Вопрос по ускорителю масс Гаусса (т.н. "Гаусс-ган") для вывода микро-спутников на орбиту

[Shestoper]

G.K. пишет:
А реля- это единственный вариант- ни Гаусс, ни Томпсон не годится.

В рельсе нужен контакт снаряда с направляющими для протекания тока. При движении снаряда со скоростью 10-12 км/c будет нехилая сила трения и износ напрявляющих.
А в пушке Гаусса можно снаряд разгонять в вакууме и без механического контакта со стволом. 

[dmdimon]

все современные вменяемые рейлганы в первые микросекунды испаряют донную перемычку и ток течет через плазменный шнур

[Shestoper]

А плазменный поршень не будет загрязнять вакуум в стволе?

[dmdimon]

он сзади )

[Shestoper]

А при следующем выстреле?

[dmdimon]

так при любой схеме этот вопрос надо решать

[G.K.]

Shestoper пишет:
А при следующем выстреле?

Как будто без поршня грязи не будет...

[Shestoper]

Проблемы рельсотронов:
http://pentagonus.ru/publ/razrabotka_ehlektromagnitnoj_pushki_dlja_nadvodnykh_korablej_vms_ssha_2014/84-1-0-2481

Основной проблемой, которую разработчики пока не смогли устранить, является низкая живучесть ствола. Она обусловлена тем, что для придания снаряду скорости 2,5 км/с требуется большая энергия выстрела, а это, в свою очередь, вызывает сильный нагрев ствола и деформацию рельсов. Кроме того, как показали проведенные исследования, на скорости более 1-1,2 км/с происходит нарушение контакта между рельсовыми направляющими и толкателем, что вызывает электродуговую эрозию и их разрушение.

Таким образом, существующие технологии позволяют создать метательную систему для рельсовой ЭМП с требуемой скоростью снаряда, однако живучесть ствола не будет более 3-4 выстрелов. В связи с этим проводятся исследования, направленные на создание материалов и сплавов, стойких к подобным нагрузкам.

Я же говорил: пушка с высокой скоростью и высокой живучестью - только Гаусс.

[Shestoper]

Пара слов о возможных конфигурациях космических ускорителей Гаусса.

Они могут быть либо линейными, либо кольцевыми.
При равном ускорении кольцевые должны иметь длину в 4пи больше линейных, из-за центробежной силы.
Однако разгон в кольцевых может происходить постепенно, за много витков - так что мощность на разгон нужна сравнительно небольшая.

Вероятно наиболее целесообразны экономически будут относительно короткие ускорители, длиной от единиц до десятков км. Перегрузки порядка сотен g переносят многие материальные объекты, а люди вряд ли будут в обозримом будущем составлять  основную часть грузопотока, их можно и ракетами возить.
К тому же из-за сопротивления воздуха перегрузки при выведении наземной пушкой Гаусса все равно  не могут быть ниже 10g.
Сокращение длины вакуумированной трубы с магнитами не может не сказаться на её стоимости.

Ещё один плюс при разгоне прочных грузов - дульную часть ускорителя можно сравнительно круто отклонить вверх, что резко сократит путь вылетевшей капсулы в плотных слоях атмосферы и уменьшит аэродинамические потери.

Но если ускоритель короткий - то на линейном разгон должен укладываться в несколько секунд. Для разгона до 10 км/c груза порядка 20 тонн за 10 секунд при КПД 30% нужна мощность 300 ГВт - это больше общей мощности всех электростанций России. Понадобится накопитель энергии, запасающий порядка 3 тераджоулей.
Если накапливать энергию в ионисторах с удельной емкостью 30 кДж/кг, понадобится конденсаторная батарея массой 100 тысяч тонн (и явно немалой стоимости).
А кольцевой ускоритель может потреблять из сети несколько сотен мегаватт и разгонять капсулу постепенно, в течении нескольких минут.

Ещё один плюс кольцевого ускорителя - возможность выводить грузы на орбиты с различным наклонением, если у разгонного кольца есть несколько стартовых ответвлений со "стрелками".

Линейный ускоритель годится для выведения на различные орбиты только в том случае, если он подвижен.
Наводить можно только относительно короткий ускоритель, длиной порядка километра (у него стартовые перегрузки достигнут 5 тысяч g). Такую пусковую километровую трубу можно выполнить например на плавучем основании.
Но такая конструкция будет ощутимо дороже неподвижного ускорителя.

[Кубик]

Надо заметить - кольцевой разгон требует затрат энергии на постоянный поворот вектора, что можно назвать и "компенсацией центробежной силы", и эти затраты будут не маленькими....

[Not]

SSL пишет:

Много это или мало? Ой много.... Кондерами нужно собрать 25 кВ 95000 мкФ. Конечно, если захотеть, собрать можно, но это будет размером с дом.

Суперконденсаторы подойдут? 6000 фарад для них давно освоенная емкость. Напряжение 2.5 вольта,  но соединить 10 тысяч конденсаторов последовательно - это явно не дом.

http://www.mouser.com/ds/2/293/e-jd-203016.pdf

[Seerndv]

Компания BAE Systems создает рельсовое орудие для наземной бронетехники Специалисты оборонной компании BAE Systems постоянно работают над улучшением прототипа электромагнитного рельсового орудия, разработанного по заказу военного флота США, сообщает DailyTechInfo Первая опытная установка появится на одном из кораблей уже к 2016 году, а к этому времени планируется уменьшить размеры орудия настолько, что его можно будет установить на бронетехнике следующего поколения, разрабатываемой в рамках программы Future Fighting Vehicle (FFV).

Принцип действия рельсовых орудий основан на использовании электрической энергии, которая разгоняет снаряды при помощи пары рельсов, по которым течет ток. Прототип оружия, созданный компанией BAE Systems, позволяет достигать скорости в 7.5 Махов. Кинетической энергии снаряда хватает для поражения практически любых целей, несмотря на отсутствие в заряде взрывчатого вещества.

Командование армии США планирует рассмотреть вопрос о целесообразности использования рельсового оружия в программе FFV после 2016 года, когда появятся результаты корабельных испытаний о надежности такого оружия в условиях жесткой эксплуатации.

Первые концепты рельсового орудия для тяжелой бронетехники должны появиться к 2019 году. Однако специалистам придется решить массу проблем, в числе которых высокое потребление энергии и недостаточная надежность.

[pkl]

Новости по теме:
На 640 метровом треке полигона ВВС США для левитирующей в магнитном поле тележки весом более 900 кг с ракетным двигателем удалось достичь скорости 1018 км/час.
И видео нашлось:

[Shestoper]

Существенная новость.
Уже достигнутая скорость обеспечивает выигрыш ХС на уровне воздушного старта с дозвукового носителя. 
Но это, разумеется, только начало.
Рано или поздно транспорт на магнитном подвесе для наземных и космических перевозок какая-то из стран реализует.
Не оказалась бы Россия и тут за бортом прогресса.

[m-s Gelezniak]

G.K. пишет:

SSR пишет:
Эти сайты знаю, но большая часть информации по пушкам Гаусса это именно ручное оружие. Поэтому и создал топик, чтобы узнать больше о применении для задачи вывода спутников на орбиту.

Таким никто не маялся ещё. Даже на Луне вроде Рельсы хотят ставить, хотя я не уверен.

SSR пишет:
Если я правильно понимаю, пушка Гаусса может применяться только для вывода спутников и грузов, т.к. люди не могут выдерживать огромные ускорения (и не каждый спутник их выдержит).

Именно так.

SSR пишет:
Чтобы вывести груз на орбиту, нужно, чтобы такая пушка могла разгонять снаряд до первой космической (7.9 км\с), иначе он "свалится" обратно на планету.

Это зависит от орбиты, в крайнем случае можно доработать часть импульса по дороге. Но вообще да.

SSR пишет:
Спутник находится внутри снаряда-оболочки, при достижении нужной высоты (например, 400 км) оболочка отходит и спутник корректирует курс уже своим двигателем (или дополнительной ступенью).

Ага.

SSR пишет:
Гаусс - "тянет" снаряд в магнитное поле соленоида,
индукционный (катушка Томпсона) - там двигается кольцо из металла,
рейлган - требует огромный мгновенный ток и как можно меньшую массу.

Все они, родные
Томпсон- это весьма занятная конструкция, которая стремится сама себя разобрать из-за отталкивания в катушке, а рельса- фейерверк-ган с фонтаном искр и периодической прижаркой снаряда в стволе.
Но вообще рельса тут, имхо вне конкуренции.

На отлётные типа Луна-Земля годятся.

[Туфи]

In my humble opinion Gauss gun could be used from space station to send to interplanetary space some nano-satellite class probes to perform specific tasks. I wonder will electrical distribution system aboard survive the load and rapid discharge required.

[Chilik]

Shestoper пишет:
Существенная новость.
Уже достигнутая скорость обеспечивает выигрыш ХС на уровне воздушного старта с дозвукового носителя.

Пардон за непонятливость, но где в указанном ролике выигрыш ХС???
Всё, что написано нерусскими буквами - так это то, что ракету положили набок, прикрутили колёса сделали магнитную подвеску и она туда вбок со всей дури едет. За счёт собственного топлива и собственного бюджета ХС. Магнитная подвеска - это колёса, и не более того. Энергии движения она не добавляет.

[октоген]

Дык были же раньше обсуждения на форуме. Еще до моей регистрации. Там все внятно написано было: микроспутники дешевле отправлять как попутный груз нормальным носителем.

[Shestoper]

Chilik пишет:

Shestoper пишет:
Существенная новость.
Уже достигнутая скорость обеспечивает выигрыш ХС на уровне воздушного старта с дозвукового носителя.

Пардон за непонятливость, но где в указанном ролике выигрыш ХС???
Всё, что написано нерусскими буквами - так это то, что ракету положили набок, прикрутили колёса сделали магнитную подвеску и она туда вбок со всей дури едет. За счёт собственного топлива и собственного бюджета ХС. Магнитная подвеска - это колёса, и не более того. Энергии движения она не добавляет.

Воткнуть в систему линейный двигатель - чисто технический момент. 
У американцев его нет, то ли потому, что система пока не в окончательной конфигурации, то ли потому, что так и будут ракетами разгонять.
Они давно салазки с ракетным приводом используют, разгоняли их даже до гиперзвуковых скоростей. На высоких скоростях износ рельса должен быть нехилым, магнитный подвес тележки  удешевит работу установки.
Новость интересна тем, что магнитную тележку разогнали вдвое быстрей, чем на опытных трассах железнодорожных маглевов, причём зазор между тележкой и трассой минимален (это видно по ссылке).
На сверхпроводящий подвес система не похожа. Постоянные магниты тоже вряд ли. А для обычных электромагнитов нужна быстродействующая система управления, подвес статически неустойчив.
300 м/с скорость конечно не космическая, но все-таки быстрее предыдущих маглевов, и быстродействия управлению хватает.

[Туфи]

Maybe I was not precise enough in my previous post. Topic starter questioned use of such system for task of deploying small satellites in 400-500 km orbit. I do not see reason to do this. As first those satellites have short lifetime (electronics that could be installed in such weight requirements can not withstand Earth radiation belts damage etc.). Second as such they are currently deployed in low Earth orbit because their faster sinking into atmosphere is much better then having defunct garbage flying in orbit. Then why hurling them into higher orbit at first place? 

Still outside of Earth radiation belts and orbit such problems are not that large and such probes (I refuse to call that a satellite) could live longer and would not present a dangerous object on a statistically reasonable level for space exploration (both human or automatic interplanetary). From Earth orbit speed needed to leave gravitation field is much smaller and I believe that such technology all space capable countries currently have like here mentioned supercapacitors etc.. Lets say we want to deploy such probe in some of Lagrange points L3, L4, L5. Speed change needed would be of what range 1,2-3,8 km/s if I remember? That is much smaller then 7,9 km/s to get it on orbit in the first place. There would be few benefits of having such system on orbit. First on orbital station it would be much easier to deploy a probe on desired trajectory. Second launch window due to station orbiting around Earth occurs more often in case of launch/deployment abort. Third Gauss gun work in vacuum. For technology test bed it would be enough to deploy with such system a probe not more complex then first Sputnik for example if you make probe of such 10 cm radius and 1 kg mass that can work as radio-beacon and claim its use for interplanetary navigation system for future automatic interplanetary stations. As politics ruins everything and this Gauss gun could be seen as some sort of orbital bombardment system. Therefore I do not believe we will see that in orbit anytime soon. I am not sure what would be required length of such Gauss gun but I presume that it could be made out of 30 cm sections put in one line as that looks to me as minimal length for one section (approximately 3 times diameter of 10 cm nano-satellite). Number of such sections needed to accelerate a probe to required muzzle energy is something I did not calculated therefore I do not know what would be required length of such Gauss gun. Energy required is huge but obtainable. What need to be solved are possible load problems and possible back-current surges or EMP-like effects for on orbital station equipment.

As an another idea I might propose that such deployment system would allow to assemble probes for specific tasks on orbit on orbital station using assembly kits hauled there on cargo supply ships choosing type of sensors needed for the mission before assembly and deployment. Price of such kits is around 10000$ I think. Price of launch to orbit per kilogram (which is the mass of such nano satellites) is in the same range. Therefore 20000$ for a mission specific probe is not that much money having in mind how much satellite mission costs. Question remains what kind of sensors could be fitted in such platform.