Драйверы массы для запуска грузов или космических кораблей можно улучшить двумя способами. Либо один из них увеличивает ускорение (с которым мокрое ПО не может так хорошо справиться), либо увеличивает длину привода массы. Если довести удлинение двигателя массы до логического завершения, то получится кольцо вокруг всего небесного тела.
Конкретная конструкция, которую я имею в виду, представляет собой длинную магнитную подвеску, которая просто высвобождает груз, как только он достигает желаемой скорости и вектора.
Однако мне было интересно, насколько высокой будет реальная скорость запуска. Я не верю, что космические корабли могут (или должны) запускаться с этих двигателей со скоростями, близкими к скорости света. Но что будет ограничивающим фактором?
Предположим, что ваш энергетический бюджет действительно огромен (любая цивилизация, строящая их, вероятно, близка к К2), у вас есть сверхпроводники при комнатной температуре, приличная защита от магнитных полей (предположим, что у них есть какой-то продвинутый метаматериал), а также основанный на углероде аллотроп . строительные материалы.
Здесь много допущений, таких как сверхпроводники комнатной температуры и неограниченная энергия. Но ладно, давай с этим.
Ограничения
Предполагая цивилизацию К2, единственным реальным ограничением является сама физика. Для всего, что следует далее, я предположу, что Земля является стартовой платформой.
Земля к звездам
Земля имеет окружность 40,075 км . Таким образом, максимальная длина рельса (при условии отсутствия спирального рисунка) составляет 40,075 км. Человеческое тело приспособлено к максимальному горизонтальному ускорению около 6 g в течение 10 минут . Но это только на 10мин. Итак, давайте предположим, что нормальный, повседневный Человек может использовать 2G неограниченное время.
Это дает нам максимальное ускорение 2G (= 19,62 м/с²) для длины трассы 40,075 км. Мы можем использовать уравнение v² = u²+2as . Где v — конечная скорость, u² — начальная скорость, a — ускорение, а s — длина пути. Все в единицах СИ.
Итак, v² = u²+2as
v² = (0 м/с)²+2*(19,62 м/с²*400750000 м)
v² = 15725430000 м/с
v = sqrt(15725430000м/с)
v = 125401,07655 м/с /:1000
v = 125,40 км/с
Таким образом, мы можем ожидать, что конечная скорость составит около 125,4 км/с с таким треком и только одним оборотом.
Время для этого одного оборота, конечно, тем меньше, чем быстрее мы идем. Мы можем найти время t с помощью уравнения v = u+a*t . Где v — конечная скорость, u — начальная скорость, a — ускорение, t — время.
v = и+а*т /-и
ву = а*т /:а
(ву: а) = т
v/а = т
125401,07655 м/с / 19,62 м/с² = t
т = 6391,4921789 с / 60
т = 106,524869648 мин / 60
т = 1,77541449414ч
Таким образом, для первого оборота потребуется около 1,8 часа.
Но, я слышу, вы спрашиваете, почему все это важно? Ну, потому что, как видите, один оборот действительно мало что нам дает в плане скорости. Но я собираюсь доказать, что это неправильно.
Время гравитации
Земля имеет ускорение 9,81 м/с². И есть эта сила, вы ее, наверное, знаете, центростремительная сила. Если подумать, этот Массовый Привод не что иное, как гигантский генератор центростремительной силы.
Итак, насколько велика будет эта сила при скорости 125,4 км/с?
Во-первых, я знаю, о чем вы думаете, «но разве центростремительная сила не направлена внутрь?» И да, это так, но также это не имеет значения, поскольку вектор, указывающий наружу, одинаков. Магия.
Уравнение для получения силы просто F_z = m*v² / r . В котором, о боже, у нас проблемы. Нам нужна масса, не так ли? И тут ты не прав. Мы просто ищем центростремительное ускорение. Для которого масса не нужна. Потому что :
F = м*а
F_z = F
m a = m v² / r -> m компенсируется
а = v² / г
а = (125401,07655 м/с)² / 6371000 м
а = 2468,28284412 м/с
а = 2,4 км/с
Да, верно, когда вы стреляете по рельсу со скоростью 125 км/с, вас толкает вверх со скоростью 2,4 км/с, что, по всем замыслам и предпосылкам, равно силе ускорения, потому что поезд все еще движется. Это означает, что эти 2,4 км/с и есть ваша эффективная гравитация.
Но мы можем сделать лучше. Давайте предположим, что это поезд без массы, в котором едет только человек весом 80 кг. В этом случае верно F_z = m*v² / r.
Fz = м * v² / г
Fz = 80 кг*(125401,07655 м/с)² / 6371000 м
Fz = 197462,62753 Н
А так как F = m*a, мы можем найти a, выполнив старую операцию swiggity swoody.
F = м * а -> / а
ж / м = а
197462,62753 Н / 80 кг = а (мы получаем ускорение, потому что N = кг*м/с²)
а = 2468,28275 м/с²
а = 2,4 км/с²
Так что да, это не должно вызывать удивления. Мгновенная скорость такая же, как общее ускорение. И, как мы знаем, Масса не имеет значения, когда дело доходит до Ускорения (просто говоря).
Проблемы
Так что я думаю, вы можете начать видеть проблему. Теоретически железная дорога вдоль планеты могла бы разгонять вещи до очень высоких скоростей. Но центростремительное переднее/ускорение действительно так не видит. Большая часть электроники умрет при ускорении 2,4 км/с². Не говоря уже о том, что ни один человек не может выбраться оттуда живым.
Эль Ответ
Но ваш вопрос был в том, кто быстро это может получить. Что ж, возвращаясь к вопросу о том, сколько G´sa Human может выдержать, это около 2G. Все, что нам нужно сделать, это решить, скажем, 20 м/с², чтобы упростить задачу.
Мы можем использовать a = v² / r и просто найти v². Как это или конечная скорость.
а = v² / г
а * г = v²
кврт (а * г) = v
v = sqrt(20 м/с)*6371000 м))
v = 11288,0467752/с
v = 11,288 км/с
Таким образом, конечная скорость такой системы, предназначенной для людей, составляет около 11,3 км/с. Что действительно быстро.
Предполагая, что обычный груз может выдержать около 100G, мы получаем скорость:
а = v² / г
а * г = v²
кврт (а * г) = v
sprt(100 9,81 м/с² 6371000 м) = v
v = 79056,6316004 м/с
v = 79 км/с
Ти Решить
Теперь все это кажется немного чушью. У вас есть эта длинная трасса, и максимум, на что мы способны, это 80 км/с? Но на самом деле единственная причина, по которой мы ограничены, — это форма. Если бы это была прямая трасса без поворота, вы могли бы ехать так быстро, как хотите. Силы вверх нет.
Не говоря уже о том, что я хотел бы увидеть, как рельсовый путь висит на земле, и сила тяжести в 100 раз превышает его, когда ваш суперпоезд проедет по нему.
В общем, очень неумная идея строить что-то подобное.
Извините за опечатки, я немец D:
Короткий ответ:
Это означает, что если мы можем выдержать 2g - мы можем разогнаться до 8+16=32 км/с. Если выдерживает 3g - 8+32=40км/с
Прямой космический лифт также не очень подходит в качестве ускорителя массы. При длине 150 000 км и ускорении +1g (т.е. полное ускорение, включая гравитационное, на уровне моря 2g) можно разогнаться до 27,4 км/с, а при +2g (3g на уровне моря) - 38,7 км/с. с (и я даже не рассматриваю силу Кориолиса)
Керр Эйвон2055
Джо Блоггс
Каденс