопротивление, реальность намного хуже) Вы только что тряхнули свой самолет со скоростью 10 м/с. Так что вы говорите? Длина грузового отсека составляет 12,5 м. Чтобы повысить его, вам нужно 200 000 золотых (обратите внимание, что это выходит за рамки даже оружейного рейтинга!), Приложенные в течение 3,5 мс. Пока пушка разгоняется, ваш самолет отбрасывается назад на 290g. Рейлган разрывает самолет на части. Вам нужен огромный буфер отдачи, чтобы пережить это — и куда вы собираетесь его поместить, ведь рельсотрон уже такой же длины, как и самолет?

Теперь, чтобы привести это в действие. Вам нужно 2,45 ГДж при 100% эффективности. Лучшие доступные конденсаторы имеют емкость менее 10 Дж/см3. Я возьму 10, так как мне нужно вывести число из графика. Вам нужно 245 м ^ 3 конденсатора для питания этого. Это более чем в 3 раза превышает общую грузоподъемность нашего C130j. Эти мощные конденсаторы не поставлялись с информацией о весе, но, глядя в другое место, я получаю около 2 г / куб. Ваши конденсаторы весят около 490 000 кг, что примерно в 15 раз превышает общую полезную нагрузку самолета.