Катапульта в космос

[Дмитрий В.]

Я по другому вопросу Притяжение (гравитация) в принципе не может ориентировать боеголовку (грав.момент почти нулевой). Ориентирует БГ в атмосфере аэродинамическая сила.

[gans3]

Я по другому вопросу Притяжение (гравитация) в принципе не может ориентировать боеголовку (грав.момент почти нулевой). Ориентирует БГ в атмосфере аэродинамическая сила.

То есть вы считате, что сила тяжести на ПАДАЮЩУЮ боеголовку не действует? Или силы  на боеголовку будут действовать одинаково, если мы ее подбросили ВВЕРХ с той же скоростью и под тем же углом к горизонту, что и при штатном полете(зеркальный угол разумеется)?
Хоть и высоко, а сопротивление воздуха ести и это не невесомость.

[Дмитрий В.]

Я по другому вопросу Притяжение (гравитация) в принципе не может ориентировать боеголовку (грав.момент почти нулевой). Ориентирует БГ в атмосфере аэродинамическая сила.

То есть вы считате, что сила тяжести на ПАДАЮЩУЮ боеголовку не действует? Или силы  на боеголовку будут действовать одинаково, если мы ее подбросили ВВЕРХ с той же скоростью и под тем же углом к горизонту, что и при штатном полете(зеркальный угол разумеется)?
Хоть и высоко, а сопротивление воздуха ести и это не невесомость.

Сила тяжести действует, но момента относительно ЦМ не создает. Гравитация может искривить траектрию БГ, но изменить ее ориентацию - нет.

[dan14444]

Ломиком, который то же притяжение будет отклонять. Даже если стартовать вертикально.

Ну что за детсад? При вертикальной ориентации никто никого никуда не отклоняет (исключая вторичные эффекты).
И при любой ориентации, как уже сказали, влияние гравитации по сравнению с аэродинамикой исчезающе мало.

[Бродяга]

Вы же уехали по делам службы?
А данные не полны -
нет Сх и диаметра снаряда. И формула внешней баллистики, которую я выкладывал по просьбе интересующихся только до 20 километров выведена. Давайте остальные данные. Подставлю в программку. Секунд двадцать будет на ответ.
А заодно сравните то же для Вашего со зверьком ломика. При отклонении на 1 градус от направления полета. На высоте 5 км. Даю Вам 1 день - не жалко, я над убогими не глумлюсь

Понятно, товарищ не знает что такое "скоростной напор", но у него есть "формула внешней баллистики" и "программка".
 А может и сам он "программка", по степени развития очень похоже.

[Chilik]

... не существует материалов с индукцией насыщения выше 10Тл

Именно поэтому все катушки сильного поля делаются медными, без железного ярма. Причём есть одна засада, на которую Вы пока внимания не обращали. Действие равно противодействию. На медь будет действовать ровно та же сила, что и на ускоряемый объект. Медь - мягкий материал, и так будет находиться за пределом текучести (если Вы хотите поля существенно выше 10 Тл), а тут ещё на катушку, вдобавок к разрывающим, будет действовать сдвиговая сила примерно того же порядка.

Но, с другой стороны, почему-то никто не вспомнил, что ПН можно ускорять электростатически.

по катушке протекает импульс тока, который индуцирует вихревой ток в противоположном направлении в платформе из диамагнетика, вследствие чего катушка и платформа взаимно отталкиваются.

Тут у Вас излишне неортодоксальное употребление слова "электростатически". Самая традиционная электродинамическая схема. И насчёт диамагнетика Вы забавно пошутили - токи отражения могут образоваться лишь в проводниках. Собственно, эта картинка вполне правильна, так много промышленных импульсных клапанов для газонапуска устроено.
А вот по второй картинке сразу видно, что эффективно будет работать только кромка агрегата, причём направление действующей силы будет  иметь большую радиальную компоненту -> ускоритель будет схлопывать систему -> нужно упрочнять (утяжелять) контейнер.

... сооружаем компульсатор/униполярный генератор/маховик на 3,2 Тдж ...

Единичный блок такого размера, видимо, нецелесообразен. Нужно много маленьких, как у Вас дальше по тексту.

Тоннель, естественно, будет вакуумированный, а капсула будет ехать по нему на магнитной подушке.

Вот эти слова, пожалуйста, забудьте. Все.

Допустим, что ускоряющие катушки стоят в среднем через каждые полметра, тогда на каждую из них будет приходиться по 270 МДж энергии, что является вполне реальным значением.

Есть минимальное расстояние, равное нескольким радиусам катушки. Ближе - и нецелесообразно, и проблемы с взаимной индукцией катушек слишком велики.
И тут есть ещё одна проблема, про которую у Вас пока ни слова. Попробуйте по известной формуле подсчитать число витков и ток в обмотке, необходимые для получения требуемой величины магнитного поля. Потом по другой известной формуле подсчитать индуктивность катушки. А потом подумать, каким образом можно загнать ток в такую систему за короткое время. Один ответ я знаю: переключение тока из более индуктивной нагрузки. На уровнях энергии масштаба 100 МДж дехническая реализация идёт с большим трудом у весьма неплохих людей уже лет как 20 (бывшая команда ТСП в Троицке).

В простейшем варианте число накопителей энергии может быть равно числу ускоряющих катушек.

Другие варианты гораздо менее реализуемы. Пока нет способов быстрого переключения больших токов, именно коммутаторы будут главной электротехнической проблемой в проекте.

Допустим, капсула движется со скоростью 5км/с, а активная зона ускоряющей катушки - 25см, тогда капсула пройдет эту зону за 0,00005 с, что вполне приемлемо для существующей в настоящее время силовой электроники.

У Вас излишне оптимистичный взгляд на современную силовую электронику. Всяческие быстрые вещи типа IGBT настолько маломощны, что масштабировать их на гигаваттные мощности фантазии не хватает. Да и время для силовых систем излишне быстрое - в районе 10-20 кГц это ещё как-то работает на уровнях мощности в десятки-сотни киловатт, а выше - уже проблемы.

[Кенгуру]

И поскольку это за одну секунду, то мощность:
P = DeltaE/t = 45 ГДж / 1 сек = 45ГВт.

А как будет генерироваться/поставляться энергия в вашем проекте? Вы по соседству планируете построить 50 ДнепроГЭСов?

На страничке там раздел есть "Энергообеспечение запуска"
http://traintospace.googlepages.com/index.html#Energy
Давольно подробно описано, и уже давольно давно. Можно было бы просто почитать.

Могу перепостить сюда:


 Как посчитано в разделе "разгонный механизм", пиковая мощность потребляемая трубой составляет 45 ГВт, и время работы 149 секунд (2 минуты, 29 секунд). Для сравнения, мощность Саяно-Шушенской ГЭС, а это самая мощная ГЭС в России, составляет лишь 6.4 ГВт, или в

45 ГВт / 6.4 ГВт = 7 раз меньше, чем надо для запуска поезда в космос.

Чтобы выработать необходимую энергию для разгона поезда Саяно-Шушенской ГЭС потребуется времени:

3362 ГДж / 6.4 ГВт = 525 секунд (8 минут 45 секунд).

Значит получается, что в сутки она может обеспечить энергией для запуска 24 часа * 60 минут * 60 секунд / 525 секунд = 164 поезда. То есть энергии хоть залейся, более чем достаточно, но проблема лишь в том, что она вырабатывается слишком медленно.

Есть несколько путей решения этой проблемы:

   1.

      Располагать трубу там, где поблизости много электростанций.

      Таблица 5 Мощности ГЭС разных стран. Источник Страна   Суммарная мощность ГЭС, ГВт    Загруженность ГЭС
      Китай    145.26   0.37
      Канада    88.974   0.59
      Бразилия   69.080   0.56
      США    79.511   0.42
      Россия    45.000   0.42

      Китай - несомненный лидер. Суммарная мощность его электростанций более чем втрое превышает необходимую для запуска поезда в космос мощность. Самая мощная ГЭС в мире расположена тоже в Китае на реке Янцзы. Называется Three Gorges Dam . Её мощность: 22,5 Гвт. То есть эта мощность равна средней мощности трубы. Но покрывает только половину пиковой (максимальной) её мощности. Набрать недостающую половину пиковой мощности можно с помощью расположенных сравнительно недалеко электростанций.

      А вот в России так не получится. Так как хоть суммарная мощность российских ГЭС и достаточна для энергообеспечения проекта, но они расположены не кучно, разбросаны по всей стране. И из-за транспортировок энергии на большие расстояния будут потери.

      Также стоит отметить, что хоть идея использовать уже существующие ГЭС и заманчива, но следует помнить, что они не строятся на равнинах, а для строительства трубы лучше всего подходят как раз равнины. То есть при строительстве трубы в Китае, придётся тянуть от трубы до ГЭС рассчитанные на большие мощности провода.

      Однозначным плюсом при использовании ГЭС является "зелёность" таких запусков. Вся энергия идёт из возобновляемых источников.

* * * * * * * * * * * * * * * * * *

   2.

      Наращивание пиковой мощности существующих ГЭС.

      Для энергообеспечения трубы может хватить практически любой ГЭС, мощностью более нескольких гигаватт, или у которой за дамбой скапливается достаточно много воды. Но для этого такая ГЭС потребует переделки либо небольшой достройки. Нужно лишь увеличить число турбин которые крутит вода до количества необходимого чтоб обеспечить пиковую мощность трубы в 45 ГВт.

      Гидроэлектростанция - это дамба за которой скапливается много воды из рек. Эту воду пускают через турбины, вода крутит турбины, турбины крутят турбогенераторы, турбогенераторы дают ток.

      Мощности ГЭС пропорциональны объёмам воды втекающим в водоём образующейся за дамбой. Рассчитываются так, чтоб расход воды был относительно равномерным, равномерно крутил турбины и выдавал бы в сеть стабильное напряжение.

      Но у дамбы есть чудесная возможность накапливать воду. Поэтому если той же Саяно-Шушенской ГЭС увеличить число турбин в 7 раз, то предварительно-накопленная за дамбой вода может их крутить в течении некоторого времени, необходимого для запуска, выдавая пиковую мощность в 45 ГВт.

      Конечно увеличить число турбин в 7 раз - это очень не простая задача. Но вполне разрешимая. Поэтому с таким подходом трубу можно будет строить не только в Китае, а почти где угодно, так как ГЭС есть практически везде.


Пойдёт?

[Кенгуру]

Llevellyn спасибо за подробный разбор, правда употребление слова "человечный" несколько неправильное.

Кенгуру, спасибо за подборку, есть замечания, я сделаю их несколько позднее.

Пожалуйста. Рад, что кого-то заинтересовало.
Жду замечаний.

Для начала, Кенгуру, вы хотите спасать разгонные тележки?
 Это удобнее делать "через орбиту" или после полёта по суборбитальной траектории. При этом будет "всё проще", тепловой режим, скоростные напоры и т. д.
 Не будет ограничения по пути торможения разгонного модуля и торможение будет в разреженной атмосфере, соответственно все нагрузки упадут.

Согласно сайту http://www.buran.ru/htm/tty.htm спасение твёрдотполивных ускорителей Шаттла стоит 1.6 миллиона долларов в ценах 1975 года. Не знаю как перевести на нынешние. Но даже если цена будет той же, то тележку думаю дешевле будет создавать заново, чем спасать таким образом.

[Кенгуру]

Ведь в поезде электроника планируется?

Вообще то там тянущие элементы находятся далеко впереди поезда, и всегда можно отдалить на безопастное расстояние.

Вообще для таких скоростей, никакие обмотки уже не справятся. Обычно используються просто рельсы. Накопить в метре рельса 45 МВт...

Тянущие элементы длиной в километр (условно). Так, что при делении на 1000 получается 45 МВт на метр. А так как их 4, то по 11 МВт на брата.

Можно сделать и не 1 км, а 2. Можно сделать колличеством не 4, а 8.

Хорошо бы прототип какой-нибудь найти, чтоб было с чем сравнить и от каких характеристик отталкиваться.

[Кенгуру]

Да, забыл про расчет затрат на электроэнергию. Допустим, 1 квт*ч стоит 1,5 рубля, тогда на 1 запуск потребуется 1,5 млн р (поскольку электростанция в 1 ГВт будет заряжать накопитель энергии 1 час)

Киловатт час ОПТОМ стоит 0,29 копеек:
http://www.amur.info/news/2005/12/14/1.html

Но даже 1.5 миллиона - это 60 тысяч долларов. А полёт на СОЮЗе даже в лучшие годы стоил 20 миллионов долларов. То есть почти на 3 порядка дороже.

[gans3]

Вы же уехали по делам службы?
А данные не полны -
нет Сх и диаметра снаряда. И формула внешней баллистики, которую я выкладывал по просьбе интересующихся только до 20 километров выведена. Давайте остальные данные. Подставлю в программку. Секунд двадцать будет на ответ.
А заодно сравните то же для Вашего со зверьком ломика. При отклонении на 1 градус от направления полета. На высоте 5 км. Даю Вам 1 день - не жалко, я над убогими не глумлюсь

Понятно, товарищ не знает что такое "скоростной напор", но у него есть "формула внешней баллистики" и "программка".
 А может и сам он "программка", по степени развития очень похоже.

Понятно. Данных не будет, а будут надутые щеки.
 Скоростное напор и изгибающий момент ломика считать не хочется?
Зверька обидеть боязно?
Так какая связь между устойчивостью боеголовки и устойчивостью ломика? "Так хочется Бодяге"?
У Вас еще полдня есть.

[gans3]

Ломиком, который то же притяжение будет отклонять. Даже если стартовать вертикально.

Ну что за детсад? При вертикальной ориентации никто никого никуда не отклоняет (исключая вторичные эффекты).
И при любой ориентации, как уже сказали, влияние гравитации по сравнению с аэродинамикой исчезающе мало.

Защищать зверька с ЭТОЙ стороны, это Сюда :arrow:
http://forums.airbase.ru/2008/06/t62332,6--Gde-mozhno-posmotret~-Sx-Sd-dlya-sverkhz.html
Про исчезающе маленькие эффекты на старте.
Поупражняейтесь. Дезайнер оттуда сбежал.

[Кенгуру]

Прочитал почти всю тему. Почему-то никто не упомянул об основной проблеме электромагнитного запуска - насыщении ускоряемой платформы.

Спасибо за ответ!

Просто к космонавтике и авиации электричество в общем никаким боком особо не относится, поэтому местные обитатели не слишком хорошо в ней разбираются. Я в том числе. Но желание познавать - есть!

Поскольку не существует материалов с индукцией насыщения выше 10Тл (по крайней мере я таких не знаю), а поля предполагаются на несколько порядков выше, то большая часть энергии (99%) уйдет в никуда и ничего не ускорит.

А как рассчитывается какие нужны поля?

Ведь схему можно смасштабировать. 4 километра катушек и магнитов тянущих 100 тонный поезд - это значит, что на каждый 1 метр катушек будет приходиться по 25 килограмм. Перегрузка 5.5, то есть это эквивалентно 25*5,5 = 137.5 кг на метр.

В общем это как если бы магниту с катушкой длиной в метр (а в толщину тоже наверное чуть ли не до метра можно увеличивать), надо было удерживать на весу 137,5 км. С бытовой точки зрения задача не кажется такой уж заоблочно сложной.

Разве нужно для этого 10Тл?

Чтобы повысить КПД ускорения, нужно увеличивать массу ускоряемой платформы, а это требует дополнительных затрат энергии - в общем, имеем замкнутый круг.

Но, с другой стороны, почему-то никто не вспомнил, что ПН можно ускорять электростатически.

по катушке протекает импульс тока, который индуцирует вихревой ток в противоположном направлении в платформе из диамагнетика, вследствие чего катушка и платформа взаимно отталкиваются.
в случае с разгоном ПН этот принцип можно было бы применить следующим образом:

зеленое - контур, создающий поле, красное - активная зона ускоряющей платформы, голубые стрелки - направление действия силы.

А как сделать рассчёт? Можно ли взять какую-либо стандартную катушку, которую продают на каком-нибудь сайте, чтобы примерно оченить стоимость? Или это должна быть катушка каких-либо определённых параметров и если да, то каких?

Я не верю в возможность человечных запусков с помощью катамульты, поэтому ограничусь примерным расчетом бесчеловечных. Как известно,  печатные платы в чипах наведения баллистических снарядов выдерживают перегрузку до 70000g, я же ограничусь 1000g. Для разгона до 8км/с потребуется активный участок длиной 3км. Допустим, разгоняем капсулу общим весом в 10т, тогда нам потребуется 10000*8000*8000/2=320000000000 дж, или 320 гигаджоулей энергии. Допустим, что КПД ускорителя 20%, тогда необходимо "закачать" в него 1,6 Тдж энергии. Где их взять? Имеем электростанцию мощностью 1ГВт, сооружаем компульсатор/униполярный генератор/маховик на 3,2 Тдж (предполагаем, что его КПД при отдаче энергии 50%), и тогда мы сможем запускать ПН на орбиту каждый час!

Сколько же должен весить маховик, чтобы запасти столько же энергии, сколько 100 тонн двигающиеся со скоростью 8200 м/сек?

Это наверное как Титаник раскрутить.

Вот в том числе поэтому труба и должна быть длинной. Чтобы не требовать тераваты, а ограничиться скромными 45 Гигаваттами.

Если строить трубу в Китае, то вообще ничего дополнительного по энергетике строить не надо будет.

Несколько слов о конструкции тоннеля. Тоннель, естественно, будет вакуумированный, а капсула будет ехать по нему на магнитной подушке. Допустим, что ускоряющие катушки стоят в среднем через каждые полметра

Не слишком далеко? А если ставить их чаще, но меньшей мощности?

[Бродяга]

Понятно. Данных не будет, а будут надутые щеки.
 Скоростное напор и изгибающий момент ломика считать не хочется?
Зверька обидеть боязно?
Так какая связь между устойчивостью боеголовки и устойчивостью ломика? "Так хочется Бодяге"?
У Вас еще полдня есть.

Раз вы, милейший, скоростной напор считаете с помощью "программы", с вами дальнейшее общение бесполезно.
 Скоростной напор это (p*V**2)/2 да будет вам известно.

 Правда, надо знать что такое p и её значение на высоте 30 километров или хоть на уровне моря.

[Бродяга]

Для начала, Кенгуру, вы хотите спасать разгонные тележки?
 Это удобнее делать "через орбиту" или после полёта по суборбитальной траектории. При этом будет "всё проще", тепловой режим, скоростные напоры и т. д.
 Не будет ограничения по пути торможения разгонного модуля и торможение будет в разреженной атмосфере, соответственно все нагрузки упадут.

Согласно сайту http://www.buran.ru/htm/tty.htm спасение твёрдотполивных ускорителей Шаттла стоит 1.6 миллиона долларов в ценах 1975 года. Не знаю как перевести на нынешние. Но даже если цена будет той же, то тележку думаю дешевле будет создавать заново, чем спасать таким образом.

Здесь называлась современная стоимость одного использования ускорителей ~60 миллионов долларов.
 Но, разгонная система будет сложнее и вообще удобно чтобы ПН летела в каком-то контейнере.

 Всё достаточно нормально получется, контейнер выдерживает нагрузки от прохождения атмосферы на старте, следовательно он и сядет вполне нормально, по крайней мере с точки зрения теплозащиты и прочности.

[Бродяга]

Кенгуру, следующее замечание.

 Нос сгорит.
 Вообще с теплозащитой в целом особо проблем не будет, но нос этот сгорит и потери станут больше.

 Лазер нужен, как я вам и говорил или нечто вроде него.

[gans3]

Понятно. Данных не будет, а будут надутые щеки.
 Скоростное напор и изгибающий момент ломика считать не хочется?
Зверька обидеть боязно?
Так какая связь между устойчивостью боеголовки и устойчивостью ломика? "Так хочется Бодяге"?
У Вас еще полдня есть.

Раз вы, милейший, скоростной напор считаете с помощью "программы", с вами дальнейшее общение бесполезно.
 Скоростной напор это (p*V**2)/2 да будет вам известно.

 Правда, надо знать что такое p и её значение на высоте 30 километров или хоть на уровне моря.

Сколько эксперссии у надутых щечек.
То есть плотность, каковая считается по Госту известной (не Вам )программкой ReentryModel уже и посчитать нельзя? Надутые щечки (тм) не велят?

[gans3]

Кенгуру, следующее замечание.

 Нос сгорит.
 Вообще с теплозащитой в целом особо проблем не будет, но нос этот сгорит и потери станут больше.

 Лазер нужен, как я вам и говорил или нечто вроде него.

Ну вот, спугнули зверька. :-)
Ему на Базе так и сказали - "сгорит", а он  обиделся и убежал.

[Бродяга]

Сколько эксперссии у надутых щечек.
То есть плотность, каковая считается по Госту известной (не Вам )программкой ReentryModel уже и посчитать нельзя? Надутые щечки (тм) не велят?

Да, только вы её не помните, ту плотность, даже приблизительно.

 Это такой "антибот-тест". Потому как уровень бота у вас налицо.

[gans3]

Сколько эксперссии у надутых щечек.
То есть плотность, каковая считается по Госту известной (не Вам )программкой ReentryModel уже и посчитать нельзя? Надутые щечки (тм) не велят?

Да, только вы её не помните, ту плотность, даже приблизительно.

 Это такой "антибот-тест". Потому как уровень бота у вас налицо.

Плотность воздуха на высоте 30 км ?
Надутые щечки (тм) ПОМНЯТ плотность воздуха!
А по какой модели?
При какой температуре?
Я уже собрался результат выкладывать по скоростному напроу, а тут новые требования надутых щечек.
Огласите весь список требований, что помнить. :-)