Спутники связи экономичнее выводить на орбиту с помощью газовой пушки

[darwinson.livejournal.com]

Show must go on, а экономика при этом должна быть экономной. Нынешний обвал рубля и финансовый кризис заставили вспомнить самое первое своё изобретение. Хотя правильнее назвать его не изобретением, а рацпредложением, позволяющим существенно экономить деньги из госбюджета на запусках спутников связи, грузовых кораблей и т.д. Было мне тогда 15 лет. Сидел как-то вечером дома, попивал с бабушкой и дедушкой чаёк, смотрел по телевизору программу "Время". Показывали запуск ракеты "Союз" на Байконуре. Полёт был пилотируемый, с двумя космонавтами на борту. И я подумал тогда, что больше половины запусков не показывают, поскольку они без космонавтов, на орбиту выводится только спутник. Дальше начал рассуждать вслух:

-  Искусственный спутник вместе с оборудованием способен выдерживать много большую перегрузку, чем живой человек. Это значит, что использовать каждый раз первую, самую дорогую разгонную ступень для спутников связи не слишком рационально. Для них вместо первой ступени ракеты-носителя хорошо бы сделать пушку с длиной ствола в 1000 метров и калибром 1.5 метра.

На что дедушка резонно заметил:

-  А не слишком ли дорогой получится пушка с длиной ствола в 1000 метров и калибром 1.5 метра?

-  Мне кажется, не дороже тоннеля в метро должно получиться. Например, тоннеля между станциями Волгоградская и Пролетарская.
Мы тогда как раз жили между двумя этими станциями. Дедушка, прикинув в уме расстояние между станциями, конкретно завис. Выйдя из ступора, начал спорить. Но, в конце концов, согласился, что вырыть вертикальную шахту в земле и хорошенько её забетонировать намного проще, чем построить, ту же Останкинскую телебашню. Подобные технологии столетиями совершенствовались в горнорудной и угольной промышленности. Забетонированная, да ещё в землю зарытая труба может выдержать чрезвычайно большое давление. А значит, в качестве ствола для такой "пушки на Луну" можно использовать самые обычные трубы большого диаметра, которые используются для газопроводов.

Главный калибр такого необычного космодрома может быть и 2, и даже 5 метров. Диаметр трубы, чисто техническая проблема. Суть рацпредложения, если совсем коротко - при одной и той же дальности стрельбы обычный артиллерийский снаряд намного дешевле реактивного. Жаль, что ни с кем кроме деда не обсуждал свою идею. Очень быстро забыл про неё. А теперь вот случайно вспомнил, и пока снова не забыл, решил описать со всеми подробностями.

В обычной пушке используется пороховой заряд. Космическая пушка намного длиннее, а давление в канале ствола меньше. С учётом этого дешевле использовать не порох, а 10%-ную смесь обычного бытового газа с воздухом. Представьте себе один кубометр сжиженного газа, используемый для приготовления взрывоопасной газовой смеси с воздухом. В пушке он придаст космическому кораблю больший импульс, чем в реактивных соплах. Другими словами, его использование будет более эффективным.

Дуло обычной пушки имеет небольшое сужение. Дуло космической пушки можно не сужать, а герметично накрывать сферическим стеклянным колпаком. Накануне старта воздух из канала ствола откачивается. Например, если откачать до 76 мм.рт.ст., сопротивление воздуха будет в 10 раз меньше. Вместе с тем, стеклянный колпак разрушится изнутри сжатыми остатками воздуха ещё до соприкосновения с остриём ракеты.

Спутник вместе со второй ступенью сначала опускается чуть ниже канала ствола, и охлаждается внизу жидким азотом. Охлаждение в шахте эффективнее, чем на открытой стартовой площадке. Затем ракета поднимается в ствол. Боковые герметичные резервуары с газовой смесью под ней открываются, воспламеняются, и производится выстрел. Небольшое хвостовое оперение позволяет изменить траекторию полёта ракеты после вылета из ствола и прохождения плотных слоёв атмосферы.

Ещё один важный момент. Конструкция космической пушки такова, что нет никаких ограничений по избыточному давлению в канале ствола. Это значит, что из такой пушки можно с одинаковой скоростью выстреливать вторую ступень как для ближней околоземной орбиты (5 м длиной), как для дальней геостационарной (10 м длиной), так и для межпланетной (20 м длиной). Разница только в количестве природного газа, используемого в 10%-ой смеси с воздухом для очередного выстрела в небо.

Чувствую, что есть тут какой-то подводный подземный камень, а какой именно не пойму. Похожая история и с магнитной пушкой Гаусса. Интересно всё-таки, почему оказались не реализованными подобные проекты. На первый взгляд преимущества очевидны. И себестоимость запуска спутников существенно снижается.  И надёжность значительно увеличивается, поскольку вероятность неудачного выстрела из пушки в тысячу раз меньше, чем вероятность неудачного ракетного пуска. Казалось бы, сочетание двух таких факторов позволяет захватить монополию на рынке коммерческих запусков спутников связи. Но почему-то никто не торопится захватывать.

Comments

[djkmomega.livejournal.com]

Знатный, не скрою.
Из википедии:
For single loop railguns, these mission requirements require launch currents of a few million amperes, so a typical railgun power supply might be designed to deliver a launch current of 5 MA for a few milliseconds.
(5 миллионов ампер)
Вообще, читайте
https://en.wikipedia.org/wiki/Coilgun
https://en.wikipedia.org/wiki/Space_gun

[vvarhammer.livejournal.com]

Нет, Вы меня сейчас реально хотите убедить, что на электричестве запускать дороже, чем на жидком реактивном топливе? При том, что везде понастроена куча электростанций?

Вы вообще себе представляете энергопотребление крупных производств, и всяких там действующих ускорителей элементарных частиц? А инфраструктуру для производства и хранения компонентов топлива для ЖРД представляете?

Что касается 5 миллионов ампер, то тут нужно обратить внимание также на рабочее время - несколько миллисекунд. Прочитайте про мощные лазеры, к примеру, какие там используются энергии, и какое выходит общее энергопотребления за счет крайне малого времени импульса.

Ну и что касается ссылки на википедию про космическую пушку, то обратите внимание на следующий текст:
"Если будут найдены приемлемые решения этих основных проблем, то космическая пушка может обеспечить вывод грузов в космическое пространство по беспрецедентно низкой цене 550$ за килограмм."

С интересом жду дальнейших аргументов про "гораздо проще и дешевле".

[djkmomega.livejournal.com]

Я вас убеждать ни в чем не собираюсь - это бесполезно, как я погляжу. Спорить с верующими - себе дороже. Лишь укажу, что работа с жидким кислородом не представляет никакой сложности. С ним работают в огромных количествах - применяют для выплавки стали и проч. Без проблем транспортируется жидкий кислород железной дорогой (в цистернах). О керосине уж и речи нет. Это самый дешевый продукт переработки нефти.

А как вы себе представляете инфраструктуру вашей электропушки?. Надо десятки мегаватт мощности. Их можно взять, если вы собираетесь пулять из подмосковья. Но энергетики не обрадуются огромному кратковременному забору мощности. Я если это делать все вдали от цивилизации, то придется строить электростанцию, которая будет вас питать во время выстрела. А куда энергию девать в остальное время? Турбина не лампочка - ее не включишь за секунду. А по проводам из энергосистемы единой вам тоже много мощности не отдадут кратковременно.

"Если будут найдены приемлемые решения" - ежели, да кабы. Ракетная технология уже решения нашла, просто нет запроса на массовые запуски. Если такой запрос будет, тут же сделают многоразовые ракеты, которые будут по дешевке выводить грузы. Много спутников просто нафиг не нужно никому.

[vvarhammer.livejournal.com]

А как берет энергию тот же БАК? Любая энергозатратная девайсина, которая работает не в постоянном режиме, обычно имеет систему накопителей, как Вы наверное в курсе.

Насчет "много спутников не нужно никому" - по таким конским ценам, конечно, не нужно. А если цены сильно упадут - станет очень много кому нужно. Не говоря уже о том, что все национальные космические программы будут крайне рады выводить полезный груз не по астрономическим ценам, и "на потоке", а не планируя запуски на несколько лет.

[djkmomega.livejournal.com]

Нет за земле приборов, сравнимых по потреблению с вашей суперпушкой. Ни LHC, ни NIF не идут в сравнение. NIF - лазерная термоядерная установка накапливает меньше 200 Квт-час конденсаторами, БАКу тоже не нужны дикие импульсы тока.

А насчет потребности в спутниках - ее реально мало. Они мало кому нужны. Кому надо, например, попасть на дно марианской впадины? Что там делать? Как авиация развивалась? Она тоже была дорога, но полеты реально были нужны людям. Появилась масса фирм-производителей, перевозчиков. А с космосом что? Две частные фирмы, которые живут на деньги НАСА. И все.

[vvarhammer.livejournal.com]

>Нет за земле приборов, сравнимых по потреблению с вашей суперпушкой.
ITER. Опять же из википедии: Постоянное потребление энергии системами токамака составит примерно 110 МВт, при пиковом потреблении до 620 МВт на период около 30 секунд во время зажигания плазмы.

Насчет потребности в спутниках спорить сейчас не хочу, это отдельный вопрос.
Космические программы, как я уже сказал, имеют огромную потребность в дешевых системах доставки. Все крупные межпланетные программы сейчас болтаются в проектной стадии из за чудовищной стоимости постройки транспортной системы на орбите.

[poulsam.livejournal.com]

Постройте башенку до неба, делов-то :)