Сможет ли порох добраться до Луны?

Согласно Википедии , для запуска Delta V требуется около 14 км/с на низкую лунную орбиту . Это означает, что вам нужно будет достичь скорости 14 км/с, чтобы облететь Луну. Часть из них нужно будет сделать из космоса, но теоретически большая часть может быть достигнута с земли. Итак, что вам нужно сделать, чтобы это произошло?

Во время Второй мировой войны немцы разработали артиллерийский снаряд, который мог двигаться со скоростью 1,67 км/с. Он израсходовал 200 кг пороха и выстрелил 106-килограммовым снарядом. Давайте просто предположим, что вы можете масштабировать это бесконечно вверх (маловероятно, но мы просто предположим на мгновение). Кроме того, давайте предположим, что масса корабля составляет 1000 кг (вероятно, будет больше). Учитывая все это, вам потребуется в 10 раз больше, чтобы запустить корабль с той же скоростью, и примерно в 72 раза больше, чтобы вывести корабль на лунную орбиту. Это составит около 14 400 кг пороха, или около 16 тонн пороха, что намного меньше, чем Жюль Верн заявил, что вам потребуется. Итак, почему бы нам не сделать это?

Хотя теоретически можно добраться до Луны таким образом, одной пушечной тяги будет недостаточно, чтобы приземлиться на Луну, по крайней мере, контролируемым образом. Вы бы закончили тем, что приземлились бы на Луне с лунной скоростью убегания 2,4 км/с, без ракеты, которая могла бы вас остановить. Кроме того, сила тяжести, действующая на вас при запуске, будет огромной, электроника артиллерийского снаряда должна быть рассчитана на 15000 g. Удачи в том, чтобы человек выжил. Кроме того, физика не совсем масштабируется, как я указал здесь, но числа обеспечивают хорошее приближение первого порядка.

Профиль запуска ракеты почти лучший вариант для доставки астронавтов в космос с точки зрения гравитации. Вам действительно нужно постоянно толкаться в течение некоторого времени. Тем не менее, рельсовая пушка может обеспечить некоторую скорость, необходимую для выхода на орбиту, если вы тщательно спланируете, чтобы это произошло.

Насколько я знаю, ударная волна при детонации взрывчатки не распространяется быстрее, чем примерно 2,5 км/с, так что пуля не полетит дальше этой скорости, сколько бы бочонков пороха вы ни накопили. Однако ударная волна может быть ускорена, если операция происходит в среде с высоким давлением, но достижение достаточной скорости для выхода на орбиту (около 8 км/с) кажется трудным, не говоря уже о полете на Луну.

Однако вы можете сделать многоступенчатую систему: одна пушка стреляет из другой пушки, которая стреляет из третьей пушки, и так далее. В конечном итоге вы получите ракету, а не пушку. Это немного вопрос определения...

(Вариант со взрывчатым веществом чуть более мощным, чем порох , серьезно изучается, но я сомневаюсь, что это произойдет в ближайшее время.)

Ускорение также в буквальном смысле расплющило бы любое позвоночное животное, которому не повезло быть выбранным для этого путешествия. Космические пушки — это больше, чем досужие домыслы, но они предназначены для запуска сыпучих материалов, а не людей.

Абсолютная теоретическая максимальная масса, которую 1 600 000 фунтов порошка могут отправить на Луну, составляет чуть меньше 35 500 кг. Вычисление не такое уж сложное (введение в физику, основанное на исчислении), но несколько длинное и запутанное, и было бы довольно уродливым на таком сайте без mathjax. Тем не менее, это делает два основных предположения, которые на самом деле не могут быть реализованы: нет сопротивления воздуха, и весь порох мгновенно сгорает, передавая всю свою энергию ракете (ни визуальному пламени, ни звуку и т. д. Я все еще работаю над этим). количественный анализ этих эффектов, но я совершенно уверен, что учет либо сопротивления воздуха, либо конечной скорости горения ракеты сделал бы невозможным достижение Луны.

Максимальная скорость, которую может развить ракета с топливным двигателем, зависит от массы ракеты, массы топлива и скорости истечения выхлопа. По словам Джеймса Дженкинса, вес корабля составлял 20 000 фунтов; топливо, конечно, 1 600 000 фунтов. Используя типичную скорость истечения дымного пороха 800 м/с. Без борьбы с гравитацией такое количество пороха могло бы разогнать корабль до скорости немногим более 3500 м/с, что намного меньше космической скорости Земли, равной 11 200 м/с. Если немного повернуть, то такое соотношение масс потребует скорости истечения почти 2550 м/с. И для полноты, данные 160 миллионов фунтов топлива могут запустить ракету весом чуть менее 1,5 фунтов; для запуска полной ракеты весом 20 000 фунтов потребуется 24 миллиарда фунтов топлива.

Рассказывают, что первым искусственным объектом, достигшим космической скорости, была крышка люка над выхлопным отверстием после подземного испытания ядерной бомбы.

Тем не менее, они цитируют это на веб-сайте.

Но предположение, что он мог сбежать с Земли, неправдоподобно (благоразумие доктора Браунли в заявлении о приоритете оправдано). Не говоря уже о том, сможет ли такой чрезвычайно гиперзвуковой неаэродинамический объект выжить даже при прохождении через нижние слои атмосферы, представляется невозможным для него сохранить большую часть своей начальной скорости при прохождении через атмосферу. Гиперзвуковой снаряд, запущенный с земли, имеет ту же проблему с поддержанием скорости, что и летящий метеор. По данным Американского метеорного общества Fireball и Meteor FAQ, метеоры весом менее 8 тонн не сохраняют своей космической скорости при прохождении через атмосферу, они просто превращаются в падающий камень. Только объекты, масса которых во много раз превышает эту массу, сохраняют значительную долю своей скорости.

С другой забавной точки зрения, есть отличная научно-фантастическая история под названием « Космический корабль короля Давида » Джерри Пурнелла, в которой постулируется вселенная, в которой межзвездные сообщества не будут вмешиваться, если ваша планета не сможет выйти на орбиту, и по политическим причинам планета требует космического полета, как только насколько это возможно, поэтому они строят пилотируемый корабль, который использует подход стрельбы из пушки вниз (своего рода химическая версия Ориона) для достижения орбиты.

В Pournelle интересно писать хорошую научную фантастику, и в ней есть интересные обсуждения затрагиваемых вопросов.