Электродинамический запуск ПН в космос

Llevellyn

Сообщения: 223

19.07.2008 13:20:09

Я уже описывал свои идеи на этот счет в этой теме:
http://www.novosti-kosmonavtiki.ru/phpBB2/viewtopic.php?t=8229&start=0
но там они погрязли во флуде, поэтому завожу новую тему. Сразу попрошу участников форума обсуждать возможную форму купола ПН в той же теме.
Смысл идеи состоит в том, что ПН можно ускорять таким способом:

по катушке протекает импульс тока, который индуцирует вихревой ток в противоположном направлении в платформе из нферромагнитного проводника, 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.
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 компульсаторы/униполярные генераторы/маховики на 3,2 Тдж (предполагаем, что их КПД при отдаче энергии 50%), и тогда мы сможем запускать ПН на орбиту каждый час. При стоимости электроэнергии 0,29р/квт*ч электроэнергия на запуск будет стоить 290000р.

Несколько слов о конструкции тоннеля. Допустим, что ускоряющие катушки стоят в среднем через каждые полметра, тогда на каждую из них будет приходиться по 270 МДж энергии. В простейшем варианте число накопителей энергии может быть равно числу ускоряющих катушек. Коммутация - с помощью разрядников.

Рассчитаем характеристики средней катушки. Допустим, ускоряемая ПН летит через нее со скоростью 5км/с, а усредненная активная зона катушки -25 см. Тогда ускоряющая платформа пролетит через катушку за 0,00005 с. Рассчитаем средний ток в катушке:
Е=I^2*t
I^2=E/t=270000000/0,00005=5400000000000
I=2323790 A
Рассчитаем нагрев катушки при следующих параметрах: n=1(виток), сечение 0,04м2, диаметр 3м:
R=pl/S
S=0,04
L=3,14*3=9,42
p= 0,000000017 (медь)
R=0,0000040035
Q=I^2*R*t=5400000000000*0,0000040035*0,00005=1080,945 дж - это смешная цифра означает, что катушку можно делать хоть из стали и мотать хоть 1000 витков - всё равно она не расплавится. К тому же p взято для температуры 20 градусов цельсия, а катушки для уменьшения сопротивления можно будет охлаждать вплоть до низкотемпературного предела хрупкости.
Теперь рассчитаем прочностные характеристики катушки. По данным моделирования в FEMM поле катушки имеет такую форму:

Усилие растяжения будет равно 1,07*10^6Н, т.е. где-то 100 тонн. Предел прочности меди на растяжение 30000Н/кв.см (для неотожженной), т.е. в 0,04м2 сечения катушки можно уместить примерно 12 витков. Но выше я указал, что вместо меди можно использовать даже сталь, предел прочности которой в десятки раз выше. К тому же катушку можно поместить в жесткий каркас с неэлектропроводным материалом, предел прочности на сжатие которого очень высок, что позволит выйти за предел прочности катушки. Таким образом, можно использовать катушки из 100 и более витков.
Теперь несколько слов об ускоряющей платформе. В ее активной зоне должен использоваться наиболее электропроводный металл для создания наибольшего тока и, как следствие, наибольшей "тяги". Форма и размеры активной зоны - предмет большого количества расчетов по механике и электродинамике, поскольку необходимо найти компромисс между "тягой" и сжимающим усилием. Поясню: при прохождении катушки активной зоной ускоряющей платформы отталкивающий импульс, в зависимости от конфигурации активной зоны, может выдаваться под разным углом. Например, 90% импульса уйдет на отталкивание от катушки, а 10% на сжатие активной зоны ускоряющей платформы. Чем выше соотношение импульсов отталкивание/сжатие, тем ниже общий КПД системы. Но при этом импульс сжатия не должен превысить предела прочности активной зоны ускоряющей платформы.
Поскольку ускорение по ходу разгона в тоннеле происходит "толчками", то необходимо установить на ускоряющей платформе систему амортизации, которая бы "размазывала" эти "толчки" для ПН, чтобы не превысить предельную перегрузку для нее.
Поскольку разгон происходит постепенно, целесообразно было бы установить в начала тоннеля катушки с меньшим сечением(поскольку время действия катушки на ускоряющую платформу при низких скоростях больше, то и ток нужен меньший) и с меньшим промежутком, а в конце соответственно с бОльшим.

Таким образом, все параметры катушек зависят более всего от источника тока. При источнике тока, способном отдать указанные выше величины тока, я не вижу никаких препятствий с точки зрения законов физики для реализации этой системы.

Dude

Сообщения: 8,066