Können wir eine Schienenkanone auf dem Mond benutzen, um Sachen direkt zum Mars zu schicken?

Es wäre eine schlechte Idee, aber in zweierlei Hinsicht. Railguns erzeugen enorme Beschleunigungen auf kurze Distanz, was für eine mobile Waffenplattform benötigt wird.

Was Sie für einen Launcher wollen, ist ein Linearmotor, keine Railgun. Denken Sie an eine Magnetschwebebahn, aber ohne Geschwindigkeitsbegrenzung.

Es wäre ein großes technisches Projekt, das sicherlich fast vollständig aus Mond- oder Asteroidenressourcen gebaut werden müsste. Die Strecke wäre Hunderte von Kilometern lang, aber Sie haben den Vorteil, dass die Kräfte darauf viel vorhersehbarer sind als hier auf der Erde.

Je länger die Strecke und je höher die Beschleunigung, die Sie auf der Strecke tolerieren, desto weiter können Sie fahren. Wenn Sie dies zu Ende führen, erhalten Sie eine doppelte Spur, die um den Mondäquator gewickelt ist. Sie bauen eine zweite Strecke verkehrt herum und über Kopf, und die Autos, die darauf fahren, sind so gebaut, dass sie auf beiden Strecken fahren können. Für 5G auf dieser Strecke können Sie eine Auswurfgeschwindigkeit erreichen, die ausreicht, um Sie überall hin zu bringen, vom praktischen Sonnenstreifen bis zu einer Fluchtumlaufbahn. Sie müssen noch einen Weg zum Stoppen mitbringen, aber Ihr Hauptschub ist getan.

Clayton brachte Transferfenster zur Sprache. Ich sehe das als unproblematisch an. Ja, der Launcher wird nur einmal im Monat in die richtige Richtung gelenkt – aber es gibt sowieso kein Weltraumziel mit einem so häufigen Startfenster. Es ist vielleicht kein perfektes Startfenster, aber solche Fenster sind kein binärer Zustand, ein leicht falsch getimter Start kostet Sie nur ein bisschen mehr Treibstoff - aber Ihr "Treibstoff" ist Strom, spottbillig im Vergleich zu Raketentreibstoff, den Sie mitschleppen müssen .

Clayton sprach auch das Problem der Genauigkeit an. Ja, ein perfekter Auswurf wird nicht passieren. Sie werden nicht in der Lage sein, Artillerie abzufeuern und den Mars zu treffen. Raketenstarts leiden unter der gleichen Grenze, die Realität ist, dass Kurskorrekturen erforderlich sind.

LocalFluff (in einem Kommentar zu Claytons Beitrag) ging auch auf das Thema Flugzeugwechsel ein. Machen Sie sie in einem Vorbeiflug, es ist immer noch viel billiger als die ganze Verbrennung.

Schließlich die zweite technische Besonderheit: Es ist billiger, zum Mars zu fliegen als zum Mond, selbst wenn Sie davon ausgehen, dass Ihre Einrichtung auf dem Mond ein Fahrzeug aus einer sehr niedrigen Umlaufbahn holen und landen kann. (Sie haben ein Auto, das auf einer Schiene fährt, es schießt Kabel hoch, während das Raumschiff darüber fliegt. Wenn Sie es richtig machen, verbinden sie sich und das Raumschiff wird nach unten gezogen und abgebremst. Verfehlen Sie es und Sie versuchen es im nächsten Orbit erneut.) Der einzige Grund, a zu verwenden Mondanlage zum Mars wäre, wenn Sie es tun wollten, wenn Sie kein anständiges Startfenster hatten.

Was das "Es ist billiger zum Mars zu gehen als zum Mond" angeht:

Beginnen Sie auf der Erde (unten links) und arbeiten Sie sich nach oben: 9,4 km/s, um eine niedrige Umlaufbahn zu erreichen. Weitere 2,44 km/s, um eine geostationäre Umlaufbahn zu erreichen. Weitere 0,68 km/s, um den Mond zu erreichen

Von hier aus gibt es nun zwei Wege: Zum Mond: 0,14 km/s für den Einfang 0,68 km/s für die niedrige Umlaufbahn 1,73 km/s für die Landung. Beachten Sie, dass ich nur die ersten beiden Zahlen gezählt habe, als ich über die Eroberung eines Schiffes im Orbit gesprochen habe. In Wirklichkeit wären die Kosten höher, da Sie in einer Umlaufbahn von 100 km keine Erfassung erhalten. 1 km Periapsis wäre eher so. Ich habe einfach 0,82 km/s als Kosten des Mondes gezählt, aber wenn Sie es mit Raketen bis zum Ende machen müssen, sind es 2,55 km/s.

Going to Mars: 0,09 km/s, um den SOI der Erde zu verlassen 0,39 km/s für eine Mars-Umlaufbahn.

Beachten Sie, dass die Gesamtkosten 0,48 km/s betragen, weit unter dem Mond.

Was höre ich aus der Erdnussgalerie über die 0,67 km/s für die Erfassung auf dem Mars? Beachten Sie den roten Pfeil in dieser Zeile. Sie erhalten diese 0,67 km/s von einem Eintauchen in die Marsatmosphäre, nicht von Ihrem Motor. Wenn Ihr Ziel landet, können Sie den ganzen Weg nach unten gehen, ohne zu brennen. Wenn Sie den Mars umkreisen möchten, benötigen Sie eine kleine Verbrennung, um ihn zu kreisförmigisieren, sobald Sie die Atmosphäre so gut wie möglich genutzt haben. Selbst mit dieser Zirkularisierungsverbrennung wird es immer noch weniger sein als die Kosten für eine Reise zum Mond.

Ein Punkt - Sie würden sich niemals so bewegen, wie dieses Diagramm zeigt, und viele dieser Zahlen sind für das gezeigte Manöver nicht wirklich genau. In der Praxis verbrennt man immer so viel wie möglich so nah an einem möglichst massiven Körper. Wenn Ihr Ziel also eine niedrige Umlaufbahn um den Mond ist, führen Sie nicht die ~ 10 Verbrennungen (5 Pfeile + 5 Zirkularisierungsverbrennungen) aus, die das Diagramm zeigt, sondern: 1) Startverbrennung 2) Zirkularisierungsverbrennung in niedriger Umlaufbahn. (Anmerkung: Einige Raketen sind in der Lage, für diese beiden Schritte eine kontinuierliche Verbrennung durchzuführen. Dies erspart die Verwendung eines wiederstartfähigen Triebwerks für diesen Zweck.) 3) Mondtransfer-Verbrennung. Damit gelangen Sie auf die gewünschte Höhe über dem Mond. 4) Zirkularisierungsbrand.

Theoretisch können die Verbrennungen 1, 2 und 3 zu einer einzigen Verbrennung kombiniert werden, aber das gibt Ihnen ein extrem enges Startfenster und bringt Ihnen eigentlich nicht viel, da Sie sowieso über die Atmosphäre kommen müssen, bevor Sie zu viel Geschwindigkeit anhäufen.

Ebenso würden Sie nicht feststellen, dass 0,39 km / s ausreichen würden, um Sie von der Erdumlaufbahn zum Mars zu bringen. Diese Zahl setzt voraus, dass Sie die Verbrennung in einer niedrigen Erdumlaufbahn durchführen.

Wenn Sie wirklich etwas über Orbitalmechanik lernen möchten, empfehle ich Ihnen dringend das Spiel Kerbal Space Program. Während es definitiv einige Vereinfachungen macht, ist die Orbitalmechanik ziemlich genau (wenn Sie jedoch echte Zahlen wollen, müssen Sie einen Mod herunterladen, der Ihnen unser Sonnensystem und nicht das Spiel gibt. Das Standardspiel verwendet ein kompakteres Sonnensystem, um Dinge zu machen passieren schneller – die Übertragungszeit zum entferntesten Planeten im Spiel beträgt weniger als 2 Jahre.

Ja, aber es wäre extrem schwierig, Sie müssten es schnell genug beschleunigen, um der Schwerkraft des Mondes und der Erde zu entkommen, und dann Ihre Umlaufbahn der Sonne anheben, um einen Marstransfer zu erreichen.

Aber das ist nicht alles!

Erstens müsste die Railgun perfekt ausgerichtet sein: Wenn Sie einen Zentimeter vom Mond entfernt sind, sind Sie Tausende von Kilometern vom Mars entfernt.

Zweitens müssten Sie sich an einem bestimmten Ort auf dem Mond befinden. Dies wäre ein Problem, da die Umlaufbahn des Mondes 27 Tage dauert und da der Mond gezeitenabhängig ist, kann es länger dauern als das Transferfenster, um in der richtigen Position zu sein, um die Kanone abzufeuern.

Drittens die benötigte Energiemenge. Von einer niedrigen Erdumlaufbahn zu einer Mars-Transferumlaufbahn benötigen Sie 4,3 Kilometer/Sekunde Delta V. Zurück zur Energie, die Railgun der US-Marine benötigt 25 Megawatt Energie. Zum Vergleich: Die Sonnenkollektoren auf der ISS produzieren 120 Kilowatt bei max. Und die Waffe beschleunigt ein 2,5-Kilogramm-Projektil nur auf 2,4 Kilometer pro Sekunde.

Zusammenfassend ist es möglich, aber mit moderner Technologie nicht machbar. Es würde zu viel Energie erfordern, so wenig Zeit haben, dass es verwendet werden könnte, dass es fast nutzlos wäre, und der kleinste Fehler könnte es zum Scheitern bringen.

Ja, aber Sie müssten unterwegs Kurskorrekturen vornehmen. Wenn Sie eine auf die Erde gerichtete Magnetschwebebahn verwenden, können Sie das Gravitationsfeld der Erde verwenden, um kleine Richtungsänderungen zu vergrößern, sodass Sie mit einer Kurskorrektur von nur 1 bis 6 Grad in fast jede gewünschte Richtung schießen können. Ich konnte leicht sehen, dass wir kleine Häfen haben, in denen wir landen, und auf der anderen Seite regeneratives Bremsen verwenden, um die Ladung zu verlangsamen. Wir könnten uns auch dafür entscheiden, Dinge zu Planeten mit stärkerer Gravitationskraft zu verschiffen, um Energie zu erzeugen, und das leere Frachtschiff mit überschüssiger Energie oder leichteren Ressourcen zurückschicken.

Diese Antwort befasst sich nur mit den Navigationsaspekten.

Die Bogengröße des Mars in Opposition zur Erde beträgt 22 Bogensekunden. https://in-the-sky.org/news.php?id=20201013_12_100

Die allerbeste aktuelle Technologie schafft mindestens 8 Millibogensekunden. https://jwst-docs.stsci.edu/display/JTI/JWST+Pointing+Performance

Es wird Störkräfte auf jedes Projektil vom Mond geben, aber vorausgesetzt, diese sind einigermaßen gut modelliert (der Luftwiderstand ist am schwierigsten zu modellieren, was für den Mond kein Problem ist) und beim Zielen zu berücksichtigen, sollte es möglich sein, dies durchzuziehen mit einige Korrekturen in der Mitte des Kurses.