Система доставки грузов с Земли на Луну?

Был человек по имени Джеральд Булл , который вместе с другими разработал систему HARP, предназначенную для того, чтобы стать ступенькой к супер-пушке, которая могла бы запускать (небольшую) полезную нагрузку в космос, где она (возможно) выходила бы на правильную орбиту. . Главной привлекательностью является относительно небольшая стоимость доставки небольших полезных нагрузок на орбиту.

Я думаю, что если бы вы могли спросить покойного мистера Булла, возможна ли предложенная вами система, он бы прекратил болтать и занялся проектированием.

Вопрос о том, возможно ли создать пушку, способную запускать в космос достаточно большую полезную нагрузку, которая затем могла бы выйти на орбиту, приближающуюся к Луне, остается спорным. Я бы сказал, что не сейчас, но, возможно, с развитием двигателей и дальнейшим развитием суперпушек это не является невероятным, хотя и надуманным.

Обратите внимание, что под «грузом» я подразумеваю очень мелкие предметы. Меньше, чем несколько килограммов (и я на этом настаиваю). Это может показаться небольшим, но если вы находитесь на Луне и эта плата, обеспечивающая жизнеобеспечение, выходит из строя, несколько килограммов будут в порядке.

Вы используете неправильный инструмент для работы. Вы можете получить гораздо более высокие скорости гораздо экономичнее от линейного двигателя. (Подумайте о поезде на магнитной подвеске, который продолжает ускоряться.) Разгон чего-либо с LEO до LTO не представляет большого труда, если у вас достаточно энергии.

Однако от вывода такой системы на орбиту ничего не выиграешь. Ракета не требует сжигания топлива, все, что выброшено сзади, считается — и ваш груз, направляющийся на Луну, — это что-то выброшенное. Ваша станция движется в противоположном направлении с такой же энергией, и все, что вас спасает, это то, что ваша ракета остается на станции, а не запускается в космос.

Если вы поместите его на Землю, у вас возникнут довольно серьезные инженерные проблемы из-за атмосферы. Если вы строите длинную дорожку, она должна быть горизонтальной, а это значит очень много атмосферы. Вам понадобится очень, очень большая полезная нагрузка с теплозащитным экраном лучше, чем все, что построило НАСА, чтобы сделать это. Кроме того, никому не удалось разработать систему, которая не разрушит себя ударными волнами.

С другой стороны, вы копаете прямо вниз и используете очень высокий импульс. Проблема лобового сопротивления снижена до просто невероятной. Однако до сих пор нет ответов на ударные волны.

Обратите внимание, что была построена версия пистолета Жюля Верна. Нет сомнений в том, что «полезная нагрузка» (исключительно из научного любопытства, она была совершенно инертной) была запущена со скоростью, намного превышающей космическую скорость. Хотя инструменты записали очень мало, нет сомнений, что он испарился перед тем, как покинуть атмосферу. Если бы он не испарился, он бы опередил спутник в космосе. Хотя теоретически это можно было бы сделать снова с помощью капсулы, спроектированной так, чтобы выдержать проход, я сомневаюсь, что это когда-либо будет — заряд в «пушке» был довольно большой водородной бомбой, а «полезная нагрузка» — пробкой в ​​просверленном для нее отверстии. .

Требушеты плохо сочетаются с космическими путешествиями.

Ракеты необходимы, потому что энергия, которая должна быть подана в этот сверхсовременный «требушет», по сути, будет мощным взрывом. Уничтожая не только саму машину, но и груз.

Другими словами: ракеты медленно расходуют свое топливо, принося его с собой, чтобы не использовать один наземный взрыв, который взорвет все.

Однако всему этому есть решение: лазеры . Сосредоточив лазер высокой интенсивности, излучаемый с поверхности, на паруса, прикрепленные к тому, что вы хотите отправить, вы можете толкать его без необходимости использовать ракеты. НАСА уже сегодня разрабатывает эту технологию.

"...вывести груз с орбиты Земли и доставить его на Луну" ?

О боже, нет, определенно нет. Давайте быстро посчитаем салфетку:

Она занимает около$7.8 km/s$достичь низкой околоземной орбиты и около$11 km/s$для транслунной инъекции .

Шаттлу требуется около 8 минут , чтобы достичь скорости НОО.

Это означает, что он распространяет$7.8 km/s$изменение скорости за 480 секунд.

$1g = 9.8m/s^2$

Так,

$G-force = \frac{\text{Acceleration in }m/s^2}{9.8}$

Итак, ускорение Шаттла$= \frac{\text{7800 }m/s}{480\text{ seconds}} = 16.25$

и$\frac{16.25}{9.8} = 1.65g$

Итак, очень грубо, ускорение Шаттла в среднем с течением времени составляет 1,65g .

Теперь артиллерийский снаряд не содержит собственного метательного заряда, поэтому после выхода из ствола он не ускоряется. В начале он набирает всю скорость сразу, а это означает, что эта пушка/катапульта/требушет должна придавать$11 km/s$ $\Delta v$ мгновенно .

$\Delta v$= буквально , изменение скорости

Давайте округлим и скажем, что эта пушка передает это изменение скорости ровно за 1 секунду, а не за миллисекунды.

Ускорение снаряда$= \frac{\text{11000 }m/s}{1\text{ second}} = 11000$

$\frac{11000}{9.8} = 1122.44g$= ЛОЛ

А если просто выйти на орбиту?

$\frac{7800}{9.8} = 795g$

Можно с уверенностью сказать, просто взглянув на цифры, сделав несколько быстрых приблизительных оценок, этого никогда не произойдет.

Проблема, которую вы видите с g-force , — это время , в течение которого вы ускоряетесь. Ускорение считается низким, если вам требуется больше времени для достижения желаемой скорости. (В данном случае орбитальная скорость или скорость TLI .)

Вы можете испытать это прямо в своем автомобиле: разгоняйтесь с 0 до 50 миль в час, нажимая на педаль так сильно, как только можете. Вы достигнете желаемой скорости довольно быстро, но по мере движения будете ощущать большее ускорение на своем теле.

Слегка нажмите на педаль от 0 до 50 миль в час, и вы в конечном итоге достигнете той же целевой скорости за больший период времени и, таким образом, почувствуете гораздо меньшее ускорение.

Таким образом, проблема с орбитальной пушкой двоякая, и, вероятно, почему она была предпринята, но так и не была построена: 1) она может изменить скорость только один раз, в начале 2) орбитальная скорость настолько велика (не говоря уже о TLI прямо сейчас) что ничто пустое не может выдержать перегрузки . (Серьезно, вы даже можете расплющить цельный кусок стали.)

Я предлагаю двухступенчатую систему доставки вашего груза на Луну. Некоторые краткие исследования показывают, что каждая лунная миссия включала второй «запуск» с орбиты Земли.

Первый этап может быть вашей космической пушкой или рельсом на магнитной подвеске, предназначенным для вывода стандартных полезных нагрузок на орбиту: https://en.wikipedia.org/wiki/Non-rocket_spacelaunch#Projectile_launchers

Второй этап предлагает выбор в различных ценовых диапазонах и сроках поставки, от ракеты, которая займет 2-3 дня, до ионного двигателя, который займет более года. http://www.universetoday.com/13562/how-long-does-it-take-to-get-to-the-moon/

Припасы, не подлежащие переработке, можно было запланировать и дешево отправить за год вперед, но колония никогда не находилась бы дальше, чем в нескольких днях от срочной доставки.

В общем, одиночная «пушка» на орбиту не выведет. Рельс или длинная труба на Луне, без сомнения, могут довести полезную нагрузку до своей космической скорости (направление, противоположное тому, что вы просили), они не будут на орбите; это требует, по крайней мере, еще одного ожога в полете.

Теперь с несколькими телами ситуация более сложная. Представьте, что полезную нагрузку сбрасывают в направлении, противоположном орбитальному движению Луны, что нейтрализует ее. Затем он падает прямо вниз и сталкивается с Землей на скорости 25 000 миль в час, что слишком много для «поймать»!

Брайан Ван из блога NextBigFuture рассказал об идеальном «пистолете»; так называемая пушка Жюля Верна , которая использует ядерный заряд для запуска массивной полезной нагрузки на орбиту или непосредственного удара по Луне.

По сути, это ядерный импульсный двигатель ORION, перевернутый вверх дном, ядерный заряд находится внутри соляного купола или подобного образования, а энергия взрыва передается через толкающую пластину в грузовую капсулу, которая пробивает атмосферу и выходит на орбиту.

Чтение статьи показывает, что, как и в случае с космическим кораблем ORION, чем больше, тем лучше, а ядерные импульсные двигатели всех видов не очень хорошо масштабируются. Конечно, учитывая ускорение в тысячи g, которое сокрушает кости, виды грузов, которые вы можете доставить, в основном являются твердыми (например, вы можете отправить килотонну угля, если вам нужен углерод для переработки в промышленных масштабах), поэтому отправка тысяч тонн компьютерных частей или оборудования, по сути, не годится. Конечно, можно было бы отправить тысячетонный слиток высококачественной стали или титана для изготовления деталей машин, но в конечном итоге соседи будут жаловаться на шум, издаваемый пушкой, и вместо этого будет намного дешевле добывать руду из удобных околоземных объектов.