Ist es möglich, Picosatellite von Railgun in einem Höhenflugzeug in die Umlaufbahn zu bringen?

Das hängt davon ab, was Ihre Bedürfnisse als "Umlaufbahn" erfüllen würde. Ich denke, es ist unwahrscheinlich, dass es das tut, was Sie hoffen.

Eine gute Möglichkeit, das Problem intuitiver zu betrachten, besteht darin, zu sagen, dass es eine Regel gibt, die für alle Satellitenumlaufbahnen gilt, dass der Satellit, abgesehen von den Auswirkungen der Atmosphäre, ab dem Punkt, an dem ein Manöver endet, eine Umdrehung vollführt in "irgendeiner Ellipse" und muss auf der zweiten Umlaufbahn denselben Raumpunkt passieren, egal wie hoch er in der Zwischenzeit geht. Abgesehen von der Atmosphäre und anderen Störungen wird es dies auf unbestimmte Zeit tun.

Auch ohne Atmosphäre ist diese Idealisierung nicht richtig, weil die Erde keine Punktmasse ist, aber für das Gedankenexperiment reicht sie aus.

In unserem Fall ist das Ende des Manövers der Punkt, an dem der Satellit die Railgun verlässt. Das bedeutet, egal wie hoch das Flugzeug und wie groß die Railgun ist, der Satellit kehrt nach einem Orbit auf die gleiche Höhe zurück. Wenn wir die Atmosphäre einbeziehen, wie sie für das Flugzeug notwendig ist, müssen wir akzeptieren, dass die erste Umlaufbahn aufgrund des atmosphärischen Widerstands wahrscheinlich die letzte für den Satelliten sein wird.

Es gibt zwei Möglichkeiten, diese Einschränkung zu umgehen.

1. Die Railgun versetzt dem Satelliten einen so allmächtigen Kick, dass er mit Fluchtgeschwindigkeit eine parabelförmige Flugbahn einschlägt und nie wieder gesehen wird.
2. Der Satellit hat einige Mittel, um ein zweites großes Manöver durchzuführen, wenn er viel mehr Höhe gewonnen hat.

Im Fall 2 bewirkt dies eine „Erhöhung des Perigäums“, wodurch der Satellit nicht wieder in die Atmosphäre eintaucht.

Zurück zu unserer Gedankenexperiment-Regel über Umlaufbahnen, die nun bewirkt, dass der Satellit zu dem Triebwerksabschaltpunkt des zweiten Manövers zurückkehrt, und es ist dieser Punkt, der nun definiert, wohin der Satellit nun auf nachfolgenden Umlaufbahnen zurückkehren muss.

Zusammenfassend muss ein orbitales Abgabesystem Geschwindigkeitsinkremente an mindestens zwei Punkten in der Flugbahn vermitteln, um von der Ruhe an der Erdoberfläche zu einer stabilen Umlaufbahn zu gelangen. Nur für den Fall, dass Sie sich fragen, ich habe ein idealisiertes Impulssystem beschrieben, wenn Sie eine sehr lange Schubdauer mit einem Bogen hätten, der sich über den größten Teil einer Umlaufbahn erstreckt, dann würden Sie auch einen Weg finden, dies zu tun.

Ist es möglich? Ja, aber nicht mit der aktuellen Technologie (Entschuldigung, nicht Entschuldigung für dieses Wortspiel). Im Moment können Railguns Projektile nicht schnell genug abfeuern, um Picosats aus der Höhe zu starten. Das sagt zumindest meine Umschlagrückseite, vielleicht überprüft mal jemand meine Rechnung.

Verwenden wir das Multimission Medium Range Railgun Weapon System (MMRRWS) von General Atomics mit 32 Megajoule (MJ). Es ist das größere unten abgebildete und eines der leistungsstärkeren Railguns da draußen.

Die Fluchtgeschwindigkeit auf der Erdoberfläche beträgt 11 km/s. Die 32 MJ kann ein Projektil mit etwa 2,5 km/s (5500 mph) abfeuern. Das wird nicht reichen, also laden wir die ganze Anlage hinten in einen Lockheed Martin c130-30J. Das gepulste Stromsystem, das es betreibt, kann in einen 20-Fuß-Container passen. So passen die Waffe selbst und das Antriebssystem in das 55-Fuß-Fach.

Laut Wikipedia kann der c130j bis zu 12 km in die Luft kommen. Der Wikipedia-Artikel zur Fluchtgeschwindigkeit besagt, dass Sie bei 9 km 7,1 km / s benötigen, um die Fluchtgeschwindigkeit zu erreichen, sodass dies nicht ganz funktioniert. Sie müssen entweder höher werden oder eine stärkere Railgun bauen.

Sie könnten es vielleicht in einem hybriden Luftschiff machen, wie dem , das Lockheed Martin baut . Nach meinen Berechnungen müssten Sie etwa 22 km weit kommen, um die Railgun verwenden zu können.

Interessanterweise hat die NASA ein Programm recherchiert, um dies zu tun, aber umgekehrt. Die Idee war, eine 2 Meilen lange Railgun im Kennedy Space Center zu verwenden, die einen Scramjet starten würde, der dann eine Raketenstufe mit der Nutzlast einsetzen würde. Sie können hier mehr darüber lesen https://www.nasa.gov/topics/technology/features/horizontallaunch.html

Dies ist eine ziemlich gute Infografik mit der Funktionsweise von Railguns.

Ein weiteres Problem, das seinen hässlichen Kopf erheben würde, wenn Sie dies versuchen würden: Wake-Turbulenzen.

Ihr Satellit wird den Lauf mit einer erstaunlichen Geschwindigkeit verlassen. Es wird in die Atmosphäre vor dem Flugzeug einschlagen, während es fliegt. Ihr startendes Flugzeug wird in diese Turbulenzen hineinschlagen. Ich wäre sehr überrascht, wenn danach nicht Teile des Flugzeugs in den Boden schlagen würden.

Und das setzt voraus, dass Sie es bereits geschafft haben, Folgendes zu überwinden:

Puffins Punkt, dass Sie einen Zirkularisierungsmotor benötigen.

ViennaCodex weist darauf hin, dass die Railguns von heute bei weitem nicht mächtig genug sind.

Die Tatsache, dass Drag brutal sein wird. Der Luftwiderstand beträgt mindestens das Quadrat der Geschwindigkeit, und je kleiner das Fahrzeug ist, desto höher ist das Verhältnis von Luftwiderstand zu Masse und desto schneller wird es zum Stillstand gebracht. Realistisch gesehen braucht man etwas ziemlich Großes und Schweres, um zu hoffen, es durch die Atmosphäre zu schieben.

Es gibt auch ein kleines Problem des Rückstoßes. Mit dem gleichen Flugzeug wie ViennaCodex finde ich ein maximales Gewicht von 67.000 kg. Nehmen wir an, Ihr Satellitenwerfer wiegt 100 kg und Sie werfen ihn mit 7.000 m/s aus. (Ich ignoriere hier den Luftwiderstand, die Realität ist viel schlimmer) Sie haben gerade Ihr Flugzeug mit 10 m / s gerüttelt. Na und, sagst du? Der Laderaum ist 12,5 m lang. Um es zu verstärken, benötigen Sie 200.000 g (beachten Sie, dass dies sogar über das hinausgeht, was für Waffen zugelassen ist!), Angewendet für 3,5 ms. Während das Geschütz verstärkt, wird Ihr Flugzeug mit 290 g nach hinten geschoben. Die Railgun reißt das Flugzeug auseinander. Sie brauchen einen riesigen Rückstoßpuffer, um das zu überleben – und wo werden Sie ihn hinstellen, da die Railgun bereits so lang ist wie das Flugzeug?

Nun, um dies anzutreiben. Sie benötigen 2,45 GJ bei 100 % Wirkungsgrad. Die besten verfügbaren Kondensatoren liegen etwas unter 10 J/cc. Ich nehme 10 an, da ich eine Zahl aus einem Diagramm ziehen muss. Sie benötigen 245 m ^ 3 Kondensator, um dies mit Strom zu versorgen. Das ist mehr als das Dreifache der Gesamtladekapazität unseres C130j. Diese kräftigen Kondensatoren wurden nicht mit Gewichtsinformationen geliefert, aber wenn ich mich woanders umschaue, bekomme ich ungefähr 2 g / cm³. Ihre Kondensatoren wiegen ungefähr 490.000 kg - ungefähr das 15-fache der gesamten Nutzlast des Flugzeugs.