Значит так. Не стану и я в этой теме гадить правами миллиардов и
замыслами природы.
Здесь инженерный клуб. Артиллерийская секция сейчас заседает. Так что со всем этим - в прочие темы.
Что я тут надумал?
Хотя ускоритель Elinda оказался не из колечек а сплошной трубой (что сильно все усложняет) моя фантазия таки зацепилась за отдельно плавающие в мировом пространстве колечки. Метод ускорения с помощью схемы пушки Гаусса мы использовать не можем. Но кто сказал что дорожка из отдельно плавающих в пространстве колечек должна непременно работать как пушка Гаусса?
Поэтому я решил представить себе что способ ускорять снаряд между свободно плавающими колечками у нас есть. Допустим. Тогда мыслима ли вообще такая свободно плавающая в пространстве конструкция?
И я начал "выпиливать лобзиком". Считать- рисовать из этого опять считать и опять рисовать. Начал с любимого всеми (с детства). С танчиков.
Пока Elind не ответил на главную претензию к его проекту. Чудовищное ускорение. Как его будет переносить не сверхпроводящая начинка снаряда?
Поэтому я решил пока что закрепиться на граничном условии предельного ускорения. Я взял его в 4 раза больше чем в танковом стволе, округлив.
До 100 000 g.
Это принял как физически допустимый максимум для любого умного снаряда (нашей "бабочки" или "мотылька").
Форма, масса, способ... Это все не важно пока.
Главное - предельное ускорение.
Из этого посчитал длину необходимого ствола для запуска разного рода зондов. С разными скоростями. От 0.01с (которое никому вроде не надо, но если мы будем исследовать пояс Койпера и облако Оорта, то такие скорость очень даже пригодятся!) и до предельной 0.3с. Почему не 0.5? А посмотрите на диаграмму. Там столбики - длина ствола. Высчитать может каждый. Но надо видеть. Например. Ствол для 0.1с на порядок короче чем для 0.3с. Хотя казалось бы... То есть длина растет. Ну и релятивистский эффект. Что бы ускорять корабль до скорости 0.3, пушка должна разгонять снаряд до 0.6с. А тут уже заметный релятивистский эффект. Поэтому для 0.5 наши простые оценки не годятся. Да и не нужен нам 0.5. Слишком он уж дорого получается. Даже 0.3 (как мы увидим) - ну очень дорогое удовольствие.
Еще раз.
Длина ствола - это просто расстояние между цепочкой выстроенных в пространстве станций. Я взял на глаз 100 000 штук по 50 тонн. То есть вся пушка будет весить 5 миллионов тонн. Не планета, но масса достаточная чтобы принять импульс и пригасить его небольшой энергоплатой.
При этом я решил исследовать самый длинный и крутой ствол.
Если с ним срастается, то и более короткие стволы возможны.
В итоге я попробовал вписать этот ствол в орбиту Меркурия. Рисунок справа.
Назвал я ее Гипер-"Колоссаль". Была у немцев в первую мировую такая пушка. Стреляла по Парижу на 100 км и ее назвали Парижской пушкой. Почему она? Ведь были и после нее супер-пушки куда более дальнобойные и длинные. Есть две причины. Субъективная. Вверху справа рисунок из книги Я. Перельмана "Занимательная физика". Именно там большинство из нас и узнали об этой пушке впервые. И там же мы узнали о туннеле из Ленинграда во Владивосток. Верно? То есть нас научили азам астроинженерии там. И эта пушка как бы намекает.
Но главное. И это видно на рисунке из Перельмана очень хорошо. Пушка напоминает подвесной мост. То есть ствол был настолько длинный и тяжёлый что казалось главная проблема пушки не борьба с отдачей а с гравитацией, ее собственным весом. И если мы теперь посмотрим на мой рисунок то видно, что пушка положенная даже оптимально на орбиту Меркурия, явно в нее не вписывается. Только две станции из всей цепочки оказываются на орбите Меркурия (или близкой к ней) Остальные либо висят выше, либо ниже. Что бы там оставаться им нужны специальные "подпорки" (как на рисунке у "Колоссаль"). Конечно это нематериальные подпорки. Речь идет о тяге, которая будет подвешивать все спутники выше или ниже орбиты.
Насколько она будет велика?
Это первый расчет который я сделал. Формулу для ускорения прилива и длины плеча на самых конечных станциях (самых нагруженных задачей стабилизации вне орбитального положения) я показал. У меня получилось ускорение прилива на концах пушки у Меркурия 0,01 м/с2. То есть тысячная земного тяготения. Хотя это очень мало, но если конфигурацию надо сохранять 26 дней (см. таблицу. Там две последних колонки - разгон последнего снаряда в секундах и длительность очереди из пушки для разгона зонда с ускорение 1g это 1/4 его собственного времени разгона), то в итоге получается достаточно накладно.
Я прикинуд подвеску 50 тонной станции на ионных двигателях с 100 км/с истечением и получил расход рабочей массы примерно 10-20 тонн (я не уточнял по Циолковскому, тупо решил что масса станции постоянна). Энергия на это тоже получилась нехилая. 26.5 МегВата.
Если у кого закружилась голова уже... Обратите внимание: мы считаем "предел мечтаний". То есть границу возможного. Для этого прикасаемся к невозможному. Так что без паники. Эти мегаваты - цветочки. Куда больше меня расстроила масса. Я рассчитывал увидеть на порядок меньше...
Но!
Ясно что пушка не будет все время находится в таком удачном положении. Ведь так она запускает зонд только к экваториальным звездам. А что делать с остальными? И полярными.
Я нарисовал внизу как вообще эта пушка будет выглядеть на орбите Меркурия в самом общем положении. Две проекции под 90 градусов. Видите?
То есть, мало того что она не вписывается в изгиб, она еще и поднимается над плоскостью эклиптики орбиты. И такая ненормальность тоже потребует себе платы. Я не стал ее искать. Я просто прикинул самый плохой прилив (кода один конец на орбите, а другой - далеко вне) и получил на том плохом конце ускорение прилива в 0.02 м/с2. Я не дума что плата за ненормальную эклиптику будет больше. Но в любом случае она уже тут у Меркурия большая.
Ну и последний удар по идее.
Пушка должна непрерывно смотреть на звезду 26 дней. Но период вращения Меркурия вокруг Солнца - 88 дней. И это оборот на 360 градусов. Такой же период будет и у пушки. Значит за 26 дней она повернется от первоначального лежачего положения на орбите на угол... 106 градусов. Более 90 %.
Это уже ни в какие ворота не лезет!
В общем, я со своей пушкой буквально не помещаюсь на орбите Меркурия.
Почему Меркурий?
Он в 3 раза ближе к Солнцу чем Земля. А значит инсоляция на ква метр там в 9 раз плотней. То есть почти на порядок лучше ситуация для запитки системы от Солнца, чем на орбите Земли. Но ... не судьба...
Для орбиты Земли я все это уже не считал. Ясно что там все намного лучше. И приливы и главное - угол поворота ствола. 365 дней - 360 градусов. 26 дней - почти те же 26 градусов. То есть ствол туда-сюда колеблется от касательной орбиты всего лишь на 12,8 градуса.
В общем место пушке - на орбите Земли (в смысле не на орбите вокруг Земли, а на орбите Земли вокруг Солнца).
Здесь самая большая проблема - энергия.
И вот что дают прикидки.
Конечно мы считаем пик. Что бы наша пушка выстреливала 1 кг снаряды со скоростью 0.6с раз в секунду при инсоляции 1320 ват/м2 и кпд преобразования 0.5 нужно иметь поврхность солнечных коллекторов 2,45455E+13 м2. При 100 000 станций, у каждой станции должен быть коллектор, если он прямоугольной формы, со стороной ... полтора километра.
Для 50-и тонной станции.. (а тут мы ограничены только общей массой, то есть никак не ограничены) это мыслимо. Вполне.
Но все равно - грандиозно.
Но еще раз. Мы тут рассматриваем предельный случай. 1 кг снаряд на пике (в конце) это разгон зонда в 1000 тонн. Это уже не зонд даже. Это корабль. Если у вас анабиоз, то и экипаж туда можно воткнуть. Но расплата - комплекс на орбите Земли в 5 миллионов тонн минимум.
Скажете, нереально?
Ну да. Нам сидящим на дне райского болота Земли... Но и то.. Есть же подходящий извозчик, который бы мог вытолкнуть все оборудование (не учитывая что самую тупую массу можно взять и в космосе, если оседлать околоземный астероид для базирования группировки) можно вытолкнуть одной ходкой...
Ведь учтите. Эта конструкция - многоразовая. Это не одна экспедиция куда-то там. Это экспедиции ко всему мыслимому вокруг. И это конечно самая высокая цена из всех возможных в данной конфигурации. Потому что все хотелки, считай, в комплекте!
По сути "кожаный салон", сабвуферы, коробка-автомат... не хватает только Блек-Джека со шлюхами! Но при желании, за дополнительную (разумеется по ставкам закона сохранения энергии) оплату... фирма может предоставить...
Ну что, покупатели?
Берете?
