Лунная пушка

[Дем]

Собственно вопрос - а можно ли используя только подножные расходники добится скорости вылета снаряда в 2,38 км/с? или сколько там надо до лагранжа?
Т.е. без водорода, углерода и т.д.
На земле такую скорость не достичь - но в вакууме газ расширяется неограниченно...

или только электромагнитная подойдёт?

[pkl]

Не смешите:

Недавно в лаборатории Шатурского филиала Объединенного института высоких температур Российской академии наук были проведены испытания уникального устройства – рельсотрона Арцимовича, который представляет собой электромагнитную пушку, стреляющую пока очень маленькими снарядами – массой до трех граммов. Однако разрушительные способности такой «горошины» поразительны. Достаточно сказать, что поставленная на её пути стальная пластина просто-напросто испарилась, превратившись в плазму. Все дело в гигантской скорости, придаваемой снаряду электромагнитным ускорителем, используемым вместо традиционного пороха.

 После испытаний директор Шатурского филиала Объединенного института высоких температур РАН Алексей Шурупов сообщил присутствовавшим журналистам:

 - В наших лабораторных испытаниях максимальная скорость достигла 6,25 километра в секунду при массе снаряда в несколько грамм (примерно три грамма). Это очень близко к первой космической скорости.

http://svpressa.ru/society/article/40331/
Дата публикации: 16 марта 2011 года 14:16
А Википедия утверждает, что

В середине 80-х советскими учёными был создан прототип рельсотрона, который на данный момент мощнее аналогичных систем нашего времени. Скорость снаряда, изготовленного из пластмассы, по размерам сравнимым с бутылочной пробкой, достигала 9960м/с и пробивала 3 слоя дюралюминия толщиной 4 см.

[Artemkad]

Дем пишет:
Собственно вопрос - а можно ли используя только подножные расходники добится скорости вылета снаряда в 2,38 км/с? или сколько там надо до лагранжа?
Т.е. без водорода, углерода и т.д.
На земле такую скорость не достичь - но в вакууме газ расширяется неограниченно...

или только электромагнитная подойдёт?

Электромагнитная проще и лучше. Во первых не надо расходовать рабочее тело, во вторых она достаточно проста и ее можно растянуть на километры для снижения предельного ускорения. Да и материалы для ее строительства на Луне вполне можно получить буквально из подножного материала как отходы получения кислорода.

[Дем]

Проблема эм-пушки в том, что:
1) нужно где-то накапливать энергию
2) одно дело запулить пульку в граммы и другое в центнер-тонну. Токи однако - электроника, сверхпроводники и т.д.
3) Она получается длинная - т.е. только на одну орбиту запускать сможет, и не факт что нужная нам будет доступна. Либрации опять же.
4) неметаллический груз хрен запустишь - т.е. опять доставка расходника-контейнера

а артустановка - дело отработанное.

[Даниил Галахов]

Я делал ЭМ-винтовки, и скажу что - не всё так просто как вы говорите, господа.
Катушечный гаусс для больших скоростей имеет паровозный КПД (на движение снаряда уходит дай бог 10% энергии, остальное греет катушки и теряется в обратном импульсе). Кроме того, на больших скоростях есть сложность с коммутацией катушек.
Рыло (рейлган, он же рельсотрон) требует нечеловеческих напряжений и, соответственно, неимоверных конденсаторов.
Касательно дешевизны и простоты материалов - да нету там такого. Нужна прорва серебра для катушек или очень чистая медь для рельсов (а они ещё и "подгорают" после каждого выстрела), нужны лошадиных размеров коммутационные приборы (тиристоры), и т.д.
Кстати говоря, для катушечника выгоднее запускать большую массу. Т.к., чем больше размер запускаемой металлической чушки тем больше площадь сцепления с магнитным потоком, => тем выше КПД. Кстати, полая толстостенная чушка будет гораздо выгоднее литой.
А рельсотрон может запускать и неметаллические предметы, ему даже выгоднее не железку пулять а пластмассину, т.к., разгон, на практике, производится таки не столько силой Лоренца, сколько пробегающим между рельсами дуговым зарядом. Но не знаю, как это будет работать в вакууме.

Что касается задачи, поставленной автором топика - то я вот всё жду, когда кто-нибудь задаст наиболее важный вопрос...

[АниКей]

 

КБТ - крупнокалиберная баллистическая трасса. Крупнейшая в Европе. В 90-х тут в барокамере длинной 300м моделировали высокоскоростное движение спускаемых аппаратов, причем в атмосферах разных планет. Двухступенчатая легкогазовая пушка метала модели со скоростью до 6 км/с. Сложное наукоемкое оборудование, техническое и программное оснащение. Но оказалась не востребована временем - заказов не было, кадровый потенциал сошел на нет. Давно уже не 10 отдел. С 2003 года территория продана и отделена от бывшего НИИХСМ (теперь ФКП "НИЦ РКП"). (из викимапии)

[Artemkad]

Дем пишет:
1) нужно где-то накапливать энергию

Без проблем - вдоль трассы поставить несколько электромеханических (маховики) накопителей с небольшой площадкой СБ.

Дем пишет:
2) одно дело запулить пульку в граммы и другое в центнер-тонну. Токи однако - электроника, сверхпроводники и т.д.

Токи и сверхпроводники нужны только тогда, когда надо иметь пушечные ускорения - разогнать снаряд на коротком участке. Но это для снаряда. Не думаю, что груз выдержит подобное издевательство над собой. ЭМП для Луны это больше аналог электропоезда на магнитной подвеске.

Дем пишет:
3) Она получается длинная - т.е. только на одну орбиту запускать сможет, и не факт что нужная нам будет доступна. Либрации опять же.
4) неметаллический груз хрен запустишь - т.е. опять доставка расходника-контейнера

1) При ЛЮБОМ запуске с поверхности Луны до 2.38км/с потребуется коррекция орбиты в полёте. Иначе груз сделав полный оборот по орбите вернётся в точку старта. Так что без контейнера с двигателями - никуда
2) Даже не надейтесь иметь столь высокую точность, что попадёте с поверхности в точку либрации и при этом не пролетите мимо.
3) Длина получается не из-за принципа запуска, а из-за ограничения максимального ускорения груза. Зависимость линейная - чем выше ускорение тем меньше длина. Для 4g надо иметь примерно 100км пути, для 40g - 10км. Хотя практически можно некий участок закольцевать.
4) Теоретически ЭМП можно использовать и для торможения при спуске.

Дем пишет:
а артустановка - дело отработанное.

Только при условии наличия неограниченных природных и промышленных условий Земли.

[Даниил Галахов]

Artemkad пишет:
Без проблем - вдоль трассы поставить несколько электромеханических (маховики) накопителей с небольшой площадкой СБ.

Вы не правы, сударь. Для катушечной ускорительной системы надо чтобы разряд выбрасывался в доли секунды, практически в режиме КЗ. Механические системы этого дать не могут. Для рельсотрона - тем более, там нужен единовременный вброс энергии в "рельсы". Но рельсотрон - не наш выбор, это что-то для морской/орбитальной артиллерии, и то очень гипотетически (бо неудобно).

Artemkad пишет:
Токи и сверхпроводники нужны только тогда, когда надо иметь пушечные ускорения - разогнать снаряд на коротком участке. Но это для снаряда. Не думаю, что груз выдержит подобное издевательство над собой. ЭМП для Луны это больше аналог электропоезда на магнитной подвеске.

Чтобы разогнать 1-й катушкой до 20 м/с стальной обрезок гвоздя d=4мм, L=20мм, m="ну сами посчитайте", нужен ток порядка 25А@300V. Для разгона объекта массой хотя бы в 100 кг до километров в секунду потребуются сотни катушек и килоамперы при нескольких киловольтах, причем постоянного тока. Т.е., оборудование надо иметь всё равно "будь здоров". Сравнение с поездом на магнитной подушке очень правильное. Порядок величин токов и потребления будет именно железнодорожный.

Всё остальное в целом верно.

[Artemkad]

SSL пишет:
Вы не правы, сударь. Для катушечной ускорительной системы надо чтобы разряд выбрасывался в доли секунды, практически в режиме КЗ. Механические системы этого дать не могут

Внимательно поинтересуйтесь вопросом. Вот как раз электромеханические системы на такое способны. Как пример - обратите внимание что используется в качестве накопителя для электромагнитной катапульты для авианосца. http://en.wikipedia.org/wiki/Electromagnetic_Aircraft_Launch_System 

Energy storage subsystem
 The induction motor requires a large amount of electric energy in just a few seconds - more than the ship's own power source can provide. The EMALS energy-storage subsystem draws power from the ship and stores it kinetically on rotors of four disk alternators.[4] Each rotor can store more than 100 megajoules, and can be recharged within 45 seconds of a launch, faster than steam catapults.[2]

По сути там вопрос только в пиковой мощности катушки генератора отбирающей энергию ротора. Запихать мегаджоули в сам ротор да еще в условиях лунного вакуума для стационарной установки - не самая сложная задача.

[Artemkad]

SSL пишет:
Чтобы разогнать 1-й катушкой до 20 м/с стальной обрезок гвоздя d=4мм, L=20мм, m="ну сами посчитайте", нужен ток порядка 25А@300V.

25А@300В связано исключительно с пиковым ускорение. 0,125*2=0,25 см куб =2грамма. Энергия необходимая для разгона - 0,4Дж. Мощность 7,5кВт нужна только если разгонять за 0,05-1мс(с учётом КПД)

[Даниил Галахов]

Artemkad пишет:
25А@300В связано исключительно с пиковым ускорение. 0,5*2=1 см куб =7.6грамма. Энергия необходимая для разгона - 1,5Дж. Мощность 7,5кВт нужна только если разгонять за 0,2-1мс(с учётом КПД)

Пардон, я вас дезинформировал в предыдущем сообщении. Вытащив штангель, убедился что калибр-то 5 мм. Сколько я помню у меня получалось 3 грамма снаряд, кинетическая энергия получаемая при разгоне - примерно 0,5-0,6 джоуля. Она колебалась ещё туда-сюда, в зависимости от состояния батареи. Но в общем вы точно посчитали.
А разгонять и приходится за очень короткий импульс. Дело в том, что катушка у нас должна иметь довольно ограниченные размеры, задаваемые КПД и создаваемой ею (катушкой) силой Ампера при данном конкретном токе. Причем с размерами особо не поиграешь: больше катушка - больше потери на сопротивление и индукцию, меньше катушка - меньше КПД, а он и так копеечный. Соответственно, снаряд находится в катушке очень-очень короткое время, миллисекунды и меньше. Более того, импульс должен уйти на нет к тому моменту как снаряд окажется полностью "втянут" в катушку, т.к., иначе магнитное поле катушки начнет тормозить снаряд. Вот и приходится вбрасывать в катушку очень большую энергию в минимальное время чтобы получить хоть сколько-нибудь внятную скорость. При скоростях более 1 км/с это получается уже с трудом - слишком малое время пребывание снаряда в катушке.
Так что видите, с гауссом всё тоже далеко не так просто, тут своих подводных камней не меньше чем в ракетостроении. Да, в ракетно-космической технике нужна очень-очень высокая точность исполнения всего, культура массы. В гауссе это менее критично, но так же нужен расчет, т.к., оптимальные параметры находятся только в узком-узком диапазоне на пересечении десятка разномастных параметров. И очень сильно электромагнитные ускорители зависят от материалов.

Что касается EMALS - ну, это называется, два года не интересовался темой, а наука вон вперед как ушла. Ну что ж, век живи век учись. Правда, я в основном интересовался портативными ускорителями, там это мимо кассы.
И да, хочу отметить, что этот EMALS - такой же явный попил денег как Stealth. Они его хотят поставить на Stealth-авианосец, только вот при работе этой катапульты количество запущеных самолетов можно будет считать по отклонению стрелки компаса. С орбиты Луны.

Подитоживая обмен мнениями, хочу сказать по сабжу топика: что ЭМУ, что классическая химическая "пушка" имеют свои достоинства и свои недостатки. И то и другое, если добиваться высоких показателей, весьма геморрно в изготовлении. И то и другое в принципе не сложно для современной техники, но - в условиях Земли, с наличием мощной промышленной базы. На Луне, на подножных ресурсах такое не построишь.

[Artemkad]

SSL пишет:
И да, хочу отметить, что этот EMALS - такой же явный попил денег как Stealth. Они его хотят поставить на Stealth-авианосец, только вот при работе этой катапульты количество запущеных самолетов можно будет считать по отклонению стрелки компаса.

Это не попил. На самом деле никого не интересует определят или нет сколько самолётов запущено. Важнее,  эти самолёты быстрее поднять в воздух. Кроме того, старая система (паровая катапульта) это "вещь в себе" с очень геморойной работой и обслуживанием. Чего только стоит передача и управление паром с давлением порядка 50 атмосфер при температуре в 400 градусов. По поводу управления при непосредственно старте в зависимости от типа самолёта - отдельная песня.

[Artemkad]

SSL пишет:
Причем с размерами особо не поиграешь: больше катушка - больше потери на сопротивление и индукцию, меньше катушка - меньше КПД, а он и так копеечный.

И это проблема? Используйте секционную большую катушку с быстрой последовательной коммутацией секций с собственным накопителем на секцию. Естественно провода секций толстые, накопительные конденсаторы как можно ближе к катушкам и не забывать, что любой провод в силовой цепи представляет собой индуктивность. Да, конечно будет куча транзисторов, но зато КПД перестанет быть копеечным.
ЗЫ. И не стоит забывать, что катушка+конденсатор=резонансный контур.

[Saul]

Так вот как он устроен!


http://story.astrotek.ru/%D1%82%D1%83%D0%BC%D0%B0%D0%BD%D0%BD%D0%BE%D1%81%D1%82%D1%8C-%D0%B0%D0%BD%D0%B4%D1%80%D0%BE%D0%BC%D0%B5%D0%B4%D1%8B/






http://www.kickstarter.com/projects/391496725/the-slingatron-building-a-railroad-to-space

[Saul]

 опять что то с картинками  :evil:

[Valerij]

ИМХО, лунная пушка, в отличии от земной. вполне реалистична. И у нее даже есть задача - доставка в точку лагранжа материалов. Только, похоже, это не будет "пушкой":
   

   
Пращетрон: дешёвый путь в околоземный космос?

http://compulenta.computerra.ru/universe/explore/10008155/

[Saul]

С учетом загрузки в центре логично её вкопать до половины.

[pkl]

А я, прочитав в Компьюленте, даже не стал постить этот бред.

[Valerij]

pkl пишет:
А я, прочитав в Компьюленте, даже не стал постить этот бред.

Вот видите. то, что реализуемо, для вас бред.....

[pkl]

Это нереализуемо. Потому - бред.