Космическая пушка

, Космическая пушка которую иногда называют пушкой Верна из-за ее появления в « С Земли на Луну романе Жюля Верна », представляет собой метод запуска объекта в космос с использованием большой конструкции, напоминающей пушку или пушку . Таким образом, космические пушки потенциально могут стать методом неракетного запуска в космос . Было высказано предположение, что космические пушки могут выводить спутники на орбиту Земли (хотя для достижения стабильной орбиты потребуется запуск спутника после запуска), а также могут запускать космические корабли за пределы гравитационного притяжения Земли в другие части Солнечной системы с помощью превышающая скорость убегания Земли около 11,20 км / с (40 320 км / ч; 25 050 миль в час). Однако эти скорости слишком далеки от гиперзвукового диапазона для большинства практических двигательных систем, а также могут привести к сгоранию большинства объектов из-за аэродинамического нагрева или разрыву их на части из-за аэродинамического сопротивления . Таким образом, более вероятным будущим использованием космических орудий будет запуск объектов на низкую околоземную орбиту , после чего можно будет запустить прикрепленные ракеты или объекты могут быть «собраны» маневренными орбитальными спутниками. ^{[ нужна ссылка ]}

В проекте HARP , совместном оборонном проекте США и Канады 1960-х годов, орудие ВМС США 410-мм (16 дюймов) калибра 100 использовалось для стрельбы снарядом массой 180 кг (400 фунтов) со скоростью 3600 м / с (12 960 км / ч; 8050). миль в час), достигнув апогея 180 км (110 миль), выполняя, таким образом, суборбитальный космический полет . Однако космическая пушка никогда не использовалась успешно для запуска объекта на орбиту или за пределы гравитационного поля Земли.

Технические проблемы

Большая перегрузка, которую , вероятно, испытает баллистический снаряд, запущенный таким образом, будет означать, что космическая пушка будет неспособна безопасно запускать людей или хрупкие инструменты, а будет ограничена грузовыми , топливными или прочными спутниками.

Выход на орбиту

Космическая пушка сама по себе не способна вывести объекты на стабильную орбиту вокруг объекта (планеты или другого объекта), с которого они запускаются. Орбита представляет собой параболическую орбиту , гиперболическую орбиту или часть эллиптической орбиты , которая заканчивается на поверхности планеты в точке запуска или другой точке. Это означает, что нескорректированная баллистическая полезная нагрузка всегда будет поражать планету на ее первой орбите, если только скорость не будет настолько высокой, что достигнет или превысит скорость убегания . В результате всем полезным нагрузкам, предназначенным для выхода на замкнутую орбиту, необходимо как минимум выполнить некоторую коррекцию курса, чтобы создать другую орбиту, не пересекающую поверхность планеты.

Ракету можно использовать для дополнительного ускорения, как запланировано как в проекте HARP , так и в проекте Quicklaunch . Величина такой поправки может быть небольшой; например, эталонный проект StarTram Generation 1 предполагает в общей сложности горение ракеты со скоростью 0,6 км/с (1300 миль в час), чтобы поднять перигей значительно над атмосферой при выходе на низкую околоземную орбиту со скоростью 8 км/с (18 000 миль в час) . ^[1]

В трёх телах ^{[ сломанный якорь ]} или более крупной системе, может быть доступна гравитационная траектория, так что траектория тщательно нацеленного снаряда со скоростью убегания будет изменена гравитационными полями других тел в системе, так что снаряд в конечном итоге вернется на орбиту исходной планеты, используя только запуск. дельта-v . ^[2]^[3]

Исаак Ньютон избежал этого возражения в своем мысленном эксперименте, разместив свою воображаемую пушку на вершине высокой горы и постулировав незначительное сопротивление воздуха. Если бы снаряд находился на стабильной орбите, он облетел бы планету и вернулся на высоту запуска после одного витка (см. Пушечное ядро Ньютона ). ^[4]

Ускорение

Для космической пушки со стволом длиной ( $l$ ) и необходимую скорость ( $v_{e}$ ), ускорение ( $a$ ) определяется следующей формулой: ^{[ нужна ссылка ]}

a={\frac {v_{e}^{2}}{2l}}

Например, с помощью космической пушки с вертикальным «стволом» через земную кору и тропосферу общей длиной около 60 км (37 миль) ( $l$ ) и скорость ( $v_{e}$ ) достаточно, чтобы преодолеть гравитацию Земли ( скорость отрыва , которая на Земле составляет 11,2 км/с или 25 000 миль в час), ускорение ( $a$ ) теоретически будет более 1000 м/с. ² (3300 футов/с ²), что составляет более 100 перегрузок , что примерно в 3 раза превышает человеческую толерантность к перегрузкам максимум от 20 до 35 g. ^[5] в течение ~ 10 секунд, которые потребовались бы для такой стрельбы. Этот расчет не учитывает уменьшение скорости отрыва на больших высотах.

Практические попытки

Пушка V3 (1944-45)

Немецкая программа пушки Фау-3 во время Второй мировой войны представляла собой попытку создать что-то похожее на космическую пушку. Базировавшееся в районе Па-де-Кале во Франции планировалось, что оно будет более разрушительным, чем другое нацистское « оружие мести ». Пушка была способна стрелять снарядами массой 140 кг (310 фунтов) и диаметром 15 см (5,9 дюйма) на расстояние 88 км (55 миль). Он был разрушен в результате британскими ВВС бомбардировки Tallboy блокбастерами в июле 1944 года. ^[6]

Проект сверхвысотных исследований (1985-95)

Программа США по противоракетной обороне спонсировала проект сверхвысотных исследований (SHARP) в 1980-х годах. разработанная в Ливерморской лаборатории Лоуренса Это легкогазовая пушка, , использовалась для испытания объектов, горящих со скоростью 9 Маха .

Проект Вавилон (1988–90)

Самой известной недавней попыткой создать космическую пушку стал артиллерийского инженера Джеральда Булла « проект Вавилон », который в средствах массовой информации также называли «иракской суперпушкой». Во время проекта «Вавилон» Булл использовал свой опыт проекта HARP, чтобы построить огромную пушку для Саддама Хусейна , лидера баасистского Ирака . Булл был убит до завершения проекта. ^[7]

Быстрый запуск (1996-2016)

После закрытия SHARP ведущий разработчик Джон Хантер в 1996 году основал компанию Jules Verne Launcher Company и компанию Quicklaunch . По состоянию на сентябрь 2012 года компания Quicklaunch стремилась собрать 500 миллионов долларов для создания пушки, которая могла бы дозаправлять склады топлива или отправлять сыпучие материалы в космос. ^[8]^[9]^[10]

Таранные ускорители также предлагались в качестве альтернативы газовым пушкам. Другие предложения используют электромагнитные методы для ускорения полезной нагрузки, такие как койлганы и рельсотроны . ^{[ нужна ссылка ]}

В художественной литературе

Стрельба из космической пушки в произведении Жюля Верна « *С Земли на Луну».*

Первой публикацией этой концепции может стать пушечное ядро Ньютона в его книге 1728 года «Трактат о системе мира» , хотя в основном оно использовалось в качестве мысленного эксперимента, касающегося гравитации. ^[11]

Пожалуй, самые известные изображения космической пушки появляются в романе Жюля Верна 1865 года « С Земли на Луну» и в его романе 1869 года « Вокруг Луны » (во многом интерпретированном в фильме 1902 года «Путешествие на Луне »), в которых астронавты летят на Луну. Луна на борту корабля, запущенного из пушки. Другой известный пример используется марсианами для начала своего вторжения в Герберта Уэллса книге «Война миров» 1897 года . Уэллс также использовал эту концепцию в кульминации фильма 1936 года « Грядущие события» . В одном из первых польских научно-фантастических романов «На серебряном глобусе» Анджея Жулавского , опубликованном в 1903 году, астронавты отправляются на Луну с помощью космической пушки. Устройство было показано в фильмах еще в 1967 году, таких как «Ракета на Луну» Жюля Верна .

В видеоигре 1991 года Ultima: Worlds of Adventure 2: Martian Dreams строит Персиваль Лоуэлл космическую пушку для отправки космического корабля на Марс .

В видеоигре 1992 года «Стальная империя» , стрелялке в стиле стимпанк , на седьмом уровне присутствует космическая пушка, которую главный злодей генерал Стайрон использует для запуска на Луну.

В романе Ханну Раджаниеми 2012 года «Фрактальный принц » космическая пушка «Джанна-пушки», оснащенная ядерной бомбой мощностью 150 килотонн , используется для запуска космического корабля с Земли.

В видеоигре SOMA 2015 года используется космическая пушка, используемая для запуска спутников.

Джеральда Булла Убийство и пистолет проекта «Вавилон» стали также отправной точкой для романа Фредерика Форсайта 1994 года «Кулак Бога» . В новелле Ларри Бонда 2001 года и романе 2015 года «Lash-Up » Китай использует космическую пушку для уничтожения американских спутников GPS .

В ролевой игре 2004 года Paper Mario: The Thousand-Year Door деревня Боб-омбов использует космическую пушку, чтобы отправить Paper Mario и компанию на базу X-Naut на Луне.

Джеральд Булл и проект «Вавилон» являются неотъемлемой частью сюжета романа Луизы Пенни 2015 года «Природа зверя» .

См. также

Геостационарная орбита : круговая орбита на высоте 35 786 км (22 236 миль) над Землей, используемая спутниками связи.
Пушечное ядро Ньютона
Кулак Бога
ОСТРЫЙ
Быстрый запуск
СпинЛаунч
СтарТрамвай
Массовый драйвер
Космический лифт
Запустить цикл
Лайткрафт
Космический фонтан
Тросовая тяга
Неракетный космический запуск

Ссылки

^ «StarTram2010: Запуск на магнитной подвеске: сверхнизкий доступ к сверхбольшим объемам космоса для грузов и людей» . startram.com . Проверено 28 апреля 2011 г.
^ Кларк, Виктор К. младший (10 апреля 1970 г.), Очерк о применении и принципах гравитационных траекторий для космических полетов (PDF) , Лаборатория реактивного движения, Калифорнийский технологический институт, стр. 7, заархивировано из оригинала (PDF) 18 апреля 2016 г. , получено 13 августа 2013 г. Таким образом , по индукции очевидно, что процесс переключения космического корабля с одной планеты на другую может продолжаться бесконечно, если планеты находились в выгодных положениях.
^ Минович, Майкл (23 августа 1961 г.), Метод определения межпланетных разведывательных траекторий свободного падения (PDF) , Технические памятки Лаборатории реактивного движения, стр. 38–44
^ Ньютон, Исаак (1728). Трактат о системе мира . Ф. Файрам. стр. 6–12.
^ «Биография Дэвида Перли» . Автографы пилотов Формулы-1 Антона Сукупа . Проверено 31 июля 2006 г. Перли подвергся воздействию самой высокой перегрузки, когда-либо существовавшей на свете - 179,8G - когда автомобиль разогнался со скорости 108 миль в час до нуля всего за полметра.
^ Сотрудники Королевских ВВС (6 апреля 2005 г.). «История Королевских ВВС - 60-летие бомбардировочного командования» . Бомбардировочное командование: Дневник кампании . РАФ. Архивировано из оригинала 6 июля 2007 года . Проверено 23 октября 2013 г.
^ Лоутер, Уильям (1991). Оружие и человек: доктор Джеральд Булл, Ирак и суперпушка . Президио Пресс. ISBN 978-0-89141-438-4 .
^ «Быстрый запуск доступного доступа в космос» . Компания TekLaunch Inc. Архивировано из оригинала 24 июля 2011 г. {{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
^ «Концепция компании по производству пусковых установок Жюля Верна» . astronautix.com. Архивировано из оригинала 27 августа 2002 года . Проверено 11 ноября 2011 г.
^ Элахи, Амина (15 января 2010 г.). «Пушка для стрельбы в космос» . Популярная наука . Проверено 11 ноября 2011 г.
^ Грег Гебель (1 ноября 2019 г.). «[4.0] Космические пушки» . Движение космического полета (изд. v1.4.0).

Внешние ссылки

[1] «StarTram2010: Запуск на магнитной подвеске: сверхнизкий доступ к сверхбольшим объемам космоса для грузов и людей» . startram.com . Проверено 28 апреля 2011 г.

[2] Кларк, Виктор К. младший (10 апреля 1970 г.), Очерк о применении и принципах гравитационных траекторий для космических полетов (PDF) , Лаборатория реактивного движения, Калифорнийский технологический институт, стр. 7, заархивировано из оригинала (PDF) 18 апреля 2016 г. , получено 13 августа 2013 г. Таким образом , по индукции очевидно, что процесс переключения космического корабля с одной планеты на другую может продолжаться бесконечно, если планеты находились в выгодных положениях.

[3] Минович, Майкл (23 августа 1961 г.), Метод определения межпланетных разведывательных траекторий свободного падения (PDF) , Технические памятки Лаборатории реактивного движения, стр. 38–44

[4] Ньютон, Исаак (1728). Трактат о системе мира . Ф. Файрам. стр. 6–12.

[Purley-5] «Биография Дэвида Перли» . Автографы пилотов Формулы-1 Антона Сукупа . Проверено 31 июля 2006 г. Перли подвергся воздействию самой высокой перегрузки, когда-либо существовавшей на свете - 179,8G - когда автомобиль разогнался со скорости 108 миль в час до нуля всего за полметра.

[6] Сотрудники Королевских ВВС (6 апреля 2005 г.). «История Королевских ВВС - 60-летие бомбардировочного командования» . Бомбардировочное командование: Дневник кампании . РАФ. Архивировано из оригинала 6 июля 2007 года . Проверено 23 октября 2013 г.

[7] Лоутер, Уильям (1991). Оружие и человек: доктор Джеральд Булл, Ирак и суперпушка . Президио Пресс. ISBN 978-0-89141-438-4 .

[8] «Быстрый запуск доступного доступа в космос» . Компания TekLaunch Inc. Архивировано из оригинала 24 июля 2011 г. {{cite web}}: CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )

[9] «Концепция компании по производству пусковых установок Жюля Верна» . astronautix.com. Архивировано из оригинала 27 августа 2002 года . Проверено 11 ноября 2011 г.

[10] Элахи, Амина (15 января 2010 г.). «Пушка для стрельбы в космос» . Популярная наука . Проверено 11 ноября 2011 г.

[11] Грег Гебель (1 ноября 2019 г.). «[4.0] Космические пушки» . Движение космического полета (изд. v1.4.0).

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]