Kann ich ein Trebuchet verwenden, um Satelliten von einer Mondkolonie ins All zu schicken?

Ich habe eine Mondkolonie, die um Ressourcen kämpft, also suchen sie nach Möglichkeiten, Satelliten in die Umlaufbahn zu bringen, ohne einen Haufen Raketentreibstoff zu verbrauchen.

Ein mutiger Ingenieur hat vorgeschlagen, dass Trebuchets der richtige Weg sind, und darauf hingewiesen, dass das Fehlen einer Mondatmosphäre und die reduzierte Schwerkraft klare Vorteile sind, die es auf Luna möglich machen. Material haben wir reichlich, aber nichts aus der Zukunft. Unsere Satelliten wiegen ~1 kg und haben allen Kräften standgehalten, die wir bisher auf sie ausüben konnten.

Könnte angesichts der aktuellen Technologie ein Trebuchet verwendet werden, um einen Satelliten in eine Umlaufbahn um den Mond zu bringen?

Ich habe diese Frage markiert hard-science, bin aber offen für einige theoretische / nicht unterstützte Vermutungen.

Ja, absolut positiv ja. Starten Sie den Pissing-Wettbewerb der Ingenieure, wer diesen Satelliten nur mit Gewichten, Flaschenzügen und der Gesamtmasse des Mondes der Lichtgeschwindigkeit am nächsten bringen kann.
Ja, aber da die geringere Schwerkraft auch für das Gegengewicht gilt, bin ich mir ziemlich sicher, dass elektromagnetische Katapulte besser sein werden.
Das Hard-Science-Tag ist nicht offen für unbestätigte Vermutungen, wissenschaftsbasiert ist es jedoch.
@Separatrix Angesichts des Mangels an wissenschaftlichen Arbeiten über Trebuchets auf anderen Planeten wollte ich keine Verweise auf solche verlangen. Ich denke, ich versuche zu sagen, dass ich möchte, dass diese Frage "harte Wissenschaft" ist, aber ich bin mir nicht sicher, ob es möglich ist.
@Dubukay, aber es gibt viel über Fluchtgeschwindigkeiten, Materialstärken und wahrscheinlich das Design von Trebuchets. Theoretisch sollten Sie in dieser Hinsicht in Ordnung sein.
Denken Sie an Ihre KSP-Lektionen! Dies wird theoretisch eine Umlaufbahn erzeugen, die nur an ihrem tiefsten Punkt Trebuchet-Höhe hat. Sie müssen einmal in maximaler Höhe weitere Kraft aufbringen, um die Umlaufbahn abzurunden, sonst stürzt sie fast genau auf der anderen Seite des Mun auf den Mun ... ähm ... Mond zurück.
Das Problem ist ähnlich wie bei einer Weltraumkanone. Schauen Sie sich diesen Wikipedia- Artikel an .
@Windlepon Da Sie KSP erwähnen, wurde dies bereits von Scott Manley versucht: youtu.be/IgibbMyd2go?t=172 Er erreichte jedoch keine stabile Umlaufbahn um den Mun.
Beachten Sie, dass Trebuchets fantastisch ineffizient sind. Ein großer Teil der potenziellen Energie im Gegengewicht wird in kinetische Energie des Gegengewichts und des Arms umgewandelt (bevor der Arm auf den Anschlag trifft). Die römische Balliste war viel eleganter und effizienter.
Beachten Sie den Konflikt zwischen dem Titel und dem Fragetext: Der Titel sagt in den Raum , aber der Text sagt in die Umlaufbahn .
Zählt es immer noch, wenn die zu startende Nutzlast ein zweites Trebuchet mit sich führt, um die Umlaufbahn zu kreisförmigisieren? Oder ist die Frage auf ein Trebuchet beschränkt?
@Windlepon Denken Sie daran, dass KSP kein sehr guter Simulator ist, da er ein stark vereinfachtes Modell von gepatchten Kegelschnitten verwendet . Echte Umlaufbahnen funktionieren so nicht.
@MartinBonner Eigentlich besteht die Idee hinter dem Trebuchet darin, die Hebelwirkung eines langen Arms zu nutzen, sodass nur ein kleiner Bruchteil der kinetischen Energie in das Gegengewicht gelangt. Natürlich gibt es dabei Einschränkungen – ein langer Arm bringt, wie Sie sagen, seine eigene Trägheit sowie Luftwiderstand mit sich. Aber letzteres ist auf dem Mond kein Thema, und Trägheit lässt sich mit modernen Materialien minimieren. Verwenden Sie beispielsweise ein 40 m × 10 cm großes Kohlefaserrohr. Das Gegengewicht hat den Vorteil, dass es buchstäblich jeder schwere Schutt sein kann, der auf dem Mond viel einfacher zu bekommen ist als elastische Materialien, die Sie für eine Ballista benötigen würden.
Um es nur in den Weltraum zu bringen, nicht in eine Umlaufbahn: xkcd.com/681
@RossPresser - Das hat mich auch gestört, außer dass der Weltraum (Fluchtgeschwindigkeit) eine der Voraussetzungen ist, um eine Umlaufbahn mit Eigengewicht zu erreichen (Link zur Antwort mit animierten Gifs und ohne LaTex :). Das andere ist die Schwerkraftunterstützung.
@JackOfAllTrades, süß. Aber das zweite Trebuchet würde nicht funktionieren, sobald es sich im freien Fall befindet.

Antworten (7)

Nein.

Unabhängig davon, wie viel Geschwindigkeit Sie Ihrem Satelliten geben können, wird seine Flugbahn entweder den Punkt enthalten, von dem er gestartet wurde, oder keine geschlossene Kurve sein.

Ein Objekt befindet sich im Orbit, wenn es zu seiner vorherigen Position im Phasenraum zurückkehrt (vorausgesetzt, wir sprechen von einem engen Orbit).

Wenn wir davon ausgehen, dass das Trebuchet die einzige Geschwindigkeitsquelle ist, bedeutet dies, dass sich das Projektil in dem Moment, in dem es das Gerät verlässt, bereits in der Umlaufbahn befinden muss, was bedeutet, dass dasselbe Projektil nach genau 1 Umlaufbahn auf die Maschine auftrifft. (Schauen Sie sich Newtons Kanonenkugel als Referenz an)

Ihr Satellit wird also entweder wegfliegen oder auf dem Boden aufschlagen. Sie können den größten Teil der Geschwindigkeit mit dem Trebuchet bereitstellen, aber Ihr Satellit benötigt mindestens eine andere Schubquelle, um die Umlaufbahn zu korrigieren.

Andere Probleme machen ein Trebuchet zu einer schlechten Wahl, um einen Satelliten in eine Umlaufbahn zu schicken. Sie werden durch die Schwerkraft angetrieben, etwas, von dem es auf dem Mond nicht viel gibt (siehe Antwort von L.Dutch).

Trebuchet haben die Tendenz, dem Projektil einen Drehimpuls aufzuprägen, was für etwas, das nicht kugelförmig ist und aktive Komponenten enthält, unerwünscht ist, ganz zu schweigen davon, dass die gesamte Energie von der Geschwindigkeit entfernt wird, die Sie an den Satelliten liefern möchten.

Schließlich liefert das Trebuchet die Energie mechanisch. Wenn wir also davon ausgehen, dass Ihre Maschine das Projektil mit Umlaufgeschwindigkeit versorgen kann, müssen wir auch davon ausgehen, dass ein Teil davon auf die gleiche Geschwindigkeit beschleunigt und daher stark beansprucht wird.

Letztendlich müssen Sie all diese Probleme beheben, und obwohl dies möglich sein könnte, ist das Trebuchet letztendlich eine schlechte Wahl, insbesondere im Vergleich zu einfacheren, billigeren und effektiveren Alternativen wie einem Coilgun / Mass Driver.

Du hast vielleicht recht. Aber aus der Frage schienen sie überzeugt zu sein, dass ein Trebuchet nur abhängig von der Leistung ausreichen würde, und das ist falsch, aber ich werde meine Antwort bearbeiten
Schöne Bearbeitung, wohlverdiente +1, obwohl die Geschwindigkeit und damit der Stress je nach gewünschter Umlaufbahn stark variieren würden. Die Schwerkraft der Erde macht Flugbahnen etwas komplex.
@SilverCookies, dir fehlt hier die harte wissenschaftliche Anforderung. Sie müssen die Formel oder Quelle dafür zeigen, was Sie sagen, was passieren wird.
Obwohl es richtig ist, dass Sie nichts nur mit ballistischen Mitteln in die Umlaufbahn bringen können, ist dies hier nicht wirklich relevant: Sie können etwas in eine Pseudo-Umlaufbahn mit Oberflächentangente starten, für die nur ein sehr kleines Δv erforderlich ist eine elliptische Umlaufbahn mit niedrigem Apogäum. Dies kann mit einem einfachen Monotreibstoff-Booster erfolgen. Ich würde einen solchen Satelliten immer noch als „Trebuchet-gestartet“ bezeichnen.
Hätte eine Spulenpistole / ein Massentreiber nicht die gleichen Probleme? Und vielleicht könnten sie das Trebuchet nach dem Start abbauen und ein paar Schilder anbringen: "Wenn Sie etwas aus dem Osten kommen sehen, ducken Sie sich sofort!" :-p.
Ein Trebuchet hat gegenüber einer Kanone den Vorteil, dass es aufgrund der Art und Weise, wie die Schlinge am Ende seines Arms funktioniert, den Satelliten auf einer flachen Flugbahn relativ hoch über dem Boden freigeben kann und das Trebuchet auf der nächsten Umlaufbahn nicht im Weg ist (vorausgesetzt, wir schießen nicht genau zur falschen Zeit)
Sollte es nicht möglich sein, irgendwie ein zweites Trebuchet (und etwas verfügbare Masse) als Teil des Satelliten zu starten, das irgendwie aus der Ferne auszulösen und diese Reaktion zu nutzen, um den Satelliten in die Umlaufbahn zu bringen? Besonders effizient wäre es aber nicht.
Was Sie also sagen, ist, dass wir ein Trebuchet mit einem Arm brauchen, der lang genug ist, um in den Orbit zu reichen...
@ckersch Einverstanden, es muss auch den Arm zurückziehen, damit er beim nächsten Durchgang nicht die Umlaufbahn blockiert.
@ckersch - Oh, das versteht sich eigentlich von selbst. Ein Trebuchet ist mit einem Gegengewicht, das 100-mal größer ist als die Projektilmasse, nahezu optimal, und das Hinzufügen von Gewicht bringt Ihnen wirklich nichts. Die einzige Möglichkeit, mehr Geschwindigkeit zu erreichen, besteht also darin, die Dimensionen zu erhöhen.
Die richtige Antwort ist "JA", durch einen rein mechanischen Trick: Lassen Sie das Trebuchet zwei Massen abfeuern, die durch ein Seil verbunden sind - stellen Sie sich einen Gaucho vor, der eine Bola wirft -, wobei sich die Zwei-Massen-Bola genauso schnell dreht wie machbar. Trennen Sie am Apogäum das Bola-Tether explosionsartig, mit einem solchen Timing, dass die Bola-Masse der Nutzlast in einer kreisförmigen Umlaufbahn fortfährt, während die Opfer-Bola-Masse zum Mond zurückkehrt.
Ihr Satellit benötigt sowieso Triebwerke, um die Umlaufbahn aufrechtzuerhalten, da der Mond viele Gravitationsanomalien aufweist, die eine niedrige Umlaufbahn instabil machen
"Wir müssen auch davon ausgehen, dass ein Teil davon auf die gleiche Geschwindigkeit beschleunigt wird" Nicht ganz richtig. Der Gegengewichtsarm ist normalerweise kürzer als der Wurfarm, und das Projektil befindet sich oft am Ende einer Schlinge. Während sich das Ende der Schlinge in der Nähe der Geschwindigkeit des Projektils befinden würde, könnte es streng genommen eher wegwerfbar oder Teil des Projektils als des Trebuchets sein.
@JohnSidles Gut gedacht! Machen Sie das zu einer Antwort.
@Eth Obwohl es wahr ist, gibt es gefrorene Umlaufbahnen. Siehe den letzten Absatz dieser Antwort
Nein. Die G-Kräfte würden alle Passagiere töten, lange bevor sie den Weltraum erreichten.
@JohnSidles Obwohl es clever ist und funktionieren würde, ist es im Grunde nur eine komplizierte Art, eine Rakete zu bauen. Sie erzeugen Schub, indem Sie die Hälfte Ihrer Masse wegwerfen.
@RBarryYoung Stimmt, aber auch weniger als 1 kg können alle Passagiere töten (siehe das Limit der Frage von 1 kg für Satelliten).

Es ist möglich ... schließlich

Um es klar zu sagen, die Antwort von @ SilverCookie ist richtig. Wenn Sie einem Objekt ein einzelnes Delta-V geben, gibt es in der einfachen Kepler-Mechanik zwei "Orbital" -Möglichkeiten: Die Umlaufbahn kehrt dorthin zurück, wo sie begonnen hat, oder es ist keine geschlossene Umlaufbahn und Ihre Trebuchet-Nutzlast liegt über der Fluchtgeschwindigkeit.

In diesem speziellen Fall ist es jedoch sehr gut möglich, dass ein Objekt die Mondfluchtgeschwindigkeit (2,38 km/s) erreicht, ohne auch nur annähernd an die Fluchtgeschwindigkeit relativ zur Erde (11,2 km/s) heranzukommen. Hier haben wir die Möglichkeit, eine Umlaufbahn mit verschiedenen Wechselwirkungen unserer Nutzlast mit der Erde und dem Mond herzustellen.

Ein Trebuchet-Start mit mehr als Fluchtgeschwindigkeit relativ zum Mond hat mindestens zwei Vektorkomponenten relativ zur Erde: die Geschwindigkeit von 2,38 km/s in Richtung des Starts ( v l ) und eine Geschwindigkeit von ~1,02 km/s in Richtung der Mondbewegung ( v m ). Die Annäherung beruht auf der Tatsache, dass der Mond selbst eine variable Geschwindigkeit hat, wenn er seine elliptische Umlaufbahn im Bereich von (0,970, 1,08) km/s verfolgt. Die endgültige Startgeschwindigkeit v , abhängig vom Winkel zwischen Mondbewegung und Start ( θ ) wäre (aus dem Kosinussatz ):

v = v l 2 + v m 2 + 2 v l v m cos ⁡ θ

Die Kodomäne dieser Funktion ist bei den obigen Werten (1,36, 3,40) km/s. Minimum und Maximum werden bei Startwinkeln von gefunden π (direkt weg von der Bewegung des Mondes für das Minimum) und 0 (direkt in Übereinstimmung mit der Bewegung des Mondes für das Maximum). Beachten Sie, dass dies alles nur Umlaufbahnen in einer 2-D-Ebene beinhaltet.

Der Startwinkel ist wiederum der Orbitalwinkel des Objekts; solange seine Umlaufbahn prograd ist (in der gleichen Richtung wie der Mond). Wenn der Startwinkel rückläufig ist, subtrahieren Sie p ich . Wenn die maximale Geschwindigkeit gewählt wird, ist der Winkel 0, was der Winkel am Perihel ist. Wenn die Mindestgeschwindigkeit ausgewählt ist, ist der Startwinkel p ich , aber die Umlaufbahn ist rückläufig, sodass der Umlaufwinkel wieder 0 ist; Das Objekt befindet sich immer noch im Perihel. Die Winkelgeschwindigkeit des gestarteten Objekts ist

ω = v cos ⁡ ( θ ) r
Die minimal mögliche Winkelgeschwindigkeit ist 0, die max 8.85 × 10 − 6 .

Jetzt können wir die Kepler-Gleichungen verwenden , um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie wir mit der Erde wieder in eine Mondumlaufbahn gelangen können.

Verwenden Sie die Erdatmosphäre, um Ihre Geschwindigkeit zu verringern.

Da wir gesehen haben, dass es möglich ist, relativ zur Erde eine Winkelgeschwindigkeit von Null zu haben, muss es mögliche Startbahnen geben, die die Erde abfangen. Wenn ja, dann ist es möglich, einen zu bekommen, der die Erdatmosphäre streift.

Verwenden Sie die Erdatmosphäre über eine Reihe von Umlaufbahnen, um kinetische Energie von unserem gestarteten Objekt abzuleiten. Sobald das Objekt genug Energie verloren hat, wird seine Geschwindigkeit in der Entfernung der Umlaufbahn des Mondes auf unter die Fluchtgeschwindigkeit des Mondes reduziert. Wenn sich das Objekt dann innerhalb der Mondhügelsphäre (etwa 60.000 km) nähert, beginnt es, den Mond statt die Erde zu umkreisen.

Mission erfüllt. Ich gebe zu, dass wahrscheinlich viel Trial-and-Error und verlorene Nutzlasten im Spiel sind, aber es ist möglich und das ist alles, was zählt.

Nun, das ist Denken. +1
"... es gibt wahrscheinlich viel Trial-and-Error und verlorene Nutzlasten, aber es ist möglich und das ist alles, was zählt." Dieser Typ Kerbals.
Apropos KSP, Aerobraking senkt zusätzlich zur Apoapsis die Periapsis. Gilt das auch in der realen Welt?
@Fax Ja! Nach dem zweiten Gesetz von Kepler sollte die Umlaufbahn KE proportional zur Quadratwurzel der Flächenellipse der Umlaufbahn sein. Wenn Sie also die Orbitallipse verkleinern, aber einer der Brennpunkte gleich bleiben muss (die Erde), müssen sich sowohl die Apoapsis als auch die Periapsis ändern (diese beziehen sich konisch auf das Semi-Latus-Rektum).
@Fax: Ja, aber es gibt Möglichkeiten, dies zu fummeln. Wenn Ihr Aerobraking-Fahrzeug beispielsweise Flugzeugflügel hat, hebt der erzeugte Auftrieb die Periapsis stärker an, als die Aerobraking sie senkt (wenn dies nicht der Fall wäre, würden sich Segelflugzeuge wie jedes andere ballistische Objekt ohne aerodynamische Fähigkeiten verhalten, was ist offensichtlich nicht der Fall). Wenn Sie jedoch davon ausgehen, dass das aerobremsende Fahrzeug keinen nennenswerten Auftrieb erzeugt; dann ist deine vermutung richtig.
Aerobraking auf der Erde ist hier komplett und völlig übertrieben. Dies ist nicht notwendig, um die Umlaufbahn zu verlassen, die die Mondoberfläche schneidet . (Wenn Sie Aerobraking verwendet haben, benötigen Sie verdammt noch mal Booster, um den Pfad zu korrigieren, da dies viel schwieriger mit hoher Genauigkeit zu simulieren ist.)
@leftaroundabout Das ist wahr. Ich hatte einen Abschnitt darüber, wie man die Exzentrizität des Mondes und eine stark elliptische Startbahn nutzt, um innerhalb von ~45 Tagen nach dem Start eine Mondumlaufbahn zu erreichen. Ich bin mir ziemlich sicher, dass es möglich ist, aber Mathe ist schwierig und ich habe versucht, die Lösung mit Keplers Gesetzen zu beweisen, und ich war mir nicht sicher, ob meine Lösung richtig war. Also habe ich es herausgenommen und wir haben Aerobraking übrig. Ich bin froh, dass Sie in Ihrer Antwort Simulationen gezeigt haben.
Tippfehler in P.3: "with lave at"

Die durchschnittliche Umlaufgeschwindigkeit um einen Körper der Masse m im Abstand r von seinem Mittelpunkt (unter der Annahme, dass die Masse des Satelliten im Verhältnis zum anderen Körper klein ist) ist gegeben durch

v 0 = m G r

Angenommen, Sie möchten einige Meter über der Oberfläche fliegen, müssen Sie eine Geschwindigkeit von haben 1678 m s . Dies entspricht 1.4 M J der kinetischen Energie für 1 k g von Masse.

Da ein Trebuchet mit Schwerkraft arbeitet, müssen Sie so viel potenzielle Energie im Gegengewicht speichern. Dies gibt Ihnen die Einschränkung, eine Masse zu haben M in der Mondgravitation auf Höhe H platziert g m damit

H M = E K g m = 868530 m ⋅ k g

Angenommen, Ihr Trebuchet hat ein sich bewegendes Gegengewicht 10 m vertikal bedeutet dies, dass Sie eine Masse von benötigen 86853 k g als Gegengewicht.

Unter Verwendung von Mondgestein als Ballast erfordert dies einen Würfel mit 7 m Seite (Credits bei Daniel für den Hinweis. (Mathe korrigiert.)), und sein Massenschwerpunkt wird sich in seinem Zentrum befinden, 3.5 m über dem Boden.

Das Gegengewicht CoM muss dann ausschwingen + 13.5 m zu + 3.5 m , das ist der Bereich des Möglichen.

Um sicherzugehen, dass die Umlaufbahn Ihres Satelliten keinen anderen Punkt des Mondes schneidet, dürfen Sie Ihr Trebuchet nur auf der Spitze des höchsten Mondbergs platzieren, der laut Wikipedia Mons Hadley ist . Von dort aus reicht jede plausible Länge des Trebuchet-Arms aus, um über die Gipfel zu fliegen, einschließlich Ihres Trebuchets (es sei denn, Sie möchten Catch and Release mit Ihrem Satelliten spielen).

Dennoch wird eine so niedrige Umlaufbahn sehr empfindlich auf Abweichungen reagieren, die durch minimale Schwankungen der lokalen Schwerkraft oder den Widerstand durch Sonnenwind verursacht werden, und daher auf lange Sicht wahrscheinlich nicht stabil sein.

Das funktioniert nur, wenn das Trebuchet einen 10 km langen Arm hat.
Sie könnten Torsion oder Federn anstelle eines Gegengewichts verwenden, um dies praktikabel zu machen
@Subbies, afaik Trebuchets (gemäß der Frage von OP) funktionieren nur mit Gegengewicht
86853 kg klingen nicht außergewöhnlich. Eine Bleikugel mit 1,3 Meter Radius wiegt mehr...
@koalo, das letzte Mal, als jemand den Mond betrat, fanden sie kein Blei, weder in Kugeln noch in Erzform ...
@L.Dutch Unter Berufung auf die Frage: "Wir haben viele Materialien ...". Auch der Bau des Trebuchets, ganz zu schweigen vom Satelliten, würde viele Materialien erfordern, die auf dem Mond nicht heimisch sind ...
@L.Dutch Ja, das ist mir klar, aber da Trebuchets normalerweise nicht auf dem Mond zu finden sind, sind einige Änderungen erforderlich. Außerdem haben viele Bastler Trebuchets auf Federbasis konstruiert, sodass eine Informationsbasis vorhanden ist, die verwendet werden kann.
Einfach Mondgestein nehmen und in einen Behälter 30x30x30 Meter füllen - sollte machbar sein
Beachten Sie, dass diese Berechnungen davon ausgehen, dass die Masse des Trebuchet-Arms Null ist. In der Praxis wiegt ein Arm, der stark genug ist, um 1 kg auf Umlaufgeschwindigkeit in einigen Dutzend Metern zu beschleunigen, selbst viele kg; Sie würden ein Gegengewicht benötigen, das mindestens eine Größenordnung schwerer ist.
@L.Dutch - es sollte eine beträchtliche Menge Eisenmeteor über den Mond verstreut sein (es wird geschätzt, dass ungefähr 5% der Meteoriten, die die Erde erreichen, Eisen sind, und ich sehe keinen Grund anzunehmen, dass die Zahl auf dem Mond anders wäre). würde Material für den Bau des Trebuchets und möglicherweise des Gegengewichts liefern. Um wirklich cool zu bleiben, sollten wir uns jedoch daran erinnern, dass etwa 20 ppm Eisenmeteoriten tatsächlich Osmium sind. Wenn wir also etwa 4,3 Millionen Tonnen Eisenmeteoriten erwerben können, könnten Sie eine Osmiumkugel für diesen Job herstellen (Radius 90 cm).
@Jules Metalldetektoren, die an Robotern angebracht sind, können Ihnen helfen, das Bügeleisen schnell zu finden.
86853 kg ist ungefähr die Masse von Trumps 757. Nutzen Sie es auch gut.

Wie Silvercookies sagte , wird eine (geschlossene) Keplerbahn, die an der Oberfläche beginnt, die Oberfläche immer wieder schneiden.

Aber das ist hier wirklich irrelevant, weil Kepler-Bahnen eine Idealisierung sind. Sie geben eine gute Annäherung, wenn Sie ein dominant schweres Objekt mit guter Kugelsymmetrie umkreisen (was es einer Punktmasse entspricht). Für die Sonne ist dies gut erfüllt, weshalb die Planeten sehr keplersche Bahnen haben. Auch für die Gasgiganten ist sie ziemlich gut erfüllt.

Für alles andere im Sonnensystem bekommt man solche Umlaufbahnen eigentlich nicht. Die Erde-Mond- und Pluto-Charon-Systeme scheinen keplerisch zu sein, aber das liegt nur daran, dass sie Zwei-Körper-Systeme ohne signifikanten nahen anderen Einfluss sind: Dies führt dazu, dass beide Körper Kepler um ihr gemeinsames Baryzentrum kreisen. Das funktioniert aber nicht, wenn mehr als zwei Massen am Werk sind.

Wie Kingledion bemerkte , können Sie also im Grunde nur die Erde verwenden, um eine Mondtangentenbahn zu verlassen. Aber es ist überhaupt nicht notwendig, hier auf Aerobremsen an der Atmosphäre zurückzugreifen – es reicht aus, in eine Umlaufbahn zu schießen, die der Erde nahe genug kommt, um dadurch ein wenig gestört zu werden.

http://nbviewer.jupyter.org/gist/leftaroundabout/3955d27877e19be39d0f61fdafce069e

Animation einer erdbeeinflussten Mondumlaufbahn

Konkret müssen Sie von der anderen Seite des Mondes mit etwas zusätzlicher Geschwindigkeit in Richtung der Mondumlaufbahn starten. Vom Mond aus gesehen sieht diese Umlaufbahn so aus:

Die instabile Umlaufbahn scheint vom Mond aus

Beachten Sie, dass eine solche Umlaufbahn nicht wirklich stabil ist – sie kann schließlich abstürzen. Das gilt aber auch, wenn man sich so nah am Mond aufhält, dass der Einfluss der Erde nicht stört, denn der Mond ist nicht ganz homogen!

Also: Für eine stabile, kontrollierte Langzeitumlaufbahn benötigen Sie so oder so Triebwerke. Aber für schnelle experimentelle Satelliten ist der Start von der Oberfläche überhaupt kein Problem.

Nein. Es ist zwar möglich, etwas in die Umlaufbahn zu werfen (aber Sie brauchen immer noch etwas, um es zu zirkulieren), ein Trebuchet ist dazu nicht in der Lage. Sie werden ein lächerlich schweres Gegengewicht und einen lächerlich langen Arm brauchen – und Ihr Arm wird brechen, wenn Sie es versuchen.

Sie benötigen 1730 m/s, um eine niedrige Umlaufbahn zu erreichen. Das sind 176 g-Sekunden (1 g für eine Sekunde). Seien wir ziemlich brutal und nehmen wir an, Sie starten mit 10 g (plus der Mondgravitation). Sie müssen 17,6 Sekunden lang beschleunigen, um dies zu erreichen. Sie haben sich dabei 15 km bewegt. (Und die Realität ist noch schlimmer - da Sie sich nicht in einer geraden Linie bewegen, erfahren Sie tatsächlich mehr als 10 g Beschleunigung.) Sie möchten horizontal ausstoßen, ohne ein riesiges Loch können Sie nicht unterhalb des Horizonts starten. So haben Sie 90 Grad Bewegung. Ihr Trebuchet-Arm muss 9,5 km lang sein.

Woraus wollen Sie den Arm bauen, der der Belastung standhält? Ich bin nicht in der Lage, zu berechnen, was nötig wäre, damit der Arm nicht bricht, aber mein Bauchgefühl sagt, dass er riesig sein wird – was bedeutet, dass er eine riesige Menge an Schwung hat. Ihr Gegengewicht muss groß genug sein, um das Ganze zu beschleunigen. Woraus besteht das Stützkabel?

Beachten Sie, dass die Zahlen umso schlechter werden, je geringer die Beschleunigung der Ladung ist.

Anstelle eines Trebuchets möchten Sie einen Linearmotor. Stellen Sie sich eine Magnetschwebebahn vor, außer dass sie einfach weiter beschleunigt. Der Zug selbst ist so gebaut, dass er nicht von den Gleisen fliegt, wenn sein Gewicht negativ wird. Es beschleunigt auf die richtige Geschwindigkeit und gibt das Raumschiff frei, das sich jetzt in einer Umlaufbahn mit einer Periapsis bei Null befindet und beim Aufkommen dort zirkulieren muss.

(Beachten Sie, dass dies ziemlich gut skaliert. Beschränken Sie sich auf 5 g, aber mit einer Bahn, die vollständig um den Mondäquator gewickelt ist, können Sie überall aussteigen, von einer sonnenbeschienenen Umlaufbahn bis hin zu etwas über der Sonnenflucht.)

Die Umlaufgeschwindigkeit steht in direktem Zusammenhang mit der Umlaufhöhe. Für ein Trebuchet mit einer Startgeschwindigkeit von 82 km/s ( möglich ) müsste die Umlaufbahnhöhe über der Erde 900000000 km betragen. Oder ~6 AE. Aber über dem Mond müssten es nur 8395 km sein!
@ Draco18s Während die Orbitalgeschwindigkeit niedriger ist, wenn Sie höher sind, benötigen Sie beim Start mehr Geschwindigkeit, um gut aus der Schwerkraft herauszuklettern. In Ihrem Link kann ich nichts finden, was Ihre Zahlen unterstützt - begehen Sie einen Gerätefehler? (82 m/s statt 82 km/s?)
*schaut auf Nummern* Du hast Recht, ich vermassele diesen Teil. Und das Gleiche gilt für das Herausklettern aus dem Schwerkraftbrunnen. Ich behaupte Idiotie, weil es 22:30 Uhr nachts war!

Die beiden vorhandenen Antworten befassen sich mit Schwierigkeiten bei der Umwandlung der dem Satelliten durch das Trebuchet verliehenen Energie in eine Umlaufbahn.

Sie haben begrenzte Ressourcen, aber klären Sie nicht, welche Ressourcen verfügbar sind. Sie müssen auch bedenken, dass ein Trebuchet potenzielle Energie, die von Menschen erzeugt wird, über einen langen Zeitraum speichert und in kurzer Zeit freisetzt.

Trebuchets mit Gegengewicht werden durch die Schwerkraft angetrieben; Potenzielle Energie wird gespeichert, indem eine extrem schwere Gewichtsbox (normalerweise mit Steinen, Sand oder Blei gefüllt), die durch eine Scharnierverbindung am kürzeren Ende des Balkens befestigt ist, langsam angehoben und auf Befehl losgelassen wird. Traktions-Trebuchets werden von Menschen angetrieben ; Auf Befehl ziehen Männer Seile, die am kürzeren Ende des Trebuchet-Balkens befestigt sind. Die Schwierigkeit, den Zug vieler Männer wiederholt und vorhersehbar zu koordinieren, macht Trebuchets mit Gegengewicht für die größeren Maschinen vorzuziehen

Quelle

Die Menschen müssen mit organischen Stoffen ( Nahrung ) und Sauerstoff versorgt werden und benötigen erhebliche Menschenstunden, um diese Energie zu speichern.

Sie würden wahrscheinlich bessere Ergebnisse mit der gleichen Menge an organischen Stoffen und weniger Arbeitsstunden erzielen, wenn Sie die organischen Stoffe direkt in brennbare Brennstoffe umwandeln würden. Der einzige wirkliche Vorteil, den das Trebuchet bieten würde, besteht darin, dass Sauerstoff und Kohlenstoff auf / in der Mondkolonie verbleiben können.

Organische Stoffe, die auf dem Mond zum Speichern von Energie im Trebuchet verwendet werden, würden in der geschlossenen Mondumgebung (vermutlich) in Kohlendioxid umgewandelt und stehen zur Verfügung, um wieder in reinen Sauerstoff und Kohlenstoff umgewandelt zu werden.

Organische Direkttreibstoffe (Raketen) würden entweder im Weltraum verwendet und gingen verloren oder müssten so abgefeuert werden, dass sie innerhalb des geschlossenen Systems wiedergewonnen werden könnten.

Während Trebuchets historisch gesehen von Menschenhand angetrieben wurden, bezweifle ich wirklich, dass diese spezielle Implementierung irgendeinen Grund dafür hätte. Wenn überhaupt, würde es direkt aus Solarenergie schöpfen, um das Gegengewicht anzuheben, und effektiv als unglaublich großer Solarenergiespeicher fungieren, der in der Lage ist, die gesamte gespeicherte Energie in sehr kurzer Zeit zu liefern. Das Nachladen könnte ewig dauern, würde aber nur die Kosten für das Solarerntegerät + Wartung erfordern, anstatt ständig Kraftstoff zu verbrennen.
Ich hatte ähnliche Gedanken, aber wenn Sie Solarenergie nutzen wollen, gibt es effektivere Werkzeuge als Trebuchets, um Ihre Energie zu speichern. Federn oder komprimierte Gase könnten die bessere Wahl sein.
Dies ist keine harte wissenschaftliche Antwort.
@kingledion hast du die letzte Zeile der Frage gelesen?

Ich sehe Ihre riesigen Trebuchets, die mit Mangonel oder Skorpionen modifiziert wurden, um den Satelliten vom Mond wegzufeuern, wenn der lange Arm des Trebuchets ihnen ihre Anfangsgeschwindigkeit tangential zur Umlaufbahn des Mondes verliehen hat.

Welche Art von Torsionskatapult auch immer die Spitze des Trebuchets schmückt, sie feuern radial entlang der Armachse.

Der Auslösepunkt wird so gewählt, dass der Gravitationsschub sowohl aus der Mond- als auch aus der Erdumlaufbahn maximiert wird.

Kann ich ein Trebuchet verwenden, um Satelliten von einer Mondkolonie ins All zu schicken?
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