Космический трамвай

[Shestoper]

Альтернативным способом поднять ствол электромагнитной пушки на десятки км, по сравнению с ротором петли Лофстрома, является действие силы Ампера в магнитном поле Земли на проводник с током. Таким образом устроен космический трамвай: http://en.wikipedia.org/wiki/StarTram
Ввиду очень малой индукции поля токи понадобятся огромные, порядка Мегаампер. Предполагается применение сверхпроводников.
Если срез ствола будет находиться на высоте 20 км, то аэродинамическое сопротивление будет тормозить выпущенный снаряд с перегрузкой порядка 1 g.
У земли атмосфера в 11 раз плотнее.
Есть два альтернативных варианта проекта, без поднятия ствола на большую высоту:  разгон грузов с высокими перегрузками и разгон людей до сравнительно небольшой скорости (порядка 4 км/c) c добором скорости до орбитальной за счет космического крюка: http://ru.wikipedia.org/wiki/Orbital_Skyhook
Спутник, с которого будет спущен крюк, может компенсировать потерю скорости постоянной работой ЭРД (при мощности питающего реактора порядка сотен МВт). Рабочее тело на спутник может забрасывать грузовой вариант космического трамвая.


Есть ещё один вариант - разгонять людей до орбитальной скорости у земли. В этом случае атмосфера будет тормозить с ускорением порядка деcятков g. Для компенсации перегрузки можно помещать людей в жидкость (в жидкости испытатель перенес 30 g в течении 30 с без потери работоспособности, а теоретически перегрузка может доходить до 400 g, прежде чем скажется неоднородная плотность человеческих органов).
После вылета из ствола горизонтально снаряду пришлось бы пролететь около 800 км, прежде чем за счет кривизны Земли он окажется на высоте 50 км. В этом случае аэродинамические потери составят порядка 10 км/c, что неприемлемо. Если после вылета из ствола за счет аэродинамических сил снаряд будет двигаться по дуге, загнутой вверх - то если центробежная сила будет на уровне 20g, снаряд окажется на высоте 50 км уже после 200 км полета, потери можно сократить до 2-3 км/c.
Наличие жидкостной антиперегрузочной системы также позволит уменьшить длину ствола электромагнитной пушки до 300-500 км и снизит её стоимость.

[Vitalii Makarov]

А не проще просто фаршем стрелять?

[октоген]

Как там в анекдоте: "бобер выдыхай"

[G.K.]

новый год...

[Shestoper]

Произведем оценку аэродинамического торможения скоростных объектов у поверхности  земли.
На высоте 30 км при скорости 6 М скоростной напор  воздуха равен 17 кПа: http://tekhnosfera.com/metodika-raschyota-dinamicheskoy-prochnosti-krupnomasshtabnoy-stendovoy-modeli-giperzvukovogo-letatelnogo-apparata
От плотности воздуха он зависит линейно, от скорости квадратично.
У поверхности земли воздух в 70 раз плотнее, чем на высоте 30 км.
При скорости 30 М скоростной напор у земли будет создавать давление 3000 тс/м2.

Рассчитаем коэффициент аэродинамического сопротивления конуса с углом полураскрыва при вершине 4 градуса для скорости 30 М: http://www.oocities.org/igor_suslov/AeroSidelnikov.pdf
Коэффициент равен 0,017

Значит на каждый м2 поперечного сечения конуса сила сопротивления воздуха составит около 50 тс.

Конус диаметром 4 и длиной 30 м будет тормозиться с силой 600 тс.
Если масса конуса  30 тонн, тормозящее ускорение составит 20 g.

Для более крупного конуса диаметром 8 м и длиной 60 с массой 240 тонн ускорение будет 10 g.

В жидкостных амортизаторах перегрузки порядка 10-20 g будут без последствий переносить даже слабоподготовленные люди, а не только специально отобранные испытатели.

Если путь снаряда в атмосфере будет измеряться в сотнях км (800 км до высоты 50 км для горизонтально выпущенного снаряда при отсутствии аэродинамического маневра), аэродинамические потери будут измеряться в километрах в секунду.
До высоты 10 км плотность воздуха падает в 3 раза по приближенно линейной зависимости. До такой высоты наш снаряд будет лететь 350 км (35 секунд). Средняя сила сопротивления на этой участке - примерно 0,6 от силы сопротивления у Земли.
В первом приближении аэродинамические потери ХС можно оценить как торможение с ускорением 12 g в течении 35 секунд - 4200 м/c. Многовато. Плюс ещё торможение выше 10 км даст некоторый вклад.
Но это для  снаряда, тормозимого у земли с перегрузкой 20 g.
Для конуса массой порядка 200-300 тонн и диаметром 7-8 метров аэродинамические потери будут порядка 2 км/c.

Конечно аэродинамические потери будут ниже для снарядов с грузами высокой плотности. Например конус диаметром 4 метра, заполненный водой, будет иметь массу порядка 120 тонн, без учета массы оболочки.

[Shestoper]

Если закладывать в наш трамвайчик способность разгоняться до второй космической, то с учетом аэродинамических потерь дульная скорость должна составлять порядка 15 км/c.
Если разгоняться с перегрузкой 10 g (размеры, массу и форму снаряда подбираем так, чтобы перегрузка при аэродинамическом торможении тоже не превышала 10 g - величину, заведомо безопасную для слабоподготвленных людей в жидкостных амортизаторах) - длина разгонной трассы будет около 1000 км.
Стоимость строительства трассы вакуумных поездов оценивают в районе 50 миллионов долларов за км, так что наш трамвайчик обойдется примерно в 50 миллиардов.
Не так уж много для системы, способной доставлять на Луну и Марс десятки кт ПН в год.

[pkl]

Это что, ещё один поезд им. Кенгуру?

[Shestoper]

Ну в принципе да.    
Причем вроде должно работать.

Для лежащей на земле трубы можно применить левитацию снаряда в поле сверхпроводящих магнитов, охлаждаемых азотом. Так что левитация будет устойчивой, надежной при высоких скоростях движения снаряда.

[Shestoper]

Стоимость разработки, создания и эксплуатации такой системы - на глаз в несколько раз выше, чем создания и серийной эксплуатации новой ракеты-носителя тяжеллого или сверхтяжелого класса.
Значит "поезд" покажет равную с ракетами ценовую эффективность, если в течении его жизненного цикла в космос будет доставлено в несколько раз большая суммарная ПН, чем при десятках пусках серийного супертяжа.
Для сравнения возьмем программу Шаттл, их много пускали - 130 полетов. И будем считать, что при каждом пуске Шаттла-С могли вытащить  на НОО 68 тонн ПН. Значит совокупная ПН порядка 10 тысяч тонн.
Стоимость программы Шаттл на 2006 год (тогда было 115 полетов) - 160 миллиардов долларов.

10 кт ПН поезд может вывести за несколько недель или месяцев. Если его ресурс безремонтной работы будет от года и выше - он уже покажет более высокую работоспособность по сравнению с ракетами.
Главное обеспечить его достаточно большой ПН.
В теме про пусковую петлю я предложил две массовые категории ПН - туристы и элементы космических солнечных электростанций (при цене выведения порядка 100-500 долларов/кг).
Это на первых порах, чтобы дать первоначальную отдачу от строительства системы.
В дальнейшем будет постепенно наращиваться грузопоток на Луну, вплоть до строительства там промышленной инфраструктуры.