Ok David hat mich gebeten, den Regen zu bringen. Auf geht's.

In der Tat ist es sehr machbar und sehr effizient, einen elektromagnetischen Beschleuniger zu verwenden, um etwas in die Umlaufbahn zu bringen, aber zuerst ein Blick auf unsere Alternative:

• Space Elevator : Wir haben nicht die Technik

• Raketen : Sie verbrauchen die meiste Energie, um den Treibstoff zu transportieren, und die Maschinerie ist kompliziert, gefährlich und kann nicht wiederverwendet werden (keine orbitale Trägerrakete war zu 100% wiederverwendbar. SpaceShipOne ist suborbital, mehr zur Unterscheidung gleich). Schauen Sie sich den SLS an, den die NASA entwickelt, die technischen Daten sind nicht viel besser als der Saturn V, und das war vor 50 Jahren. Der Grund dafür ist, dass Raketentreibstoff genau derselbe ist – es gibt nur so viel Energie, die Sie aus diesen Reaktionen herauspressen können. Wenn es einen Durchbruch beim Raketentreibstoff gibt, ist das eine Sache, aber da es keinen gab und sich keiner in Sicht befindet, sind Raketen als orbitale Trägerraketen eine Sackgasse, bei der wir den Höhepunkt erreicht haben.

• Kanonen : Die Beschleunigung durch eine Druckwelle ist auf die Schallgeschwindigkeit im Medium begrenzt, Sie können also keinen Sprengstoff verwenden, da Sie dadurch eingeschränkt werden (Schießpulver ist in der Nähe$2\text{ km/s}$, deshalb hat sich die Reichweite der Schlachtschiffkanonen in den letzten 100 Jahren nicht erhöht). Mit einem anderen Medium können Sie mit Wasserstoff eine Geschwindigkeit von bis zu 11 km/s erreichen. Dies ist das Regime der „leichten Gaskanonen“, und ein Unternehmen möchte dies nutzen, um Dinge in den Orbit zu bringen. Dies erfordert hohe Beschleunigungen (etwas lächerliches wie Tausende von$\mathrm{m/s^2}$), was Sie auf sehr gehärtete Elektronik und Materialversorgung wie Kraftstoff und Wasser beschränkt.

• Maglev : Ein anderes Unternehmen plant dies ( http://www.startram.com/ ), aber wenn Sie sich ihren Vorschlag ansehen, erfordert es supraleitende Schleifen mit etwa 200 mA, die ein Magnetfeld erzeugen, das die gesamte Kommunikation in mehreren Zuständen zerstört, finde ich Dies ist unwahrscheinlich, dass es gebaut wird.

• Elektromagnetischer Beschleuniger (Railgun) : Das wird großartig! Es gibt keine Anforderung an hohe Beschleunigungen (eine Railgun kann mit niedrigeren Beschleunigungen betrieben werden) und keine Begrenzung der Höchstgeschwindigkeit. Siehe folgende Papiere:

  • Kostengünstiges Startsystem und orbitales Treibstoffdepot

  • Starten Sie mit einer elektromagnetischen Schienenkanone ins All

  Einige schnelle Unterscheidungen, es gibt einen suborbitalen und einen orbitalen Start. Suborbital kann ziemlich große Höhen erreichen, die weit in den Weltraum reichen, Höhenforschungsraketen können bis zu 400 Meilen weit fliegen und der Weltraum beginnt bei 60 Meilen. Der Unterschied besteht darin, ob Sie über genügend Tangentialgeschwindigkeit verfügen, um eine Umlaufbahn zu erreichen. Zum$1\text{ kg}$bei$200\text{ km}$von der Erde ist die Energie, um sie auf diese Höhe zu heben$0.5 m g h = 1\text{ MJ}$, aber die Tangentialgeschwindigkeit, die erforderlich ist, um in der Umlaufbahn zu bleiben, ist$m v^2 / r = G m M / r^2$ergibt a$KE = 0.5 m v^2 = 0.5 G m M / r = 30\text{ MJ}$, also brauchen Sie tangential viel mehr kinetische Energie. Um irgendetwas Nützliches zu tun, müssen Sie orbital sein, also wollen Sie Ihre Waffe nicht nach oben richten, sondern in einem sanften Winkel, wenn Sie einen Berg hinauf oder so etwas unternehmen.

  Die von mir zitierten Papiere zeigen alle, dass die Railgun einen Berg hinauffährt und etwa eine Meile lang ist und Wasser und Fracht startet. Das liegt daran, die zu erreichen$6\text{ km/s}+$Sie benötigen für die Umlaufgeschwindigkeit, die Sie benötigen, um das Objekt aus dem Stillstand über die Länge Ihrer Strecke zu beschleunigen. Je kürzer die Strecke, desto höher die Beschleunigung. Sie benötigen ungefähr 100 Meilen Strecke, um die Beschleunigungen innerhalb der Überlebenstoleranzen der NASA zu senken.

  Warum würden Sie das tun wollen? Sie müssen nur die Energiesysteme und die Schienen warten, die sich am Boden befinden, damit Sie die ganze Zeit Besatzungen darauf haben können. Das Ganze ist wiederverwendbar und kann viele Male am Tag wiederverwendet werden. Sie können auch nur eine Standardgröße des Objekts haben, das es startet, und es öffnet einen riesigen Markt von Raumfahrzeugherstellern, kleine Unternehmen, die keine 20 Millionen für einen Start bezahlen können, können sich jetzt die 500.000 für einen Start leisten. Die Stromkosten eines Railgun-Starts sinken auf etwa 3 $ / kg, was bedeutet, dass das gesamte Geld aus dem Start für Wartungs- und Kapitalkosten verwendet wird und die Preise nach Abzahlung des Geschützes dramatisch sinken können. Es ist die einzige Möglichkeit, mit der die Menschheit über die Technologie verfügt, um große Mengen von Objekten zu starten, und am Ende dreht sich alles um Massenstarts.

  Niemand hat daran gedacht, eine lange Railgun zu haben, die kilometerlang ist, weil es auf Anhieb verrückt klingt, also sind die meisten Vorschläge für kleine Railguns mit hoher Beschleunigung, wie in den obigen Papieren. Das Problem ist, dass dies begrenzt, was sie starten können, und sobald Sie dies tun, ist niemand sehr interessiert. Warum ist eine lange Railgun verrückt? In Wirklichkeit ist es das nicht, die Rohstoffe (Aluminiumschienen, Betonrohre, Schwungräder und Vakuumpumpen) sind alle bekannt und billig. Wenn sie im 19. Jahrhundert eine Eisenbahn aus Eisen mit einer Länge von 2000 Meilen herstellen konnten, warum können wir im 2000er nicht 150 Meilen aus Aluminium herstellen? Die Frage ist Geld und Willenskraft, jemand muss zeigen, dass dies funktionieren wird, und nicht nur Papiere darüber schreiben, sondern rausgehen und es tun, wenn wir jemals die Hoffnung haben, als Spezies und nicht nur als 600 von diesem Felsen herunterzukommen oder so, die schon gegangen sind. Auch die großen Unternehmen und Raumfahrtagenturen werden jetzt keine Milliarden für ein neues Projekt riskieren, solange es eine Technologie gibt, die in den letzten 80 Jahren perfektioniert und erprobt wurde, die sie nutzen könnten. Es gibt viele technische Herausforderungen, an denen ich und andere in unserer Freizeit gearbeitet und gelöst haben, andere sind noch offene Probleme. Ich und mehrere andere Wissenschaftler, die gerade ihre Doktorarbeit abschließen/vor kurzem abgeschlossen haben, planen, diesen Kurs fortzusetzen (Jeff Ross und Josh von solcorporation.com, die Website ist noch nicht online, weil ich meine Doktorarbeit vor 5 Tagen abgeschlossen habe, aber sie kommt). einige davon habe ich und andere in unserer Freizeit bearbeitet und gelöst, einige sind noch offene Probleme. Ich und mehrere andere Wissenschaftler, die gerade ihre Doktorarbeit abschließen/vor kurzem abgeschlossen haben, planen, diesen Kurs fortzusetzen (Jeff Ross und Josh von solcorporation.com, die Website ist noch nicht online, weil ich meine Doktorarbeit vor 5 Tagen abgeschlossen habe, aber sie kommt). einige davon habe ich und andere in unserer Freizeit bearbeitet und gelöst, einige sind noch offene Probleme. Ich und mehrere andere Wissenschaftler, die gerade ihre Doktorarbeit abschließen/vor kurzem abgeschlossen haben, planen, diesen Kurs fortzusetzen (Jeff Ross und Josh von solcorporation.com, die Website ist noch nicht online, weil ich meine Doktorarbeit vor 5 Tagen abgeschlossen habe, aber sie kommt).

SCHLUSSFOLGERUNGEN

Ja, es ist möglich, die Technologie ist da, es ist wirtschaftlich und machbar, alles von der Fracht bis zum Menschen zu starten. Es hat nicht viel Aufmerksamkeit erregt, weil alle großen Jungs bereits Raketen benutzen, und niemand hat eine Railgun vorgeschlagen, die mehr als Fracht abfeuern kann. Aber es hat die Aufmerksamkeit einiger junger Wissenschaftler auf sich gezogen, die darauf schießen werden, also lehnen Sie sich zurück und überprüfen Sie die Nachrichten in ein paar Jahren.

An der University of Texas at Austin wird unter der Leitung von Ian McNab gut über Railguns geforscht. Siehe zB IR McNab. "Fortschritte bei der Erforschung von Hypervelocity-Railguns für den Start ins All." IEEE-Trans. Mag. 45: 381-388, 2009. Es gibt eine Liste seiner Veröffentlichungen, die die Arbeit seines Teams beschreiben. Die Finanzierung kommt von der US-Armee, da es Anwendungen in der Langstreckenartillerie gibt. Es gibt noch Forschungsprobleme, wie die Neigung zum Verdampfen der Schienen und das Problem der Überhitzung der Nutzlast in der Luft bei solch kolossalen Geschwindigkeiten.