Kann Schießpulver Sie zum Mond bringen?

Die Delta-V-Anforderung für den Start beträgt laut Wikipedia etwa 14 km/s in eine niedrige Mondumlaufbahn . Das bedeutet, dass man eine Geschwindigkeit von 14 km/s erreichen müsste, um den Mond zu umrunden. Einiges davon muss vom Weltraum aus erledigt werden, aber das meiste könnte theoretisch vom Boden aus erreicht werden. Also, was müssen Sie tun, um das zu erreichen?

Im Zweiten Weltkrieg entwickelten die Deutschen eine Artilleriegranate, die sich mit 1,67 km/s fortbewegen konnte. Es wurden 200 kg Pulver verwendet und eine 106-kg-Granate abgefeuert. Nehmen wir einfach an, dass Sie das unendlich nach oben skalieren könnten (nicht wahrscheinlich, aber wir nehmen einfach für einen Moment an). Nehmen wir außerdem eine Masse von 1000 kg für das Schiff an (Wahrscheinlich wäre höher). Angesichts all dessen würden Sie 10-mal so viel benötigen, um das Schiff mit der gleichen Geschwindigkeit zu starten, und etwa 72-mal so viel, um das Schiff in die Mondumlaufbahn zu bringen. Das würde auf etwa 14400 kg Pulver oder etwa 16 Tonnen Pulver skalieren, viel weniger als Jules Vern angegeben hat. Also, warum tun wir das nicht?

Theoretisch könnte man so zum Mond gelangen, aber reiner Kanonenschub würde nicht ausreichen, um zumindest kontrolliert auf dem Mond zu landen. Sie würden am Ende mit einer Mondfluchtgeschwindigkeit von 2,4 km/s auf dem Mond landen, ohne dass eine Rakete Sie aufhalten würde. Außerdem wären die beim Start auf Sie ausgeübten Gravitationskräfte enorm, Artilleriegranatenelektronik muss auf 15000 Gs ausgelegt sein. Viel Glück, dass eine Person das überlebt. Und auch die Physik skaliert nicht ganz, wie ich hier angegeben habe, aber die Zahlen liefern eine gute Annäherung erster Ordnung.

Das Startprofil einer Rakete ist in Bezug auf die Schwerkraft nahezu der beste Fall, um Astronauten in den Weltraum zu bringen. Sie müssen wirklich für einige Zeit kontinuierlich stoßen. Eine Railgun könnte jedoch einen Teil der Geschwindigkeit liefern, die für die Umlaufbahn erforderlich ist, wenn Sie dies sorgfältig planen.

Soweit mir bekannt ist, geht die Stoßwelle bei detonierenden Sprengstoffen nicht schneller als etwa 2,5 km / s, sodass eine Kugel nicht über diese Geschwindigkeit hinaus geschleudert wird, egal wie viele Fässer Schießpulver Sie ansammeln. Die Schockwelle kann zwar beschleunigt werden, wenn die Operation in einer Umgebung mit hohem Druck stattfindet, aber es scheint schwierig, eine ausreichende Geschwindigkeit zu erreichen, um in die Umlaufbahn zu gelangen (etwa 8 km / s), geschweige denn zum Mond zu gelangen.

Sie können jedoch ein mehrstufiges System erstellen: eine Kanone, die eine andere Kanone abfeuert, die eine dritte Kanone abfeuert, und so weiter. Am Ende haben Sie eine Rakete, keine Kanone. Ist ein bisschen eine Definitionsfrage...

(Eine Variante mit einem Sprengstoff, der etwas schlagkräftiger als Schießpulver ist, wird ernsthaft untersucht, aber ich bezweifle, dass dies in absehbarer Zeit der Fall sein wird.)

Die Beschleunigung würde auch jedes Wirbeltier, das das Pech hatte, für diese Reise ausgewählt worden zu sein, buchstäblich abflachen. Weltraumkanonen sind mehr als müßige Spekulationen, aber sie dienen dazu, Schüttgüter zu starten, nicht Menschen.

Die absolute theoretische Höchstmasse, die 1.600.000 Pfund Pulver zum Mond bringen könnten, liegt etwas unter 35.500 kg. Die Berechnung ist nicht allzu schwierig (Einführung in die auf Kalkülen basierende Physik), ist aber etwas langwierig und kompliziert und wäre auf einer Website wie dieser ohne mathjax ziemlich hässlich. Das macht jedoch zwei Hauptannahmen, die eigentlich nicht passieren können: kein Luftwiderstand, und das gesamte Pulver brennt sofort und überträgt seine gesamte Energie auf die Rakete (keine auf eine visuelle Flamme, keine auf Geräusche usw., an denen ich noch arbeite eine quantitative Analyse dieser Effekte, aber ich bin mir ziemlich sicher, dass die Berücksichtigung des Luftwiderstands oder der endlichen Brenngeschwindigkeit der Rakete es unmöglich machen würde, den Mond zu erreichen.

Die Höchstgeschwindigkeit, die eine raketengetriebene Rakete erreichen kann, hängt von der Masse der Rakete, der Masse des Treibmittels und der Austrittsgeschwindigkeit des Auspuffs ab. Laut James Jenkins war das Schiff 20.000 Pfund schwer; das Treibmittel ist natürlich 1.600.000 lbs. Unter Verwendung einer typischen Schwarzpulverausstoßgeschwindigkeit von 800 m/s. Ohne die Schwerkraft zu bekämpfen, könnte diese Menge Schießpulver das Schiff auf etwas über 3.500 m/s antreiben, weit unter der Fluchtgeschwindigkeit der Erde von 11.200 m/s. Um es ein wenig umzudrehen, würde dieses Massenverhältnis eine Abgasgeschwindigkeit von fast 2.550 m / s erfordern. Und der Vollständigkeit halber, die gegebenen 160 Millionen Pfund Treibmittel könnten eine Rakete von etwas weniger als 1,5 Pfund starten; Es würde 24 Milliarden Pfund Treibstoff erfordern, um die volle 20.000-Pfund-Rakete zu starten.

Es gibt eine Geschichte, die besagt, dass das erste von Menschenhand geschaffene Objekt, das eine Fluchtgeschwindigkeit erreichte, eine Mannlochabdeckung über einer Abluftöffnung von einem unterirdischen Atombombentest war.

Sie zitieren dies jedoch auf der Website.

Aber die Annahme, dass es von der Erde entkommen sein könnte, ist nicht plausibel (Dr. Brownlees Ermessensspielraum bei der Erhebung eines Prioritätsanspruchs ist gut beraten). Abgesehen davon, ob ein solches extrem hypersonisches unaerodynamisches Objekt überhaupt den Durchgang durch die untere Atmosphäre überleben könnte, scheint es unmöglich, dass es einen Großteil seiner Anfangsgeschwindigkeit beim Durchgang durch die Atmosphäre beibehält. Ein vom Boden abgefeuertes Hyperschallprojektil hat das gleiche Problem mit der Aufrechterhaltung seiner Geschwindigkeit wie ein ankommender Meteor. Laut der American Meteor Society Fireball and Meteor FAQ behalten Meteore mit einem Gewicht von weniger als 8 Tonnen nichts von ihrer kosmischen Geschwindigkeit, wenn sie die Atmosphäre passieren, sie enden einfach als fallender Stein. Nur Objekte, die ein Vielfaches dieser Masse wiegen, behalten einen signifikanten Bruchteil ihrer Geschwindigkeit bei.

Aus einer anderen amüsanten Perspektive gibt es eine großartige Science-Fiction-Geschichte namens King Davids Spaceship von Jerry Pournelle, die ein Universum postuliert, in dem die interstellaren Gesellschaften nicht eingreifen werden, es sei denn, Ihr Planet kann die Umlaufbahn erreichen, und aus politischen Gründen muss ein Planet so schnell wie möglich ins All fliegen wie möglich, also bauen sie ein bemanntes Fahrzeug, das den Ansatz verwendet, eine Waffe nach unten abzufeuern (eine Art chemische Version von Orion), um die Umlaufbahn zu erreichen.

Pournelle macht Spaß, gute Science-Fiction zu schreiben, und es gibt interessante Diskussionen über die damit verbundenen Probleme.