Электромагнитный запуск грузов с Луны

[Llevellyn]

Навеяно кином "Луна 2112".
Допустим, мы хотим засылать грузы с Луны на орбиту (где их будет  подбирать какая нибудь ОС). Как это сделать с наименьшими затратами?
Строим электромагнитную катапульту на сверхпроводниках с высоким критическим полем (до 40Тл). Поскольку на Луне вакуум, а теплопроводность реголита очень мала, строить можно практически в любом месте независимо от освещенности солнцем (но желательно на склоне горы, чтоб не было дополнительного расхода материала на опоры), достаточно поставить вокруг трубы какой-нибудь отражающий экран. Сверхпроводники  с высоким критическим полем бывают до примерно 40К (возможно, сейчас уже открыли новые с более высокой температурой перехода), соответственно нам необходимо обеспечить такую температуру внутри трубы. Это можно сделать жидким гелием (насколько я знаю, обычный гелий на Луне довольно часто встречается), а возможно что и он не потребуется (если строить в полярном кратере, никогда не освещаемом солнцем).

Теперь по пунктам:
1. Необходимая энергия для запуска. Допустим, мы помещаем груз в болванку диаметром 60см и длиной в метр-два, при этом в нее влезает где-нибудь 700кг груза. Еще 100кг весит сама болванка, и 200кг ускорительная платформа с демпфером сзади болванки. Итого получаем тонну. Болванка по достижении первой космической отделяется от ускорительной платформы и летит дальше, а последняя тормозится и возвращается в исходное положение. Первая космическая Луны - 1,68км/с, соответственно энергия, необходимая для запуска 1т - 1,4112 ГДж. Поскольку в сверхпроводниках нет потерь на нагрев, то КПД ускорения пусть будет 90%, значит нужно 1,55 Гдж. КПД передачи энергии в ускоряющие катушки пусть будет 70%, значит нужно ~2 ГДж. На торможение ускорительной платформы уходит еще 1/5 всей энергии, т.е. требуется 2,4 ГДж, возьмем с запасом 2,5 ГДж.

2. Хранение и передача энергии катушкам ускорителя. Поскольку у нас катушки сделаны из сверхпроводника, то ток, однажды наведенный в них, будет падать примерно на 1% каждые 14 лет - т.е. сама по себе катушка является аккумулятором энергии. Для того чтобы запасти 2,5 ГДж энергии, нужно чтобы СБ мощностью 50 КВт работали в течение 50000 секунд, т.е. всего 14 часов.

3. Длина ускорителя. Поскольку мы запускаем бесчеловечные грузы, то можно им придавать ускорение в 1000g. Длина ускорителя при таком ускорении будет всего 282м, из которых длина собственно ускорителя - 141м, а вторые 141м приходятся на тормозной путь для ускорительной платформы. Если мы хотим запускать людей с ускорением в 10g, то придется увеличить длину ускорителя до 15км.

4. Конструкционные материалы. Металлы для самой конструкции можно добыть из реголита. Металлы для катушек из сверхпроводников, в принципе, тоже. Солнечные батареи можно привезти или изготовить из реголита (но тогда их КПД будет порядка 1%), также можно заменить их, например, элементами Пельтье или еще какой-нибудь системой, использующей теплообмен между освещенной и неосвещенной частью какого-нибудь кратера.

Конечно, это никогда не будет построено, но принципиальная возможность строительства есть уже сейчас, и не требуются никакие еще неоткрытые технологии (что я и хотел доказать).

[tropican]

Ага,  и тут же - давно известная проблема. Чем ловить-то будете?  На Земле?   Снаряд , несущийся со скоростью (если что - поправьте) около 10 километров в секунду?

[чайник17]

Проще карусельный запуск.

На горушке строим мачту на растяжках, на конце небольшую горизонтальную ферму. С концов фермы выпускаем трос, на нем грузы.

Раскручиваем горизонтальную ферму, увеличиваем длину выпущенных тросов. Когда наберём расчётную скорость, отсоединяем грузы (пироболтами) - они полетели. Довывод ракетным двигателем, если надо.

Плюсы:

1. Никакой сложной техники. Всё с детской карусели, лебёдки, и т.п.
Кроме, может, самого троса (зависит от скорости).

2. Умеренные ускорения. Возможны пилотируемые полёты.

3. Умеренная мощность (не нужны дополнительные накопители энергии).

Недостаток - трудно существенно увеличить скорость. Реален выход на орбиту, в лучшем случае отлёт с Луны. Получить скорость больше - мало реально.

[Wyvern]

Ага,  и тут же - давно известная проблема. Чем ловить-то будете?  На Земле?   Снаряд , несущийся со скоростью (если что - поправьте) около 10 километров в секунду?

"Apollo" возвращавшиеся на Землю как раз со второй космической и входили в атмосферу - и ничо, у Армстронга даже чубчик не обгорел
На самом деле, если метко стрелять, то можно попападать на Земле в квадрат 100х100км, а если оснастить снаряд простенькими двигателями ориентации - то и в 10х10км можно попасть

Но на самом деле оптимально выводить пушкой грузы на орбиту Луны где их будет подбирать челнок орбита Земли-орбита Луны

[Зомби. Просто Зомби]

Смотря какой объем грузов.

[Wyvern]

Проще карусельный запуск.....

Еще проще - просто пушка  :lol: Танковые гладкоствольные пушки под 2км/сек и дают. И весят не в пример меньше.
http://kbao.com.ua/tankovaja_pushka_50l_vitjaz.html - скорость снаряда 2030м/сек. масса снаряда около 7 кг, масса всей пушки - около 1800 кг
Лучший вариант - легкогазовая пушка с электотермическим разогревом. Такая может действительно метать снаряды прямо на Землю. Так как единственное (пока известное) ценное на Луне - это гелий3, а при его добыче на грамм гелия будет приходиться десятки тонн водорода и несколько тонн кислорода - легкогазовый многокаскадный ускоритель масс с электротермической ступенью - ОПТИМУМ  :wink:

[чайник17]

У пушки ускорения уж слишком большие.

Людей и "нежные" грузы не вывести.

[Wyvern]

У пушки ускорения уж слишком большие.

Людей и "нежные" грузы не вывести.

Как было сказано - основной груз с Луны это скорее всего гелий. А ему, гелию, фиолетово какая перегрузка  :lol: Кроме того, можно ведь и ствол удлинить - но думается, что 282 метра - это по карточной терминологии явные 22, а то и 23  :wink:

А для людей (если они там нужны, конечно  :wink: ) и для "нежных" грузов надо строить "лунный лифт" -  отличии от земного "космического лифта" - совершенно реалистический проект, выполнимый на современных (арамид, углеволокно,  дайнема) материалах.

[Llevellyn]

Ага, и тут же - давно известная проблема. Чем ловить-то будете? На Земле? Снаряд , несущийся со скоростью (если что - поправьте) около 10 километров в секунду?

Вы невнимательно читаете. Пушка стреляет в район ОС, а ОС уже забирает груз

Проще карусельный запуск.

Посчитайте, какое у троса будет усилие на разрыв

Забыл упомянуть в первом посте - преимущество моего варианта в практически полной бесплатности запусков, т.к. для запуска требуется только энергия с СБ

[Frontm]

А про космо-рогатку так и не вспомнил никто)))

[октоген]

Авторам стоит вспомнить микрометеориты и отсутствие атмосферы на Луне. С перспективой повреждения пушки. А так, электромагнитная или легкогазовая пушка ПМСМ способны 80-90% грузов с Луны отправлять. Причем стоит стрелять так чтобы снаряд сразу летел на Землю, минуя подбор на орбите и свод с орбиты Земли. Икать на Земле в квадрате 100-100 или 200-200 ПМСМ дешевле чем лолвить на орбите.

[Дем]

1) Охлаждать сверхпроводники не надо - достаточно просто заэкранировать (непрозрачным экраном - той же алюминиевой фольгой) от нагрева Солнцем и они остынут до температуры реликтового излучения.
2) 700 кг гелия в 100 кг болванку не запихнёшь. И зачем отдельная ускорительная платформа?
3) Как источник энергии можно попробовать паровую турбину. Трубы из лунного грунта сделать проще, чем СБ.

[Вован Сидорыч]

Читал такой рассказик
Там вначале лунные колонисты отсылали на Землю обезвоженную пшеницу из электромагнитной катапульты, а когда стали бороца за независимость из этой же катапульты отсылали бомбы...

[Chilik]

1) Охлаждать сверхпроводники не надо - достаточно просто заэкранировать (непрозрачным экраном - той же алюминиевой фольгой) от нагрева Солнцем и они остынут до температуры реликтового излучения.

Неправильно по трём причинам. Во-первых, температура двух сторон этой фольги будет почти одинакова и излучение с неё будет почти одинаковым тоже. Во-вторых, Луна и остальные инженерные системы - тоже источники тепла. В-третьих, не верьте тому, что в сверхпроводнике нет выделения тепла, хоть небольшое, но есть -> надо охлаждать.

[Nikopol]

Читал такой рассказик
Там вначале лунные колонисты отсылали на Землю обезвоженную пшеницу из электромагнитной катапульты, а когда стали бороца за независимость из этой же катапульты отсылали бомбы...

Хайнлайн, "Луна жёстко стелет".

(The Moon is a Harsh Mistress по-аглицки)

[mistermuscle]

1) Охлаждать сверхпроводники не надо - достаточно просто заэкранировать (непрозрачным экраном - той же алюминиевой фольгой) от нагрева Солнцем и они остынут до температуры реликтового излучения.

Неправильно по трём причинам. Во-первых, температура двух сторон этой фольги будет почти одинакова и излучение с неё будет почти одинаковым тоже. Во-вторых, Луна и остальные инженерные системы - тоже источники тепла. В-третьих, не верьте тому, что в сверхпроводнике нет выделения тепла, хоть небольшое, но есть -> надо охлаждать.

Откуда там выделение тепла, ввы чего??? :shock:

[Дем]

1) Охлаждать сверхпроводники не надо - достаточно просто заэкранировать (непрозрачным экраном - той же алюминиевой фольгой) от нагрева Солнцем и они остынут до температуры реликтового излучения.

Неправильно по трём причинам. Во-первых, температура двух сторон этой фольги будет почти одинакова и излучение с неё будет почти одинаковым тоже. Во-вторых, Луна и остальные инженерные системы - тоже источники тепла. В-третьих, не верьте тому, что в сверхпроводнике нет выделения тепла, хоть небольшое, но есть -> надо охлаждать.

Ну конечно до 4К остудить так нереально, но тем не менее.
А фольга - она отражает, а не нагревается.

[Chilik]

Откуда там выделение тепла, ввы чего??? :shock:

Во-первых, тепло через стенки подходит. А стенки будут явно не при 4 К. Во-вторых, есть конечное время затухания тока в сверхпроводящем соленоиде. Лет 20. Но есть. Поэтому ток надо подпитывать. Схем две: либо прямое питание, тогда проблема с теплоподводом с тёплой стороны через токовводы (и их резистивный нагрев тоже), либо через индуктор - но там есть индуктивные потери и рассеянные магнитные поля, которые в элементах конструкции затухают тоже с выделением тепла. Короче, как начинаешь рисовать реальную конструкцию, так много чего вылазит.

А фольга - она отражает, а не нагревается.

А куда ж она, родненькая, денется. Даже если коэффициент отражения 90%, то из ~1 кВт/кв.м останется ~100 Вт/кв.м. Хотя 90% отражения - это супер-оптимизм, посмотрите на состояние ЭВТИ через несколько лет работы на орбите. Ну да ладно. Излучаем в две стороны. Я на память не помню коэффициент отражения алюминия в ближней и средней ИК области, если те же 90%, то равновесная температура - чуть больше 300 К, т.е. комнатная.

[Wyvern]

Откуда там выделение тепла, ввы чего??? :shock:

Во-первых, тепло через стенки подходит. А стенки будут явно не при 4 К. Во-вторых, есть конечное время затухания тока в сверхпроводящем соленоиде. Лет 20. Но есть....

Вас обманули Во-1х время полного затухания измеряется веками,  до 800-900 лет. Во-2х это квантовый процесс, имеющий совсем другую природу нежели резистивность и  не сопровождается выделением тепла

[Fakir]

Во-вторых, есть конечное время затухания тока в сверхпроводящем соленоиде. Лет 20. Но есть.

Оппа, впервые слышу  :shock:
А это через почему так???

Типа сторонние случайные наводки, али что?