Pytanie:
Czy proch może zabrać cię na księżyc?
James Jenkins
2013-07-29 20:08:20 UTC
view on stackexchange narkive permalink

W „From the Earth to the Moon” (1873) Juliusza Verne'a, ogromne działo jest używane do wysłania statku kosmicznego na Księżyc. Ożywiona dyskusja w rozdziale IX prowadzi do użycia 400 000 funtów piorunującej bawełny do wystrzelenia statku na Księżyc.

Dwa pytania;

  1. Czy 1 600 000 funtów (725 748 kg) proszku to 400 000 funtów (181 437 kg) piorunującej bawełny do podnoszenia?
  2. Odkładając na bok wszystkie inne kwestie, czy któraś z wysokości podnoszenia pozwoli Ci dostać się na Księżyc?
Brzmi jak praca dla Mythbusters.
Nie sprawdzając gęstości energii prochu, założyłbym się, że żadna ilość nie doprowadzi cię na Księżyc.
@deltree Znacznie bardziej odpowiednie: http://what-if.xkcd.com/24/
Myślę, że musisz wyjaśnić (2), czy masz na myśli „weź coś na księżyc” czy „weź kogoś na księżyc”. Są to dwa zupełnie inne przedsięwzięcia, ponieważ zdobycie tam kawałka metalu wymaga nieco innych możliwości niż sprowadzenie tam żywej osoby.
Kwestie związane z chemią i materiałoznawstwem mogą stanąć na Twojej drodze na długo przed tym, zanim balistyka stanie Ci na drodze. Poziom energii uwolnionej przez tę skalę eksplozji, zakładając, że uda ci się zapalić proch strzelniczy w tej skali, zniszczyłby twoje działo na długo przed wystrzeleniem twojego pocisku w górę z prędkością 12 kilometrów na sekundę. Byłbym zszokowany, gdybyś mógł w ten sposób wystrzelić w kosmos kulę ze stali nierdzewnej.
Tematy do lektury obowiązkowej: [V-3] (https://en.wikipedia.org/wiki/V-3_cannon) i [Gerald Bull] (https://en.wikipedia.org/wiki/Gerald_Bull).
Czytając o pracy Geralda Bulla, można by pomyśleć, że można to zrobić. Jeśli wyobrażasz sobie wystarczająco dużą, wystarczająco długą, wystarczająco mocną lufę pistoletu i duży ładunek miotający zapalony na dole, czy możesz oczekiwać, że paliwo będzie się palić od dołu do góry, tak że rozszerzające się gazy pozostaną poniżej niespalonego paliwa, tak że pocisk mógłby przyspieszać tak długo, jak długo jest paliwo do spalenia, a beczka zawierała gazy? Nie byłbyś ograniczony przez prędkość frontu detonacji, ponieważ cały porusza się wraz z przyspieszającym pociskiem.
To trochę kwestionuje zakres, ale oto kolejny Co jeśli? o używaniu broni palnej do wytwarzania ciągu: http://what-if.xkcd.com/21/
Największymi problemami byłyby: siły g - dostatecznie długa lufa / dostatecznie duże, ale progresywne spalanie, aby osiągnąć prędkość ucieczki przy akceptowalnie niskim przyspieszeniu; tarcie w lufie działa przy prędkościach hipersonicznych; podróże hipersoniczne w atmosferze na małej wysokości z towarzyszącym ogrzewaniem i utratą prędkości. Być może możliwe, ale dalekie od praktycznego.
Cztery odpowiedzi:
#1
+52
PearsonArtPhoto
2013-07-29 22:21:24 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Delta V wymagana do wystrzelenia to około 14 km / s do niskiej orbity księżycowej, według Wikipedii. Oznacza to, że aby okrążyć Księżyc, musiałbyś osiągnąć prędkość 14 km / s. Część z nich będzie musiała zostać wykonana z kosmosu, ale większość teoretycznie można by osiągnąć z ziemi. Co więc musisz zrobić, aby tak się stało?

Podczas II wojny światowej Niemcy opracowali pocisk artyleryjski, który mógł poruszać się z prędkością 1,67 km / s. Wykorzystał 200 kg prochu i wystrzelił 106-kilogramowy pocisk. Załóżmy tylko, że możesz skalować to w nieskończoność w górę (mało prawdopodobne, ale przyjmiemy na chwilę). Ponadto przyjmijmy, że statek ma masę 1000 kg (prawdopodobnie byłaby większa). Biorąc to wszystko pod uwagę, potrzeba 10 razy więcej, aby wystrzelić statek z tą samą prędkością i około 72 razy więcej, aby wystrzelić statek na orbitę księżycową. Skalowałoby się to do około 14400 kg proszku lub około 16 ton proszku, znacznie mniej niż Jules Vern stwierdził, że potrzebujesz. Dlaczego więc tego nie zrobimy?

Chociaż teoretycznie można było dostać się na Księżyc w ten sposób, czysty ciąg armat nie wystarczyłby do wylądowania na Księżycu, przynajmniej w sposób kontrolowany. Wylądowałbyś na Księżycu z prędkością księżycowego ucieczki 2,4 km / s, bez rakiety, która by cię zatrzymała. Co więcej, siły grawitacji wywierane na was podczas startu byłyby ogromne, elektronika pocisków artyleryjskich musi być oceniana na 15 000 Gs. Powodzenia w znalezieniu osoby, która to przeżyje. Poza tym fizyka nie jest do końca skalowana, jak wskazałem tutaj, ale liczby zapewniają dobre przybliżenie pierwszego rzędu.

Profil startu rakiety jest prawie najlepszym argumentem na przeniesienie astronautów w kosmos, jeśli chodzi o ilości grawitacji. Naprawdę musisz przez jakiś czas nieustannie pchać. Jednak działo szynowe może zapewnić część prędkości potrzebnej do orbity, jeśli dobrze zaplanujesz, aby tak się stało.

Myślałem, że głównym kontrargumentem jest to, że gdy przekroczysz prędkość termiczną produktów reakcji, w zasadzie nie uzyskasz żadnej marginalnej użyteczności w kategoriach zwiększania prędkości.
@AlanSE: Zapraszam do napisania własnej odpowiedzi, przyznaję, moja jest bardzo szorstka. Dla mnie największym problemem jest to, że nie możesz przestać, jeśli polegałeś na kanonie, który wystrzelił w dowolne miejsce, więc ...
Chociaż oczywiście byłyby problemy z przyspieszaniem i zwalnianiem, gdyby zaangażowani byli ludzie, czy taki system (teoretycznie) mógłby być użyty do ponownego zaopatrzenia w surowce z Ziemi do bazy księżycowej? Może zrobić łóżko ze zmiażdżonej księżycowej skały / pyłu, aby wylądować, lub jakieś poduszki powietrzne… czy to wystarczy, aby powstrzymać od wystrzeliwania kawałków księżyca przy każdym uzupełnieniu?
@PeterLeppert: Tak, to możliwe, ale prawdopodobnie nie przy użyciu podejścia armatniego. Być może karabin, z innych powodów.
Start byłby na tyle śmiertelny, że zabiłby wszystko, co mogłoby zostać zabite przez lądowanie ...
@ ŁukaszLech Nie, start nie zabiłby niczego, co akurat znajdowało się na Księżycu blisko tego miejsca, gdy statek wylądował. Dlaczego twierdzisz, że tak?
@AJMansfield Miałem na myśli wszystko, co by się stało, gdyby podróżować takim statkiem.
12 km / s to prędkość niezbędna do osiągnięcia niskiej orbity Ziemi. Aby wystrzelić pocisk na Księżyc, musisz być w stanie dotrzeć do punktu Lagrangianu między Ziemią a Księżycem. Znajduje się 385000 od ziemi, więc prędkość pocisku potrzebna do wystrzału powinna być znacznie większa, aby go dosięgnąć, a następnie tylko osiągnąć niską orbitę możliwą przy wystrzale z prędkością 12 km / h.
10, aby osiągnąć niską orbitę ziemską, 14, aby osiągnąć LLO. Ups ... Dostosujemy się zgodnie z wymaganiami.
#2
+25
Thomas Pornin
2013-07-30 01:22:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

O ile mi wiadomo, fala uderzeniowa w detonujących materiałach wybuchowych nie przebiega szybciej niż około 2,5 km / s, więc pocisk nie zostanie wyrzucony powyżej tej prędkości, bez względu na to, ile beczek prochu zgromadzisz. Fala uderzeniowa może zostać przyspieszona, jeśli operacja ma miejsce w środowisku wysokiego ciśnienia, ale osiągnięcie prędkości wystarczającej do wejścia na orbitę (około 8 km / s) wydaje się trudne, nie mówiąc już o udaniu się na Księżyc.

Można jednak stworzyć system wieloetapowy: jedno działo, które strzela, drugie działo, które strzela z trzeciego działa i tak dalej. Ostatecznie skończysz z rakietą, a nie armatą. To trochę kwestia definicji ...

(Wariant z materiałem wybuchowym nieco mocniejszym od prochu strzelniczego jest poważnie badany, ale wątpię, aby tak się stało wkrótce.)

Przyspieszenie spłaszczyłoby również w bardzo dosłowny sposób każdego kręgowca, na tyle pechowego, że został wybrany do tej podróży. Armaty kosmiczne to coś więcej niż bezczynne spekulacje, ale służą one do wystrzeliwania materiałów masowych, a nie ludzi.

#3
+12
Kevin
2013-07-29 22:36:00 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Bezwzględna teoretyczna maksymalna masa, jaką 1600000 funtów proszku może wystrzelić na Księżyc, jest nieco poniżej 35 500 kg. Obliczenia nie są wcale takie trudne (fizyka oparta na rachunku wstępnym), ale są dość długie i skomplikowane i byłyby dość brzydkie w takim miejscu bez matematyki, jednak to czyni dwa główne założenia, które w rzeczywistości nie mogą się zdarzyć: brak oporu powietrza , a cały proszek spala się natychmiast, przenosząc całą swoją energię na rakietę (ani na wizualny płomień, ani na dźwięk itp.). Nadal pracuję nad ilościową analizą tych efektów, ale jestem całkiem pewien, że rozliczenie ze względu na opór powietrza lub skończoną prędkość spalania rakiety uniemożliwiłoby dotarcie do Księżyca.

Maksymalna prędkość, jaką może osiągnąć rakieta napędzana paliwem, zależy od masy rakiety, masy paliwa i prędkość wydechu spalin. Według Jamesa Jenkinsa, statek ważył 20000 funtów; paliwo to, oczywiście, 1600000 funtów. Przy typowej prędkości wydechu czarnego prochu wynoszącej 800 m / s. Bez walki z grawitacją ta ilość prochu mogłaby rozpędzić statek do nieco ponad 3 , 500 m / s, znacznie poniżej prędkości ucieczki Ziemi wynoszącej 11 200 m / s. Obracając trochę, ten stosunek masy wymagałby prędkości spalin prawie 2550 m / s. A dla kompletności, podane 160 milionów funtów paliwa pędnego mogłoby wystrzelić rakietę nieco poniżej 1,5 funta; do wystrzelenia całej rakiety o masie 20 000 funtów potrzeba było 24 miliardów funtów paliwa.

Statek Julesa Verne'a miał 108 cali średnicy i ważył 20 000 funtów (9071 kg) http://en.wikisource.org/wiki/From_the_Earth_to_the_Moon/Chapter_VIII
#4
+5
geoffc
2013-07-29 23:35:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Istnieje opowieść, że pierwszym obiektem stworzonym przez człowieka, który osiągnął prędkość ucieczki, była osłona przypominająca dziurę ludzką, nad otworem wylotowym, z podziemnego testu bomby atomowej.

Jednak cytują to na stronie internetowej.

Jednak założenie, że mógł on uciec z Ziemi, jest niewiarygodne (dyskrecja dr Brownlee w sprawie priorytetowego roszczenia jest słuszna rozmyślny). Pomijając to, czy taki ekstremalnie hipersoniczny, nieerodynamiczny obiekt mógłby nawet przetrwać przejście przez niższą atmosferę, wydaje się niemożliwe, aby zachował on większość swojej prędkości początkowej podczas przechodzenia przez atmosferę. Pocisk hipersoniczny wystrzeliwany z ziemi ma ten sam problem z utrzymaniem prędkości, jaką ma nadlatujący meteor. Według American Meteor Society Fireball i Meteor FAQ, meteory o masie poniżej 8 ton nie zachowują żadnej ze swojej prędkości kosmicznej podczas przechodzenia przez atmosferę, po prostu kończą jako spadająca skała. Tylko obiekty ważące wielokrotnie tę masę zachowują znaczną część swojej prędkości.

Z innej zabawnej perspektywy istnieje wspaniała historia science fiction, zatytułowana Statek kosmiczny King Davids. Jerry'ego Pournelle'a, który postuluje wszechświat, w którym międzygwiezdne społeczeństwa nie będą interweniować, chyba że wasza planeta osiągnie orbitę, az powodów politycznych planeta wymaga lotu kosmicznego tak szybko, jak to możliwe, więc budują załogowy statek, który wykorzystuje podejście polegające na wystrzeliwaniu pistolet w dół (rodzaj chemicznej wersji Oriona), aby dostać się na orbitę.

Pournelle to świetna zabawa przy pisaniu dobrych science fiction i zawiera ciekawe dyskusje na tematy z tym związane.

Dlaczego to niemożliwe? Przejście do prędkości ucieczki nie wymaga, aby wektor znajdował się wzdłuż „lokalnego” horyzontu.
Nie jestem do końca pewien, jak to odpowiada na pytanie? Chociaż jest to interesujące, przypuszczam, że jest to tylko mit miejski i żadna jego część nie próbuje odpowiedzieć na pytanie. : |
@DeerHunter - Czy pokrywa włazu nie rozpadłaby się pod tak ogromnym ciśnieniem, zanim mogłaby osiągnąć prędkość ucieczki, lub przynajmniej nie spłonęłaby w płomieniach w niższej atmosferze?
@DeerHunter Miałem na myśli niemożliwe dla orbitalnej prędkości ucieczki. Jednak prędkość ucieczki wydaje się nadmiernie wysoka, nawet jak na zdarzenie nuklearne.
@TildalWave Odpowiada przez analogię. Jeśli nawet zdarzeniu nuklearnemu nie udało się wygenerować wystarczającego impulsu dla prędkości orbity / ucieczki, wydaje się bardzo prawdopodobne, że żadne zdarzenie prochowe również się nie powiedzie.
Geoffc: Nie do pomyślenia jest z czysto balistycznego punktu widzenia (gdyby nie dolna atmosfera), aby wyobrazić sobie osiągnięcie orbity prostym strzałem, ponieważ krążenie wokół Księżyca może nieco pociągnąć perycentrum ... (tak, Wiem, bezczynne spekulacje) @TildalWave - to drugie (płonące w płomieniach) jest całkiem prawdopodobne.
Geoffc - analogia nie jest naukowa. Uważaj na analogie, jeśli nie wykonałeś lub nie możesz wykonać obliczeń, nawet na odwrocie koperty.
Czy ktoś pytał o tę bombę na [sceptics.se]?
To był test Pascala-B operacji Plumbob. Prędkość początkowa wynosiła minimum 66 km / s; dowolny wolniejszy i zostałby zaobserwowany na więcej niż jednej klatce szybkiej kamery filmującej test: http://en.wikipedia.org/wiki/Operation_Plumbbob#The_first_nuclear-propelled_manmade_object_in_space
@DanNeely: Uważam, że źródłem tego jest artykuł i faktycznie zawiera cytat, który bezpośrednio odnosi się do aktualnego pytania. W związku z tym zredagowałem pytanie, aby zawrzeć odpowiednie informacje.
Właściwie uważam, że jest to jedna z najlepszych odpowiedzi, ponieważ podkreśla, co może zrobić rakieta, czego nie może zrobić proch strzelniczy, a mianowicie unosi coś stosunkowo wolno przez atmosferę, aż można ją bezpiecznie przyspieszyć do prędkości orbitalnej / ucieczki bez spalenia.


To pytanie i odpowiedź zostało automatycznie przetłumaczone z języka angielskiego.Oryginalna treść jest dostępna na stackexchange, za co dziękujemy za licencję cc by-sa 3.0, w ramach której jest rozpowszechniana.
Loading...