Катапульта в космос

[Бродяга]

jettero в своё время было сообщение, что в США разогнали реактивный снаряд по рельсам до скорости 10000 км/ч, это ~10М.

мы это обсуждали в другой ветке, посмотрите какое там сечение снаряда и какая скорость и не забудьте, что аэродинамиеское сопротивление пропорционально квадрату скорости

Я согласен, что "транспортному орбитальному снаряду" с точки зрения сопротивления атмосферы и нагрева будет хуже, чем вот этой, например, штуковине — http://www.new-factoria.ru/missile/wobb/sprint/sprint.shtml

Запуск ракеты производится из подземных пусковых шахт , откуда она выбрасывается в результате воспламенения топливного заряда, расположенного в основании шахты. Силовая установка первой ступени (твердотопливный двигатель "Hercules" — тяга до 300000кг) включается после выхода ракеты из пусковой шахты и разгоняет ракету до скорости порядка 10 М менее, чем за 5секунд.

— 10 махов это примерно 3400 м/с, следовательно ракета достигает такой скорости на высоте ~8,5 километров.
 Плотность там поменьше, чем у земли, но не настолько "поменьше", чтобы "без проблем" летать на скорости 10 махов.

 Сопротивление возрастает пропорционально квадрату скорости, а тепловая мощность создаваемая силой сопротивления воздуха — пропорционально кубу скорости, проблемы с нагревом ещё сильнее.

 Но...
 "Транспортный орбитальный снаряд" ЭТО НЕ РАКЕТА.
 Он отличается от ракеты тем, что ему почти не нужно топлива, топливо нужно только для коррекции траектории, не нужна мощная двигательная установка и не имеет большого значения масса конструкции — он разгоняется внешним стационарным источником энергии и в процессе разгона опирается на землю.
 Это отличие может позволить решить все проблемы с прохождением атмосферы.

[SpaceR]

jettero в своё время было сообщение, что в США разогнали реактивный снаряд по рельсам до скорости 10000 км/ч, это ~10М.

По рельсам [/size]  :shock:  :shock:  :shock:
Да быть такого не может !  :evil:
В смысле - не может в прошедшем времени, о будущем после 2100 (к примеру) года  судить не берусь.

По рельсам, по рельсам, а что вас смущает-то?

Либо враньё, либо искажение и перекручивание фактов.
Ссылку приведите, пожалуйста.

[jettero]

— 10 махов это примерно 3400 м/с, следовательно ракета достигает такой скорости на высоте ~8,5 километров.  

а вы на 10 махах в космос собрались?  
вы забыли, что ракета разгоняется, а снаряд тормозится
я думаю надо на выходе из пушки иметь скорость не меньше, чем 100 махов, а может и гораздо больше, чтобы к концу атмосферы еще иметь 1ю космическую и это нам дает в 100 раз большую силу сопротивления после выстрела, чем от 10 махов...

по сравнению с ракетой у пушки все не так, как надо – максимально плотные слои атмосферы проходятся на максимальной скорости и с максимальной потерей энергии еще на старте – первые же секунды после старта съедят 90% кинетической энергии

кстати, посмотрим что останется от пушки после такого старта, я в другой ветке прикидывал, там выделяется в виде тепла энергия порядка взрыва небольшой ядерной бомбы

вывод – только для Луны

[Бродяга]

По рельсам, по рельсам, а что вас смущает-то?

Либо враньё, либо искажение и перекручивание фактов.
Ссылку приведите, пожалуйста.

Про разгон на реактивного снаряда на эстакаде не могу найти сразу, давно было дело.
 Вот ссылка -  http://www.new-factoria.ru/missile/wobb/sprint/sprint.shtml устроит ракета Sprint?
 10 махов за 5 секунд, при этом не горизонтально.

[Бродяга]

— 10 махов это примерно 3400 м/с, следовательно ракета достигает такой скорости на высоте ~8,5 километров.  

а вы на 10 махах в космос собрались?  
вы забыли, что ракета разгоняется, а снаряд тормозится
я думаю надо на выходе из пушки иметь скорость не меньше, чем 100 махов, а может и гораздо больше, чтобы к концу атмосферы еще иметь 1ю космическую и это нам дает в 100 раз большую силу сопротивления после выстрела, чем от 10 махов...

Давайте с цифрами, так проще.

 Условно "транспортный орбитальный снаряд" имеет такие характеристики.
 Плотность Pс = 1000 кг/м**3.
 Площадь поперечного сечения  Sm = 1 м**2.
 Общая длина "транспортного орбитального снаряда" Lс = 10 м.
 Скорость вылета из разгонной пушки V = 10 км/с.
 Аэродинамический коэффициент лобового сопротивления Cx = 0,01.
 Плотность воздуха на всём участке торможения примем одинаковой Pв = 1,2 кг/м**3.
 
 Начальная сила лобового сопротивления в ньютонах Fлс = Cx*Sm*Pв*(V**2)/2 = 0,01*1*1,2*(10000**2)/2 = 600000 Н.
 Масса "транспортного орбитального снаряда" Mс = Sm*Lс*Pс = 1*10*1000 = 10000 кг.
 Ускорение торможения "транспортного орбитального снаряда" Ас = Fлс/Mc = 600000/10000 = 60 м/с**2.

 Если условно считать, что "транспортный орбитальный снаряд" тормозится всё время одинаково, а именно, атмосфера имеет одинаковую плотность и скорость его не падает, то за 40 секунд он потеряет скорость Vп = Aс*40 = 2400 м/с.
 При этом он пролетит 400 километров и если после вылета из разгонного устройства на него действует в вертикальном направлении такая же аэродинамическая сила как в горизонтальном направлении — он имеет качество 1, то через 40 секунд он будет на высоте 48 километров, даже если не учитывать возможность движения в конце разгона под небольшим углом к горизонту.
 При этом он сохранит горизонтальную скорость 7600 м/с — несколько ниже орбитальной скорости на этой высоте.

по сравнению с ракетой у пушки все не так, как надо – максимально плотные слои атмосферы проходятся на максимальной скорости и с максимальной потерей энергии еще на старте – первые же секунды после старта съедят 90% кинетической энергии

Как видите, не 90%.

кстати, посмотрим что останется от пушки после такого старта, я в другой ветке прикидывал, там выделяется в виде тепла энергия порядка взрыва небольшой ядерной бомбы

Это вы преувеличиваете.
 Кстати "100 махов" это 34 км/с.

вывод – только для Луны

Для Луны такое разгонное устройство тем более годится.

[jettero]

Бродяга
Брать коэффициент лобового сопротивления 0,01, как делаете вы, не имеет смысла. У 10 тонного снаряда с поперечником 1 кв м на гиперзвуке такого коэффициента быть не может. Например у пули коэффициент 0.295. У самолета F-4 Phantom II на дозвуке 0,021, а на сверхзвуке уже 0,044. Но для корабля мы не можем сделать такую же хорошую аэродинамику, как у самолета. Учитывая толщину теплозащиты, мы не можем делать узкий нос итп... Тут лучше ориентироваться на шар или на пулю.

Хорошо, мы исхитрились и сделали аэродинамику почти как у самолета и получили коэффициент 0,1

Итого получим торможение 0,6 км в сек за сек. И это на начальной скорости 10 км в сек, что не достаточно, чтобы выйти на орбиту. При начальной скорости 30 км в сек получим торможение в районе 5 км в сек за сек. Итого за первую секунду полета при начальной скорости выстрела 30 км в сек получим выделение энергии 1,4 * 10^12 Дж. Это тот же порядок энергий, что у килотонной атомной бомбы.

Кроме того мы не учитываем волнового сопротивления, которое как раз на таких скоростях вносит большой вклад.

Даже, если мы представим, что это реально запустить 10 тонный снаряд в поперечнике 1 кв м на орбиту. Что полезного вы можете уместить в таком поперечнике, чтобы оправдать весь проект? И не забудем, что теплозащита займет значительную часть площади этого поперечного сечения.

[Бродяга]

Бродяга
Брать коэффициент лобового сопротивления 0,01, как делаете вы, не имеет смысла. У 10 тонного снаряда с поперечником 1 кв м на гиперзвуке такого коэффициента быть не может. Например у пули коэффициент 0.295. У самолета F-4 Phantom II на дозвуке 0,021, а на сверхзвуке уже 0,044. Но для корабля мы не можем сделать такую же хорошую аэродинамику, как у самолета. Учитывая толщину теплозащиты, мы не можем делать узкий нос итп... Тут лучше ориентироваться на шар или на пулю.

У шара Cx на гиперзвуке вообще 1.
 Относительно сравнительных значений Cx - у этого "транспортного орбитального снаряда" нет крыльев и развитого хвостового оперения, как у F-4.
 Кроме того "транспортный орбитальный снаряд" ДЛИННЫЙ.
 Это не ракета, масса конструкции не критична, потому его можно сделать длинным при малом поперечном сечении.

 Собственно, в принципе вы правы, реализация идеи разгонного тоннеля во многом зависит от того какой реальный Cx мы получим, для этого я и предлагал этот "лазерный нос".

Хорошо, мы исхитрились и сделали аэродинамику почти как у самолета и получили коэффициент 0,1

Итого получим торможение 0,6 км в сек за сек. И это на начальной скорости 10 км в сек, что не достаточно, чтобы выйти на орбиту. При начальной скорости 30 км в сек получим торможение в районе 5 км в сек за сек. Итого за первую секунду полета при начальной скорости выстрела 30 км в сек получим выделение энергии 1,4 * 10^12 Дж. Это тот же порядок энергий, что у килотонной атомной бомбы.

Если вся энергия торможения выделится, то да, энергия приблизительно как у килотонной бомбы.
 А что тут такого-то? У ракеты в 1000 тонн энергия топлива тоже как у килотонной бомбы.
 Посмотрите как шаттл стартует, работа ускорителей это сгорает "та самая килотонна".

 И не нужна скорость в 30 км/с, хватит 10 км/с, мы не обязаны выстреливать "транспортный орбитальный снаряд" строго горизонтально.

Кроме того мы не учитываем волнового сопротивления, которое как раз на таких скоростях вносит большой вклад.

Относительно реального Cx я попробую посмотреть, что может получиться в разных случаях.

Даже, если мы представим, что это реально запустить 10 тонный снаряд в поперечнике 1 кв м на орбиту. Что полезного вы можете уместить в таком поперечнике, чтобы оправдать весь проект? И не забудем, что теплозащита займет значительную часть площади этого поперечного сечения.

Вас устроит диаметр 4 метра и масса "транспортного орбитального снаряда" в 300-600 тонн при длине 20-40 метров?
 Я говорил ранее, что такая система может быть рентабельна при трафике в миллионы тонн, потому масса одного снаряда должна быть большой.

 Относительно теплозащиты.
 Это в основном нос, он может вообще весь сгореть, это не особенно важно.

[jettero]

А что тут такого-то? У ракеты в 1000 тонн энергия топлива тоже как у килотонной бомбы.

Эта энергия там не выделяется за секунду, только при взрыве. Это раз. А два – у ракет эта энергия тратится на увеличение скорости, а не на сжигание корабля в атмосфере и на создание ударной волны  

И не нужна скорость в 30 км/с, хватит 10 км/с, мы не обязаны выстреливать "транспортный орбитальный снаряд" строго горизонтально.

Как не нужна? Мы же пускаем не вертикально вверх, чтобы выйти на орбиту надо довольно много пролететь в плотных слоях. А имея потерю скорости кажую секунду по полкилометра приначальной 10 км в сек мы на орбиту не выйдем. Чтобы точно посчитать скорость надо интегрировать с учетом изменения плотности с ростом высоты, но думаю начальная скорость 20-30 км в сек потребуется.

[Бродяга]

А что тут такого-то? У ракеты в 1000 тонн энергия топлива тоже как у килотонной бомбы.

Эта энергия там не выделяется за секунду, только при взрыве. Это раз. А два – у ракет эта энергия тратится на увеличение скорости, а не на сжигание корабля в атмосфере и на создание ударной волны  

Замечательно, а за какое время выделятся ваши 1,4*10**12 Дж?
 И на каком расстоянии они выделятся?

И не нужна скорость в 30 км/с, хватит 10 км/с, мы не обязаны выстреливать "транспортный орбитальный снаряд" строго горизонтально.

Как не нужна? Мы же пускаем не вертикально вверх, чтобы выйти на орбиту надо довольно много пролететь в плотных слоях. А имея потерю скорости кажую секунду по полкилометра приначальной 10 км в сек мы на орбиту не выйдем. Чтобы точно посчитать скорость надо интегрировать с учетом изменения плотности с ростом высоты, но думаю начальная скорость 20-30 км в сек потребуется.

Надо получить Cx менее чем 0,1.
 Я бы сказал, даже менее чем 0,01.

 Кроме того, есть способ набирать вертикальную скорость используя силу сопротивления воздуха, как я уже сказал, даже не учитывая возвышения при вылете снаряда.

[Кенгуру]

Бродяга
Брать коэффициент лобового сопротивления 0,01, как делаете вы, не имеет смысла. У 10 тонного снаряда с поперечником 1 кв м на гиперзвуке такого коэффициента быть не может.

Сx снижается с увеличением скорости.



И не 10 тонн, а 100.

И не 1 кв м, а 3.75, а именно 2.5 на 1.5 метра. На девятой странице даже картинки есть поезда таких размеров с 30 человеками на борту. Но это вы проигнорировали:

Поскольку мой рассчёт по кинетической энергии критики не вызвал, то решил сделать небольшие модельки по его размерам.


Размер сетки - 10 метров.


Размер сетки - 1 метр.

Кликайте на фотки для увеличения.

Первая часть - это нос длиной - 20 метров, должен быть самым тяжёлым, теплозащита, топливо, багаж, вторая - пассажирский отсек - 20 метров, люди в гамаках, третий - двигательный.

Размеры конструкции 2.5х1.5 метра.

Пассажиров - 30 человек. Рост 1.70. Но там и выше поместятся, так как ширина поезда 2.5 метра. Ширина людей в плечах - 0.5 метра. Расстояние между гамаками - 2/3 метра. Не знаю сколько на самом деле нужно? Ну так вроде подходит. Гамаки качаются следуя вектору перегрузки, там над головами видны оси.

Число пассажиров можно увеличить если уложить их в два ряда друг над другом. Будет 60 человек. А если удлинить на 16 метров, то можно довести до 100 человек на поезд.

Например у пули коэффициент 0.295. У самолета F-4 Phantom II на дозвуке 0,021, а на сверхзвуке уже 0,044. Но для корабля мы не можем сделать такую же хорошую аэродинамику, как у самолета.

Наоборот. У поезда в космос - это только конус длиной в 20 метров и всё, фактически идеал, а у самолёта так не сделаешь, потому, что он ещё и летать должне, и не дозвуке и на свехрзвуке. Поэтому и Сx у него горазды хуже чему у поезда.

Эти два фактора 1) во много раз бОльшая скорость 2) намного лучшая аэродинамика, должны дать Cx никак не выше 0.01, а судя по кинетическому рассчёту что-нибудь в районе 0.005.

Учитывая толщину теплозащиты, мы не можем делать узкий нос итп...

Не итп, а формулами доказывайте. А форумул у вас нет. Одни страшилки про ядерные взрывы и тунгусские метеориты.

Тут лучше ориентироваться на шар или на пулю.

Тут лучше ориентироваться на закон сохранения энергии. На рассчёт на 11 странице, который вы игнорируете. Видимо вам очень хочется, чтоб закон сохранения энергии вдруг нарушился, и вдруг бы выделилось энергии больше чем должно.

Хорошо, мы исхитрились и сделали аэродинамику почти как у самолета и получили коэффициент 0,1

Итого получим торможение 0,6 км в сек за сек. И это на начальной скорости 10 км в сек, что не достаточно, чтобы выйти на орбиту. При начальной скорости 30 км в сек

А чего 30 то? Вы к Альфа-Цетавра собрались на такой скорости? Так вот, чтобы остаться на орбите скорость должна быть 7.9 км в секунду, примерно. Называется она первая космическая.

получим торможение в районе 5 км в сек за сек. Итого за первую секунду полета при начальной скорости выстрела 30 км в сек получим выделение энергии 1,4 * 10^12 Дж. Это тот же порядок энергий, что у килотонной атомной бомбы.

Я вам уже отвечал на это, вы проигнорировали мой ответ:

Кстати, смысл упирается в КПД по итогу. Почему-то мало кто в цифрах показывает "катапульту" по затратам ЭНЕРГИИ.

99.9% энергии уйдет в воссоздание тунгусского взрыва   космические скорости в плотной атмосфере это как стрелять из пушки в бетонную стену

Можно наконец перейти с языка старушек на лавочке на язык газовой динамики?

Энергия посчитана на 11 странице. Ищите по числу 4 500 000 000 Дж. Столько выделится в первую секунду. Но выделится равномерно на 8 километров. Так, что на погонный метр придётся 562,5 кДж.

Для сравнения, чтобы вскипятить двухлитровый чайник этой энергии не хватит.

[Кенгуру]

Меня посетила идея по поводу разделения поезда и разгонной тележки.

Плохо её делать в атмосфере. Лучше разделять прямо внутри вакуумной трубы. Сделать тележку так, чтобы поезд на ней лежал сверху, и придать трубе такую геометрию, чтобы перед вылетом тележка слегка уходила вниз, чтобы поезд взлетал над ней, а после этого тележка должна слегка притормозиться, чтобы поезд оказался впереди неё. Тогда поезду ничто не помешает нормально вылететь.

[jettero]

Замечательно, а за какое время выделятся ваши 1,4*10**12 Дж?
 И на каком расстоянии они выделятся?

за одну секунду и для корабля они выделяются все в одном месте, прямо на лобовом экране

Надо получить Cx менее чем 0,1.
 Я бы сказал, даже менее чем 0,01.

это фантастика. таких технологий пока нет

Сx снижается с увеличением скорости.

не всегда, Сx у истребителя Фантом на сверхзвуке в 2 раза хуже, чем на дозвуке, по-любому для прикидок я брал Сx в 30 раз лучше, чем у пули, которую было бы логично взять

[Кенгуру]

Сx снижается с увеличением скорости.

не всегда, Сx у истребителя Фантом на сверхзвуке в 2 раза хуже, чем на дозвуке,

Речь идёт о сверхзвуке, а не о дозвуке.
На сверхзвуке чем скорость выше, тем лучше Сх.



Видите горб на верхней половине картинки? Он находится на 1М.

по-любому для прикидок я брал Сx в 30 раз лучше, чем у пули, которую было бы логично взять

Какая именно пуля? Пистолетная или винтовочная? Потому, что носик у них совершенно разной формы. Дозвуковая или сверхзвуковая и  на какой скорости конкретно летит? Если пуля летит на уровне 1.01 М, то у неё самый плохой Сх. И сравнивать с поездом летящим на 25М совершенно некорректно.

[Бродяга]

Замечательно, а за какое время выделятся ваши 1,4*10**12 Дж?
 И на каком расстоянии они выделятся?

за одну секунду и для корабля они выделяются все в одном месте, прямо на лобовом экране

Тепло выделяется в атмосфере, окружающей "транспортный орбитальный снаряд", а не "прямо на лобовом экране".
 Если лобовой экран имеет теплопроводность равную нулю, то "снаряд" вообще не нагреется.
 Про теплозащиту можете забыть сразу, теплозащита не проблема.

Надо получить Cx менее чем 0,1.
 Я бы сказал, даже менее чем 0,01.

это фантастика. таких технологий пока нет

Выше я предложил такую технологию - нагрев потоком излучения воздуха перед "снарядом", нужная энергия это "ваши 1,4*10**12 Дж", которые выделяются в плазме обтекающей "снаряд", значительную часть этой энергии можно снять МГД-генератором питающим излучатель.
 Кроме того, можно компенсировать торможение снаряда таким же образом.

 Помимо этого можно попробовать просто использовать унос массы снаряда, поверхностный слой снаряда, срываемый набегающим потоком будет своего рода "смазкой".
 Да, при этом сгорит значительная часть "снаряда", ну и что?

Сx снижается с увеличением скорости.

не всегда, Сx у истребителя Фантом на сверхзвуке в 2 раза хуже, чем на дозвуке, по-любому для прикидок я брал Сx в 30 раз лучше, чем у пули, которую было бы логично взять

У пули нельзя сделать тонкий иглообразный нос.
 По крайней мере нецелесообразно.
 Тем более на неё нельзя поставить излучатель.

[Кенгуру]

Патрон от пистолета Макарова.



Зашибись, какая аэродинамика. Сx в жо.. . Зато компактная.

[Кенгуру]

Ещё одна идея.

В принципе, разгонную тележку, на которой лежит и разгоняется поезд, не обязательно выстреливать из трубы, а можно её спасти. Для этого надо после того, как она отделится от поезда, увести её в отдельный уменьшенный по высоте туннель, и сделать его такой длины, чтобы тележку можно было затормозить. Поскольку железо - не человек большие перегрузки тележке не страшны. Если сделать её такой, чтобы  она могла выдерживать перегрузки в районе 400g, то будет достаточно  удлинить трубу всего на 8 километров. Тут надо посчитать что  целесообразнее, тратить деньги на строительство дополнительных восьми километров трубы,   либо каждый раз строить новую тележку. В принципе никаких космических   технологий в тележке нет. Просто куча магнитов и железа. Хотя здесь есть   и другой аспект. То, что не надо будет думать о том, куда потом она упадёт.   Так, что может быть удлинение трубы окажется выгоднее.

Как думаете?

[Бродяга]

Не, нам нужна магнитная система тележки в полёте.

 Мы ей же снимем энергию с плазмы для излучателя, готовый МГД-генератор на борту.

[Кенгуру]

Не, нам нужна магнитная система тележки в полёте.

 Мы ей же снимем энергию с плазмы для излучателя, готовый МГД-генератор на борту.

Могу и в десятый раз спросить, зачем это нужно, если поезд взлетает и так?

[Кенгуру]

Собрал высказывания, рассчёты, картинки, материалы по поводу поезда в космос на одну страничку: http://traintospace.googlepages.com/index.html

Перевёл рассчёты на javascript, чтоб можно было посчитать прям на страничке. Высказывания собраны по сусекам, поэтому выглядит немного как лоскутное одеяло. Так, что слишком не пиняйте. В общем бета-версия.

Прошу конструктивно покритиковать.

[Бродяга]

Не, нам нужна магнитная система тележки в полёте.
 Мы ей же снимем энергию с плазмы для излучателя, готовый МГД-генератор на борту.

Могу и в десятый раз спросить, зачем это нужно, если поезд взлетает и так?

Иначе мы не получим Cx ~0,01, это первая проблема.

 Вторая проблема, вытекающая из первой — устойчивость «снаряда» в полёте, допустим, у нас есть какая-то игла обычного типа на носу «снаряда», которая обеспечивает нужный Cx.
ИМХО в этом случае сила сопротивления к этой самой игле и будет приложена, а ЦМ у нас не спереди иглы — аэродинамическая сила будет разворачивать снаряд.