Pitanje:
Može li vas barut odvesti na Mjesec?
James Jenkins
2013-07-29 20:08:20 UTC
view on stackexchange narkive permalink

U filmu "Od zemlje do Mjeseca" (1873.) Julesa Vernea, ogroman top koristi se za slanje svemirskog broda na Mjesec. Živahna rasprava u poglavlju IX dovodi do korištenja 400 000 kilograma punog pamuka za lansiranje svog broda na Mjesec.

Dva pitanja;

  1. Je li 1.600.000 funti (725.748 kg) praha jednako 400.000 funti (181.437 kg) blistavog pamuka za podizanje?
  2. Ako ostavimo po strani sve ostale probleme, hoće li vas bilo koji lift podići do Mjeseca?
Zvuči kao posao za Mythbustere.
Bez da zapravo potražim energetsku gustoću baruta, kladio bih se da vas nijedna količina neće odvesti na Mjesec.
@deltree Daleko relevantnije: http://what-if.xkcd.com/24/
Mislim da trebaš pojasniti (2) misliš li "odvesti nešto na mjesec" ili "odvesti osobu na mjesec". To su dva potpuno različita pothvata jer dobivanje tamo dijela metala zahtijeva nešto drugačije mogućnosti od dovođenja žive osobe tamo.
Problemi s kemijom i naukom o materijalima mogli bi vam se naći prije nego što vam balistika stane na put. Razina energije oslobođena tom razinom eksplozije, pod pretpostavkom da biste uspjeli zapaliti barut te razmjere, raznijela bi vam top puno prije nego što bi vaš projektil lansirao prema gore brzinom od 12 kilometara u sekundi. Bio bih šokiran da uopće možete lansirati kuglu od nehrđajućeg čelika u svemir na ovaj način.
Teme za obavezno čitanje: [V-3] (https://en.wikipedia.org/wiki/V-3_cannon) i [Gerald Bull] (https://en.wikipedia.org/wiki/Gerald_Bull).
Čitajući o djelu Geralda Bulla, pomislili biste da se to može učiniti. Ako zamislite dovoljno veliku, dovoljno dugu, dovoljno snažnu cijev pištolja i veliki pogonski naboj zapaljen na dnu, možete li očekivati ​​da gorivo gori odozdo prema gore, tako da rastući plinovi ostaju ispod neizgorenog pogonskog goriva, tako da projektil bi mogao nastaviti ubrzavati sve dok još ima goriva za sagorijevanje i cijevi za zadržavanje plinova? Ne biste bili ograničeni brzinom detonacijskog fronta jer se sve kreće ubrzavajućim projektilom.
To malo izaziva opseg, ali evo još jednog Što ako? o upotrebi vatrenog oružja za proizvodnju potiska: http://what-if.xkcd.com/21/
Najveći problemi bili bi: g sile - dovoljno dugo bačve / dovoljno veliko, ali progresivno izgaranje da bi se postigla brzina bijega pri prihvatljivo malom ubrzanju; trenje unutar cijevi topa pri hipersoničnim brzinama; hipersonično putovanje u atmosferi male visine uz prateće zagrijavanje i gubitak brzine. Možda je moguće, ali daleko od praktičnog.
četiri odgovori:
#1
+52
PearsonArtPhoto
2013-07-29 22:21:24 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Zahtjev za pokretanje Delta V-a iznosi oko 14 km / s do niske mjesečeve orbite, prema Wikipediji. To znači da biste morali postići brzinu od 14 km / s da biste kružili oko Mjeseca. Nešto od toga trebat će izvesti iz svemira, ali veći dio teoretski bi se mogao postići sa zemlje. Pa, što trebate učiniti da se to dogodi?

U Drugom svjetskom ratu Nijemci su razvili topničku granatu koja je mogla putovati 1,67 km / s. Upotrijebio je 200 kg praha, a ispalio je granatu od 106 kg. Pretpostavimo samo da biste to mogli beskonačno skalirati prema gore (Nije vjerojatno, ali samo ćemo na trenutak pretpostaviti). Nadalje, pretpostavimo masu od 1000 kg za brod (vjerojatno bi bila veća). S obzirom na sve to, za lansiranje broda iste brzine trebalo bi vam 10 puta više, a za lansiranje u mjesečevu orbitu otprilike 72 puta više. To bi se smanjilo na oko 14400 kg praha ili oko 16 tona praha, mnogo manje nego što je Jules Vern izjavio da će vam trebati. Pa, zašto to ne bismo učinili?

Iako se u teoriji moglo doći do Mjeseca ovako, čisti potisak topa ne bi bio dovoljan za slijetanje na Mjesec, barem na kontroliran način. Na kraju biste sletjeli na Mjesec brzinom bijega iz Mjeseca od 2,4 km / s, bez rakete koja bi vas zaustavila. Nadalje, gravitacijske sile koje biste na vas djelovali prilikom lansiranja bile bi ogromne, elektronika topničke granate mora biti ocijenjena na 15000 Gs. Sretno u tome da osoba to preživi. Također, fizika nije baš na skali kako sam ovdje naznačio, ali brojevi pružaju dobru aproksimaciju prvog reda.

Profil lansiranja rakete gotovo je najbolji slučaj za odvođenje astronauta u svemir, u smislu količine gravitacije. Doista vam treba neko vrijeme neprestano zabijati. Međutim, tračnica može pružiti dio brzine potrebne za orbitu, ako pažljivo planirate to ostvariti.

Mislio sam da je glavni protuargument da nakon što prođete toplinsku brzinu produkata reakcije, u osnovi nemate marginalnu korisnost u smislu povećanja brzine.
@AlanSE: Slobodno napišite vlastiti odgovor, moj je vrlo grub, priznajem. Za mene je najveći problem činjenica da se nisi mogao zaustaviti ako si ovisio o kanonu za pokretanje bilo gdje, pa ...
Iako bi očito bilo problema koji bi se ubrzavali i usporavali ako bi ljudi bili uključeni, bi li se sustav poput ovog (teoretski) mogao koristiti za opskrbu sirovina sa zemlje na lunarnu bazu? Možda napravite krevet od zdrobljenog mjesečevog kamena / prašine u koji će sletjeti ili nekakve zračne jastuke .. bi li to bilo dovoljno da se pri svakom dopunjavanju ne rasprskaju komadi mjeseca?
@PeterLeppert: Da, to je moguće, ali vjerojatno ne koristeći topovski pristup. Možda i puška, iz razloga koji su drugačije navedeni.
Lansiranje bi bilo dovoljno smrtonosno da ubije sve što se moglo ubiti slijetanjem ...
@ ŁukaszLech Ne, lansiranje ne bi ubilo ništa što se dogodilo na Mjesecu u blizini kad brod sleti. Zašto tvrdite da bi?
@AJMansfield Mislio sam, sve što bi se dogodilo da putujem s takvim brodom.
12km / s je brzina potrebna za dostizanje Zemljine niske orbite. Da biste pucali projektilom na Mjesec, morate biti u mogućnosti doći do točke Lagrangia između Zemlje i Mjeseca. Nalazi se na udaljenosti od 385000 od zemlje, pa bi brzina projektila potrebna za hitac trebala biti mnogo veća da bi se postigla, nego samo da bi se postigla niska orbita sa hicem od 12 km / h.
10 da dosegne nisku zemaljsku orbitu, 14 da dosegne LLO. Ups ... Prilagodit će se prema potrebi.
#2
+25
Thomas Pornin
2013-07-30 01:22:02 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Koliko znam, udarni val u detonirajućem eksplozivu ne ide brže od oko 2,5 km / s, tako da metak neće biti gurnut preko te brzine, koliko god barela baruta nakupite. Udarni val može se ubrzati ako se operacija odvija u okruženju visokog tlaka, ali čini se da je postizanje dovoljne brzine da se dođe u orbitu (oko 8 km / s) teško, a kamoli odlazak na Mjesec.

Ipak možete napraviti višestupanjski sustav: jedan top koji puca drugi top koji puca treći top, i tako dalje. U konačnici na kraju dobijete raketu, a ne top. Malo je pitanje definicije ...

(Varijanta s eksplozivom malo udarnijim od baruta ozbiljno se istražuje, ali sumnjam da će se to dogoditi uskoro.)

Ubrzanje bi također na vrlo doslovan način izravnalo sve kralježnjake koji nemaju dovoljno sreće da su odabrani za ovo putovanje. Svemirski topovi više su od praznih nagađanja, ali oni služe za lansiranje rasutih materijala, a ne za ljude.

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

Apsolutna teoretska maksimalna masa koju bi 1.600.000 kg praha moglo lansirati na Mjesec je nešto ispod 35.500 kg. Izračun nije toliko težak (uvodna fizika zasnovana na računanju), ali je donekle dugačak i uključen te bi na ovakvom mjestu bio bez ruža bez matematike. Međutim, to donosi dvije glavne pretpostavke koje se zapravo ne mogu dogoditi: nema otpora zraka , i sav prah trenutno sagorijeva, prenoseći svu svoju energiju na raketu (nijednu u vizualni plamen, nijednu ne zvuči itd.) Još uvijek radim na kvantitativnoj analizi tih učinaka, ali sasvim sam siguran da računovodstvo jer bi otpor zraka ili konačna brzina izgaranja rakete onemogućili dosezanje Mjeseca.

Maksimalna brzina koju može postići raketa s pogonom ovisi o masi rakete, masi pogonskog goriva i brzina ispuha ispušnih plinova. Prema Jamesu Jenkinsu brod je bio 20 000 lbs; pogonsko gorivo je, naravno, 1 600 000 lbs. Korištenje tipične brzine ispuha crnog praha od 800 m / s. Bez borbe protiv gravitacije, ta količina baruta mogla bi pogon broda na malo više od 3 , 500 m / s, znatno kraće od Zemljine brzine bijega od 11 200 m / s. Ako ga malo okrenemo, za taj omjer mase potrebna bi bila brzina ispuha od gotovo 2.550 m / s. A za potpunost, danih 160M litara pogonskog goriva moglo bi lansirati raketu malo ispod 1,5 lbs; bilo bi potrebno 24 milijarde funti pogonskog goriva da se lansira puna raketa od 20.000 funti.

Brod Julesa Vernea bio je promjera 108 centimetara, težak 20.000 kilograma (9.071 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

Postoji priča koja govori da je prvi umjetni objekt koji je postigao brzinu bijega bio poklopac u stilu rupe, iznad ispušnog otvora, iz podzemnog ispitivanja nuklearne bombe.

Međutim, oni to citiraju na web mjestu.

Ali pretpostavka da je možda pobjegao sa Zemlje je nevjerojatna (diskrecija dr. Brownleea u podnošenju zahtjeva za prioritet je dobra savjetovao). Ako ostavimo po strani da li bi takav izuzetno hipersonični neerodinamički objekt uopće mogao preživjeti prolazak kroz donju atmosferu, čini se da mu je nemoguće zadržati velik dio svoje početne brzine dok prolazi kroz atmosferu. Prizemni hipersonični projektil ima isti problem s održavanjem svoje brzine kao i dolazni meteor. Prema Američkom društvu meteora Fireball i Meteor FAQ meteori teški manje od 8 tona ne zadržavaju svoju kozmičku brzinu prilikom prolaska kroz atmosferu, oni jednostavno završe kao padajuća stijena. Samo predmeti težine mnogostruko veće od ove mase zadržavaju značajan dio svoje brzine.

Iz druge zabavne perspektive postoji velika priča o znanstvenoj fantastici, nazvana Svemirski brod kralja Davida Jerryja Pournellea koji postulira svemir u kojem međuzvjezdana udruženja farmera neće intervenirati ukoliko vaš planet ne može doseći orbitu, a iz političkih razloga planet zahtijeva let u svemir što je prije moguće, pa oni grade brod s posadom, koji koristi pristup pucanja puška prema dolje, (vrsta kemijske verzije Oriona) za dosezanje orbite.

Pournelle je zabavna za pisanje dobre znanstvene fantastike i vodi zanimljive rasprave o uključenim problemima.

Zašto je to nemoguće? Da bi izbjegao brzinu, ne zahtijeva da se vektor nalazi uz "lokalni" horizont.
Nisam sasvim siguran kako ovo odgovara na pitanje? Iako je zanimljiv, pretpostavljam da je to samo urbani mit i niti jedan njegov dio zapravo ne pokušava odgovoriti na pitanje. : |
@DeerHunter - Ne bi li se poklopac šahta raspršio pod tako velikim pritiskom prije nego što je postigao brzinu izlaska ili barem izgorio u plamenu dok je bio u nižoj atmosferi?
@DeerHunter Mislio sam da je nemoguće za orbitalnu brzinu koja nije izbjegla. No, brzina bijega čini se izuzetno velikom čak i za nuklearni događaj.
@TildalWave Na to odgovara analogno. Ako je malo vjerojatno da je čak i nuklearni događaj uspio generirati dovoljan impuls za brzinu orbite / bijega, čini se vrlo vjerojatnim da ni bilo koji događaj s barutom ne bi uspio.
Geoffc: S čisto balističkog gledišta (da nije bilo nižih slojeva atmosfere) nije nezamislivo zamisliti postizanje orbite uspravnim hicem, jer obilazak Mjeseca može malo povući periapsu ... (da, Znam, špekulacije u praznom hodu) @TildalWave - ovo drugo (izgaranje u plamenu) vrlo je vjerojatno.
Geoffc - analogija nije znanstvena. Čuvajte se analogija kad niste izvršili ili ne možete izračunati, čak ni na poleđini omotnice.
Je li netko pitao za ovu bombu na [skeptics.se]?
Ovo je bio Pascal-B test operacije Plumbob. Početna brzina bila je minimalno 66 km / s; bilo sporije i moglo bi se primijetiti na više od jednog okvira brze kamere koja snima test: http://en.wikipedia.org/wiki/Operation_Plumbbob#The_first_nuclear-propelled_manmade_object_in_space
@DanNeely: Vjerujem da je članak taj izvor, a zapravo ima citat koji se izravno odnosi na pitanje o kojem se radi. Kao takav, uredio sam pitanje tako da uključuje relevantne informacije.
Zapravo mislim da je ovo jedan od najboljih odgovora, jer naglašava ono što raketa može, a barut ne može, a to je podizanje nečega relativno sporo kroz atmosferu dok se sigurno ne može ubrzati do orbitalne / biježne brzine bez izgaranja.


Ova pitanja su automatski prevedena s engleskog jezika.Izvorni sadržaj dostupan je na stackexchange-u, što zahvaljujemo na cc by-sa 3.0 licenci pod kojom se distribuira.
Loading...