Обсуждение способов безракетного запуска с Земли

[neolopus]

Но "пригорать"-то она будет несколько секунд, не более. Ей выдержать секунд 10-15, ну 20 - а потом хоть пусть на части разлетается - это уже неважно. Всё равно всё самое ценное скрыто под оболочкой "снаряда".

"Пригорая", она теряет скорость. Значит начальная скорость должна быть больше - будете запускать еще быстрее - еще сильнее пригорит. Замкнутый круг
Потом, делая болванку тяжелее чтобы она выдержала атмосферный полет - вы увеличиваете энергозатраты на единицу полезной нагрузки и снижаете ПН на запуск.

Либо, опять-таки, ракету в хвосте.
Набитая порохом полость, небольшой реактивный двигатель, который просто будет поддерживать скорость 8км/с в течение тех же 10-20 секунд.

Рельсотрон - мощная штука, дополнительно несколько кг пороха ему же нетрудно будет кинуть?

[MenFrame]

Но "пригорать"-то она будет несколько секунд, не более.

Основной проблемой будет не горение а запредельные перегрузки. Воздух на скорости 8 км/с(даже на 10 км высоте) все равно что бетонная плита для формулы 1.

[viesis]

Рельсотрон - мощная штука

По-моему вы преувеличиваете возможности рельсотрона и с КПД у него явно должны быть проблемы.

[neolopus]

По-моему вы преувеличиваете возможности рельсотрона и с КПД у него явно должны быть проблемы.

А если взять длинный-длинный (на весь туннель) линейный электродвигатель?

Основной проблемой будет не горение а запредельные перегрузки. Воздух на скорости 8 км/с(даже на 10 км высоте) все равно что бетонная плита для формулы 1.

Это вообще-то плохо.
Однако артиллерийские снаряды вполне выходят из стволов орудий и входят в атмосферу со скоростями порядка 1-2 км/с. И не взрываются и не разваливаются от удара.

Может быть предел можно поднять до 3, 4 или 5 км/с.
Вообще интересно - проводились ли подобные экспериментальные "стрельбы" с космическими скоростями в земной атмосфере.
В принципе этот опыт вполне можно было бы поставить.
Наверняка кто-то уже и ставил...

[MenFrame]

Однако артиллерийские снаряды вполне выходят из стволов орудий и входят в атмосферу со скоростями порядка 1-2 км/с. И не взрываются и не разваливаются от удара.
Может быть предел можно поднять до 3, 4 или 5 км/с.

Перегрузки будут расти пропорционально квадрату скорости.

[neolopus]

Перегрузки будут расти пропорционально квадрату скорости.

Но и снаряды, вылетающие из пушек и врезающиеся в воздух, ведь тоже не на пределе прочности работают.
Они способны выдерживать гораздо бОльшие удары. Гораздо сильнее. О броню, о бетон, о грунт. Пробивают брустверы и разные укрепления
Значит запас прочности у материалов есть.
А если есть запас прочности - то можно попытаться и поднять скорость.

Я не помню точно, по-моему то ли для льда, то ли для кометы сделан расчёт, что её скорость атмосфере (видимо в плотных слоях) может быть не больше 2 с чем-то км/с. По-моему 2,5 - дальше лёд не выдержит и разрушится. Что-то подобное. Я не помню точно.

Но если это так - то ведь кусок стали - это далеко не лёд.
И кусок камня - тоже далеко не лёд.
Они могут выдержать (наверно) движение в атмосфере и побыстрее.
Понимаю что сопротивление воздуха начнёт расти пропорционально даже по-моему не квадрату, а более высокой степени от скорости - но опять-таки - гранит, базальт, победит, сталь, вольфрам, железобетон в конце концов - это материалы, намного превосходящие лёд по прочности.

Думается скорость на выходе из вертикальной трубы-ускорителя можно сделать заметно выше 2км/с.
Совсем хорошо было бы в разы.
И ведь чем быстрее - тем быстрее будет "пробита" атмосфера и тем быстрее разрушающее, тормозящее и нагревающее действие воздуха закончится.

Но опять-таки - с моей стороны всё это разговоры.
Потому что без расчётов - такие речи всего лишь разговоры. В пользу бедных.

[neolopus]

Посмотрите, господа, как это могло бы быть реализовано:

Каменная капсула-чехол. Отлитая из камня или слепленная из цемента или бетона и затвердевшая.
Лобовая стенка, конус - ну скажем 10 см толщины. (цифры с потолка, просто для картинки).
Стенки чуть потоньше - ну пусть 5 см. "Лоб" должен "пробивать" воздух, стенки просто выдерживать жар.

Допустим, на груз массой 25 тонн требуется каменная (базальтовая, скажем) капсула ну пусть будет тонн 5.
В хвосте выемка, с пороховым составом, пусть состава тонн 10.
Или если хотите - наоборот - капсула тонн 10, а порох 5. С потолка же.

Итого 40 тонн забрасывается в космос для того, чтобы вывести 25 тонн.
Но не 600 же!?

Согласитесь - отлить 10-тонную капсулу и привезти её на место запуска всё же менее трудоёмко, нежели произвести 600 тонн топлива, привезти этот громадный бак на стартовую площадку и заправлять.

Каменные, цементные, бетонные, базальтовые капсулы можно прямо рядом с пусковой установкой и изготовлять. Сделать завод, который прямо там будет перерабатывать каменное сырьё.

Хоть по несколько пусков в день делай - было бы что запускать.
Причём не всегда капсула должна быть огромной и не всегда надо закинуть именно 25 тонн.

После "выстрела" из электродвигательной "пушки" наш "снаряд", вылетевший со скоростью 8 км/с, проходит атмосферу (при поддержке хвостового ракетного двигателя), после чего внутри "снаряда" по периметру срабатывает небольшой круговой заряд взрывчатки. Капсула дробится изнутри направленным взрывом, по пояску, и её части расходятся друг от друга. Освободившийся спутник включает свой маломощный реактивный двигатель и продолжает добирать высоту, ложась "на бок". Обломки же капсулы летят по параболе, входят обратно в атмосферу и падают (кому-нибудь на голову).

Всё! Пуск состоялся!

Уж камень-то редким материалом, требующим рециркуляции, вряд ли назовёшь...


ПС: опять-таки, без конкретных подсчётов - это всего лишь моё бла-бла

[crazy_terraformer]

8:50:53 — «Колумбия» входит в десятиминутный период, во время которого корпус корабля подвергается наиболее тяжёлым тепловым нагрузкам. Скорость: 24,1 Маха; высота: 74 км.

8:52:00 — «Колумбия» примерно в 500 км западнее береговой линии Калифорнии.
Температура на передней кромке крыла в этот момент обычно достигает 1450 °C.

8:53:26 — «Колумбия» пролетает над береговой линией Калифорнии западнее Сакраменто. Скорость: 23 Маха; высота: 70,6 км.

8:58:00 — К этому моменту времени температура передней кромки крыла обычно составляет 1580 °C.
8:58:20 — «Колумбия» пересекает границу штатов Нью-Мексико и Техас. Скорость: 19,5 Маха; высота: 64 км.

Как видно, даже на высоте около 72  километров, температура достигает 1450 градусов. А на высоте 65 километра, где скорость уже упала примерно на 5 Мах (на 1500 м/с), температура достигает 1580 градусов. А если добавить эти 1500 м/с, то теплозащита будет на грани, температура, наверное, превысит 2000 градусов. Короче говоря, ниже 70 километров - никак. Но лучше уж 80 километров брать - разница будет невелика (относительно), но зато куда лучшие условия для схода с направляющей, и для самого корабля. Вот только построить такую конструкцию нереально.

Значит и не стоит, а надо положиться на тепловой экран и испаряющийся охладитель в каналах внутри экрана, можно использовать не воду, а жидкий метан или керосин и сжигать выделяющийся газ(испарившийся метан и керосин, а так же полученные в результате пиролиза,крекинга и риформинга под действием высокой температуры водород и различного рода углеводороды) в прямоточном воздушно-реактивном двигателе или использовать ещё жидкий кислород как охладитель теплового экрана и как окислитель в ракетном двигателе. Работающие двигатели будут препятствовать снижению скорости из-за торможения аппарата атмосферой.
Капсула будет лететь без манёвров по прямой, не вертикально конечно, а под углом 30-45^o к уровню горизонта в месте отрыва. Время должно быть меньше на пробивание атмосферы.
И использовать этот метод скорее всего только для поставок грузов.

Может быть предел можно поднять до 3, 4 или 5 км/с.
Вообще интересно - проводились ли подобные экспериментальные "стрельбы" с космическими скоростями в земной атмосфере.
В принципе этот опыт вполне можно было бы поставить.
Наверняка кто-то уже и ставил...

3 или 4 км/с стреляли из электромагнитной пушки металлической дробью для имитации астероидных импактов, я видел в документальном фильме то ли на российском канале "Культура", то ли на "Galaxy". Но там стреляли в лаборатории.

[LonelyWanderer]

На Луну садится пассажирская капсула с астронавтами; с Луны взлетает полноценный корабль - к околоземным астероидам. Когда на околоземных астероидах появятся индустриальные комплексы или хотя бы пересадочные станции, тогда летим и к Поясу, и к Титану, и к койпероидам.
Если по-вашему так якобы дороже - хорошо, спорить не буду. Что не значит, что согласен.

Зачем вам эта Луна, что вы там собрались делать? Добывать ракетное топливо? Воды там не так много, чтобы её так расточительно тратить. Добывать металлы? Так лучше поймать какой-нибудь мелкий металлический астероид, диаметром от десятков до сотен метров, вывести его на орбиту Земли и постепенно разбирать - и не будет проблем с гравитационной ямой Луны со второй космической скоростью 2,38 км/с, и 2 раза - на посадку и приземление, итого 4.76 км/с... Кроме того, на астероиде гораздо проще создать искусственную гравитацию, идентичную земной.

Я уже описывал когда-то систему, как можно дешевле реализовать старт с Земли к дальним телам, вы, наверное, не видели, но опишу ещё раз.

1. Нужен небольшой астероид в районе геостационарной орбиты, но чуть выше или ниже её. Буквально на километр. Небольшой, пойдёт и 100-метровый - главное, чтобы его масса была во много раз больше стартовавшего корабля. Такая высота орбиты нужна для того, чтобы она была, во-первых, выше радиационных поясов, а во-вторых, чтобы была возможность сбора космического мусора на геостационарной орбите. Который будет, вероятно, всегда пополнятся там в виде спутников связи и т.д. - это источник всякого рода материалов, металлов и т.д., и заодно очищение околоземного пространства от мусора. Именно поэтому орбита должна немного отличаться от геостационарной - чтобы этот астероид медленно перемещался вблизи этих вышедших из строя спутников, и их мог захватывать.

2. Задача старта с Земли - достигнуть этого астероида.
3. На этом астероиде будет располагаться либо электромагнитная катапульта, либо центрифуга в виде пращи (что на порядки дешевле, однако ограничена максимально возможная скорость разгона).
Этот астероид после старта корабля путём отталкивания его, разумеется, потеряет немного скорость и высоту (пропорционально разности массы астероида и корабля). Орбитальные характеристики планируется постепенно восстанавливать с помощью постоянно работающего высокоэффективного ионного или прочего элетроракетного двигателя, использующего минимальное количество топлива, выбрасываемого с максимально большой скоростью. Работающего на солнечных батареях. В качестве топлива может использоваться как завезённое с  Земли, так и металл  от вышедшего из строя космического мусора на геостационарной орбите.
Поскольку запуски будут всё-таки не каждые 5 минут, то ионный двигатель прекрасно справится с восстановлением орбиты до исходной до следующего запуска.

Можно сделать ещё одну промежуточную остановку с такой же концепцией, например на орбите вокруг Луны, откуда нужно меньшее приращение скорости для выхода в межпланетное пространство.

Также я выдвигал предложение о выводе ещё одного маленького астероида с перигелием где-то в районе 500-600 километров над Землёй и афелием чуть ниже геостационарной орбиты. Вещество этого астероида разобрать и создать из него "ангар" для безопасного преодоления радиационных поясов. Т.е. полую конструкцию размером в несколько десятков метров и со стенками толщиной метра 2-3. Старт с Земли должен рассчитываться таким образом, чтобы космический корабль был в том же районе, в котором этот "ангар" будет находится в перигелии. Корабль разгоняется до скорости "ангара", помещается туда, и вместе они преодолевают пояса Ван Аллена. А уже в афелии корабль выходит из "ангара", разгоняется до выхода на геостационарной орбиты, и готовится к стыковке к разгонному астероиду, находящемуся там.

[LonelyWanderer]

А ещё можно на орбите высотой в 500-600 километров создать шар из плотных металлов, таких как вольфрам, свинец, никель, или какого-то сплава из них - как самую первую ступень безракетного ускорения. Из плотных - чтобы снизить аэродинамическое сопротивление, ведь это проблема вплоть до начала радиационных поясов. И лучше не шар, а продолговатую форму. На нём разместить центрифугу. Задача корабля, стартовавшего с Земли и необходимые запасы топлива - только для достижения этого шара, а также немного топлива для ионного двигателя на этом шаре. Какова минимальная масса такого шара я не знаю, нужно считать, но, вероятно, несколько тысяч тонн. Например, шар объёмом в 200 м³ и плотностью в 15 тонн/м³ будет иметь, соответственно, массу в 3000 тонн - этого достаточно для запуска корабля к стационарной орбите. Его диаметр составит 7.25 метра, и лобовое сопротивление его будет значительно меньше такового у МКС.  Он будет снабжён центрифугой-пращой (электромагнитная катапульта тут не годится из-за размеров и, соответственно, аэродинамического сосротивления), ионным двигателем и солнечными батареями на поверхности шара. Но, как я говорил, лучше не форма шара, а продолговатая форма, соответственно и площадь солнечных батарей будет больше. Если этого будет мало, то солнечные батареи можно и дополнительно разместить снаружи - главное только, чтобы их плоскость была параллельна земной поверхности, чтобы снизить аэродинамическое сопротивление. Этой энергией будут снабжаться ионные двигатели для восстановления орбиты шара и раскручивающая корабль центрифуга.
Шар нужно, естественно, постепенно собрать на орбите, а не сразу целиком выводить...

[noxx77]

соответственно и площадь солнечных батарей будет больше.

И сопротивление.

[LonelyWanderer]

соответственно и площадь солнечных батарей будет больше.

И сопротивление.

Нет, почему вы думаете аэродинамические детали делают длинными и узкими, и откуда понятие лобовое сопротивление? В экзосфере, правда, физика немного другая, но смысл в принципе тот же - тело узкой и продолговатой формы будет дольше сохранять свою скорость (и, соответственно,  орбиту), чем шарообразное того же объема и массы.

[николай теллалов]

Зачем вам эта Луна, что вы там собрались делать? Добывать ракетное топливо?

Нет.
На Луне удобно создать производство хардуера для космонавтики.
Взлетать с Луны - вариантом гауссовой пушки.
Луна обеспечит Землю нужными спутниками связи, наблюдений, пересадочных станций, почему бы и не зеркалами, повышающими кпд наземных САС (как фтовольтаиков, так и солнечных стирлингов).
Возможно даже некоторая часть продукции лунной индустрии будет предназначена для земного "ширпотреба".
Так земная индустрия станет более "легкой" и менее затратной.

Взлетать и садиться с и на Землю предлагаю рекатопланами типа британского Скайлона. Транспорт между Землей и Луной - станциями типа циклер (предложенные астронавтом Бъз Олдрин).


Нет никаких проблем отбуксировать астороиды, но на окололунную орбиту - будь для катапульты, будь для его распиливания на сырье.
Гравитацию создавать (явно инерционную, раскруткой) не вижу смысла, лучше привыкать к низкой и к невесомости, с возможностью реадаптации.

Пришло на ум и то, что на Луне можно улавливать протоны из солнечного ветра. Где-то тут в темах были прикидки как добыть воду для Венеры из солнечного ветра. Получались колоссальные уловители и многие годы накопления, но в случае не требуются больше количества - с кв,км теоретически получаем по один-два грамма водорода в секунду. Сжигаем его для получения тока, воду используют лунные жители и те производства, в коих незаменимо нужна вода.
А кораблям с Луны можно заливать просто кислород в баки и юзать йонную тягу - предложение Крейзи Терраформера, мне оно кажется убедительным.


Так что Луну думаю надо заселить и индустриализировать,чтобы легче леталось к астероидам, кои в перспективе станут основным местожительством людей.
Ну а астероиды надо двигать, оптимизировать их орбиты. Эдакая динамическая инфраструктура. И жилье, и рудники, и "паромы" для миссий к внешним планетам, к Койперу.
Есть нескобько астероидов, которые заходят даже внутрь орбиты Меркурия, а чтение тем здесь меня убедило, что Меркурий очень нужен - как энергостанция СС. Добытая на нем энергия пойдет на много чего - и на дистанционное питание КК внутри ССистемы, и на проикты терраформинга, и на ускорение звездолетов (зондов) - последнее можно сочетать с ускорительным маневром около Солнца.

[николай теллалов]

А ещё можно на орбите высотой в 500-600 километров создать шар из плотных металлов, ...
...
Шар нужно, естественно, постепенно собрать на орбите, а не сразу целиком выводить...

Такие же ускорители по мередианам и паралелям Луны обеспечат щадящее экипаж ускорение.

[viesis]

Такие же ускорители по мередианам и паралелям Луны обеспечат щадящее экипаж ускорение.

Вариант пращи вряд ли может дать приращение скорости более 500 м/с, эм катапульта это нечто эпическое по размерам- даже для Луны не очень подходит.

[николай теллалов]

Чем эпичность беспокоит?
Взять эпичные сооружения на Земле - на Луне они могут быть минимум вчетверо крупнее (при, допустим, пределе 6х).
Гауссова пушка (пушки разных направлений для отсыла аппарата на разные орбиты) - инфраструктура многократного использования в условиях вакуума и сравнительно легкодоступной энергии (солнечные стирлинги, термогенераторы, фтовольтаики).

[LonelyWanderer]

Такие же ускорители по мередианам и паралелям Луны обеспечат щадящее экипаж ускорение.

Вариант пращи вряд ли может дать приращение скорости более 500 м/с, эм катапульта это нечто эпическое по размерам- даже для Луны не очень подходит.

Я как-то считал это, для самых прочных сортов стали предел выходил около 1 км/с, современные сверхпрочные углеволокна могут обеспечить значительно больше, но с учётом запаса прочности реально достигнуть порядка 1.5 км/с.   Мне представляется, что праща нужна только для выхода с опорной орбиты на переходную - т.к. на опорной орбите невозможно разместить громадную катапульту, трущуюся об экзосферу. А снаружи радиационных поясов лучше иметь электромагнитную катапульту, обеспечивающую больший прирост скорости - хотя-бы 3-4 км/с для выхода на межпланетную траекторию, потому что применение 3-4 ступеней из одних только пращей потребует каждый раз стыковки, уравнивания скоростей - т.е. затрат ракетного топлива.
А пращу можно разместить даже не на свинцовой болванке на опорной орбите, как я предлагал выше, а она может быть подвешена на вышележащем астероиде на тросах. Все это уже здесь предлагалось.  Опустить трос можно вплоть до высоты километров 150, и двигаться нижний конец будет со скоростью порядка 6 км/с. Там будет располагаться праща, с помощью которой корабль выйдет на переходную орбиту. В апогее переходной орбиты корабль должен будет снова включить ракетные двигатели, чтобы выйти на высокую круговую орбиту, в идеале в районе геостационарной орбиты. Сколько это прирост скорости я не знаю,  надо посчитать, но может есть инфа в интернете - это стандартная процедура для вывода спутников на геостационарную орбиту. И там состыковаться с электромагнитной катапультой, которая выведет корабль на межпланетную  траекторию.

[LonelyWanderer]

Можно попробовать применить многоступенчатый космический лифт. Скажем, первый астероид-противовес будет располагаться на высоте 2000-3000 километров, с него будет спускаться трос до высоты 150 километров, и двигаться нижний конец будет со скоростью, допустим, 6 км/с. Корабль зацепится и поднимется до противовеса. Далее, на высоте, допустим, 10 000 километров будет второй противовес, и трос от него спускающийся до высоты первого противовеса. И так далее. Его скорость будет ещё медленнее. Правда, тут не понятно, как кораблю перецепиться с одного троса на другой, который пролетит мимо корабля в момент соединения со скоростью эдак в 1 км/с. Снова придумывать что-то с пращой.. Потому что электромагнитную катапульту едва ли возможно разместить где-то ниже высот в 20-30 тысяч километров - сначала экзосфера, потом радиационные пояса.

[viesis]

Чем эпичность беспокоит?

Большой объем работ и материалов, затраченных на возведение. Это возможно только после достижения лунной индустрией значительного развития. Учитывая текущее положение и тенденции все это не вызывает оптимизма.

[николай теллалов]

Да, стратегии о освоении Луны просто нет.
Хотя должна быть.
Не будучи чокнутым экологистом, я некоторые опасения т.наз. Зеленых разделяю. Но больше опасаюсь того, что они гнут линию к примитивизму, к антитехнологизму и даже антинаучности.
Техногенное давление на биосферу факт. Разгрузку однако лучше провести снова по технологичному, в случае космотехнологичному пути, нежели впадать в экорелигиозность, в экошариат или экоуританизм.
Для адекватного решения и нужна Луна - индустриальная база, мировой космодром, место проживания и место отработки перехода от планетарного к космическому человечеству (для которого невесомость - естественная среда).


Кстати, а чем так праща интереснее и перспективнее эм-средств вывода на орбиту? Понятно, что с Земли гауссовой пушкой если и получится выводить, то только беспилотники.