Ja aber nein

Theoretisch ja, das Space-Gun- Konzept geistert seit den Tagen von Jules Verne herum , es ist sicher nicht neu.

Das erste Problem besteht, wie Sie bereits erwähnt haben, darin, den Start zu überleben. Da Sie es auch als Fangmechanismus verwenden, haben Sie Ihre Probleme um die überlebende Ankunft erweitert.

Die Beschleunigung, die erforderlich ist, um mit einem solchen Waffenstartmechanismus eine brauchbare interplanetare Geschwindigkeit zu erreichen , würde alles zerstören, was empfindlicher ist als ein Hausziegel, und selbst das wird wahrscheinlich nicht vollständig intakt bleiben.

Beschleunigung

https://en.wikipedia.org/wiki/Space_gun

Eine Weltraumkanone mit einem "Kanonenrohr" der Länge ( l ) und der benötigten Geschwindigkeit ( v ), die Beschleunigung ( a ) ergibt sich aus der folgenden Formel:

a = v ² /2l

Zum Beispiel mit einer Weltraumkanone mit einem vertikalen "Kanonenrohr" durch sowohl die Erdkruste als auch die Troposphäre, mit einer Gesamtlänge von ~60 km ( l ) und einer Geschwindigkeit ( v ), die ausreicht, um der Schwerkraft der Erde zu entkommen (Fluchtgeschwindigkeit, die beträgt auf der Erde 11,2 km/s), würde die Beschleunigung ( a ) theoretisch mehr als 1000 m/s2 betragen, was mehr als 100 g-Kräften entspricht, was etwa dem 3-fachen der menschlichen Toleranz gegenüber g-Kräften von maximal 20 bis 35 entspricht g während der ~10 Sekunden, die ein solches Brennen dauern würde.

Um das auf "angemessene" oder zumindest überlebensfähige 30 g zu bringen, braucht man ein "Geschützrohr" von mindestens 200 km Länge, Megastruktur ist hier definitiv das richtige Wort. Aus wirtschaftlicher Sicht könnte der Bau ruinös sein, ebenso wie der Betrieb. Ich überlasse die Energieberechnungen dem Leser, da keine Zielgeschwindigkeit angegeben wurde, aber Sie können wahrscheinlich von Wirkungsgraden von 10-25% ausgehen.

Es gibt die typische minimale Sicherheit, die mit jeder groben Raumfahrt verbunden ist, die Sie zu übersehen hoffen, denn wenn Sie Ihr Denkmal treffen, wird es ein großer Krater sein. Das Erreichen Ihres Ziels mit Metergenauigkeit ist jedoch nur eine Frage der Mathematik, und wenn Sie den Launcher zum Laufen bringen können, ist es vernünftig, so gut zu zielen. Allerdings, und es ist ein großes Problem, Sie versuchen effektiv, eine Nadel einzufädeln, indem Sie den Faden an eine Kugel binden und von der anderen Seite des Raums darauf schießen. Es könnte funktionieren, aber es ist wahrscheinlicher, dass Sie eine große Delle im Putz hinterlassen, es sei denn, Sie sind wirklich gut.

Macht eigentlich Sinn

Das Grundkonzept hat einige Vorteile, die "Schiffe" können einfache Kapseln sein, viel billiger und einfacher als ein eigenständiges interplanetares Schiff. Ein Großteil der Masse und des Volumens wird der Fracht gewidmet. Wenn Sie das Startsystem effizient genug gestalten können, könnten Sie möglicherweise ein wirtschaftliches Modell ausarbeiten, mit dem es das Reisen wirtschaftlich rentabel macht. (Das ist in der Praxis nicht möglich, da End-to-End effektiv frei sein muss, aber egal.)

Die Kontrolle des Weltraumverkehrs ist ein Albtraum. Dies ist ein Modell, das einen viel höheren Verkehrsfluss erfordert als jedes eigenständige Schiff. Denken Sie daran, dass für ein einzelnes Schiff, das mit eigener Kraft fährt, die Kosten gleich sind, egal ob für das erste Schiff oder das hundertste. Bei diesem System bedeuten die enormen Vorabkosten, dass die effektiven Gesamtkosten für jeden nachfolgenden Start sinken. Es ist eine 200 km lange Struktur, die eine Menge Geld kostet , man muss eine Verkehrsrate bekommen, die es billiger macht als einzelne Starts.

Es gibt eine kritische Überlegung, die keine der bisherigen Antworten abzudecken scheint (es sei denn, ich habe sie verpasst).

Newtons 3. Bewegungsgesetz Allgemein zusammengefasst als „für jede Aktion gibt es eine gleiche und entgegengesetzte Reaktion“.

Das bedeutet, dass Sie Ihre Raumstation bei jedem Start in die entgegengesetzte Richtung beschleunigen. Dies wiederum bedeutet, dass Ihre Station nach jedem Start auf herkömmliche Weise zur Station zurückkehren muss. Du kannst dieser Realität nicht entfliehen. Entweder müssen Sie ein Objekt gleicher Masse mit der gleichen Geschwindigkeit in die entgegengesetzte Richtung schießen (wirklich gefährlich) oder Sie müssen Motoren verbrennen, um dem Schub entgegenzuwirken.

Haftungsausschluss: Dies sind alles wilde Spekulationen eines begeisterten Amateurs.

Das Problem, wie ich es sehe, ist die Beschleunigung ist buchstäblich mörderisch.

Die Lösung besteht also darin, mit einer Gauss-Kanone in Form einer Magnetschwebebahn, die in einem weiten Kreis läuft, mit einer Weichenbahn, um sanft zur endgültigen Flugbahn abzubiegen, langsamer auf Geschwindigkeit zu beschleunigen. (Es müsste eher eine sanfte Kurve als eine plötzliche Gerade sein, nur weil die Änderung der Flugbahn selbst die Beschleunigung beeinflussen würde.)

Ihr Catcher hätte die gleiche Konfiguration, Sie würden einfach durch die Weichenbahn eintreten und im Ring verlangsamen, bis Sie eine Geschwindigkeit erreichen, die sanft genug ist, dass Sie sicher aus dem System befreit werden können.

Dies hat einige Vorteile, wenn Sie mit 1 g beschleunigen, würden Sie von den Fliehkräften auf Ihre Passagiere profitieren, bis Sie auf die Weiche kommen, wodurch die wahrscheinlichen Wochen der Beschleunigung / Verzögerung für den menschlichen Körper viel erträglicher werden.

Einige Probleme wären, dass Ihr Schiff das einzige Schiff wäre, das sich jederzeit in der Schleife befinden könnte, alle späteren Schiffe würden das erste innerhalb der ersten Schleife schnell einholen und mit ihm kollidieren. Ihre massive Infrastruktur hätte also möglicherweise eine sehr geringe Nutzlast und einen recht geringen Turnaround.

Die Möglichkeit, dies für Fracht zu verwenden, ist viel wahrscheinlicher, Sie könnten viel höhere Geschwindigkeitsänderungen im System vornehmen, ohne sich Gedanken über das Einfügen zerbrechlicher fleischiger Personen machen zu müssen.

Ich glaube nicht, dass eine Gauß-Kanone eine gute Lösung ist, teilweise wegen der enormen erforderlichen Beschleunigung und teilweise wegen der massiven erforderlichen Infrastruktur. Es ist jedoch mit ziemlicher Sicherheit möglich.

Ich würde eine große Anzahl breiter torusförmiger elektromagnetischer Stationen vorschlagen, die so ausgerichtet sind, dass ein Fahrzeug durch jede einzelne beschleunigt werden kann. Wenn die Kanone benötigt würde, würden diese elektromagnetischen Stationen entlang der vorgeschlagenen Flugbahn positioniert und das interplanetare Raumschiff würde durch jede der Reihe nach beschleunigt.

Nachdem das Schiff abgefahren war, musste der „Rückstoß“ gedämpft werden, indem die elektromagnetischen Stationen verwendet wurden, um sich gegenseitig abzustoßen, da das Ende der Serie aufgrund der großen Längen wahrscheinlich frei schwebende Stationen sein müssten.

Es gibt zu viele Variablen, um genaue Zahlen anzugeben, aber ich stelle mir vor, dass die Kanone in der Größenordnung von zehn, wenn nicht Hunderten von Kilometern lang sein müsste, wenn Sie die Besatzung nicht zerquetschen wollten. Böse, aber überlebensfähige 10 g, die 40 Sekunden lang angewendet werden, würden einem Raumschiff ein Delta v von 4 km / s geben, genug, um aus der erdnahen Umlaufbahn zum Mars zu gelangen. Aber es würde 80 km Startröhre benötigen. Angenommen, Ihre brutal bestrafenden 30 g könnten die gleiche Geschwindigkeit in weniger als 14 Sekunden mit einer Rohrlänge von etwa 26 km erreichen, aber ich denke, Sie müssten viel mit der Hand winken, um zu erklären, warum die Crew im Allgemeinen eher überlebt als im Allgemeinen stirbt.

Ein großes Problem wäre die Ausrichtung, insbesondere wenn die Beschleunigungsstationen am fernen Ende frei schwebend wären. Das heißt, mit High-Tech hätte ich gedacht, dass dies nicht unüberwindbar sein sollte. Es wäre auch die Frage des Rückstoßes, dass die frei schwebenden Stationen in die anderen Teile der Kanone stürzen könnten, wenn das Brechen fehlschlägt. Vielleicht könnten einige Nottriebwerke sie aus der Ausrichtung drücken, wenn dies passieren würde, um eine Kollision zu vermeiden.

Die Wirtschaftlichkeit davon würde von zu vielen Variablen abhängen. Alles, was ich sagen würde, ist, dass eine enorme Menge an elektrischer Energie benötigt würde, ebenso wie massive Orbitalstationen, sodass sowohl der Strom- als auch der Weltraumbau relativ billig sein müssen.

Die Sicherheit ist zum Teil abhängig von den eingesetzten Kräften, selbst 10 g sind nicht wirklich „sicher“ und 30 g sind in vielen Fällen wahrscheinlich tödlich.

Die Infrastruktur wäre riesig und nicht sehr praktisch. Für jedes Ziel wäre eine neue Kanone erforderlich, während konventionell angetriebene Fahrzeuge überall hinfahren könnten.

Ich bezweifle, dass es ernsthafte Probleme bei der Berechnung der korrekten Flugbahn und Ausrichtung der Kanone geben würde, obwohl wahrscheinlich immer noch eine Korrektur auf halbem Kurs durch die Verwendung irgendeiner Art von Triebwerken erforderlich wäre (Ionenantrieb wäre hier mein Vorschlag).

Ich schlage vor, dass das Fahrzeug Ionenmotoren als Backup mitführt. Sie verfügen bereits über eine leistungsstarke Stromerzeugungskapazität für den Einsatz in Verbindung mit der Gauss-Kanone, daher wäre es sinnvoll, diese für den Backup-Plan zu verwenden. Das erforderliche Treibmittel könnte auch viel leichter sein, da die Abgasgeschwindigkeit eines Ionenmotors sehr hoch ist.

Zusammenfassend ist es eine interessante Idee, aber nicht wirklich so praktisch. Vielleicht möchten Sie andere Varianten in Betracht ziehen, je nachdem, wie sehr Sie mit der Idee der statischen Kanone verheiratet sind. Vielleicht ein hybrider Kanonen- / Ionenantrieb, eine mehrstufige Kanone oder eine Reihe von kanonenartigen Beschleunigern in kontinuierlicher Umlaufbahn, die von Fahrzeugen in beide Richtungen zum Beschleunigen und Abbremsen verwendet werden?

Im Anschluss an meine ursprüngliche Antwort suchte ich nach Statistiken zu 1G-Beschleunigungen.

Ich habe dieses Juwel https://space.stackexchange.com/questions/840/how-fast-will-1g-get-you-there aufgetaucht

Nach meiner Schätzung würden die Passagiere bei einem konstanten 1 g an jedem Ende 11 Stunden in der Schleife verbringen und etwa zwei Tage Flugzeit zwischen Erde und Mars unter optimalen Bedingungen bei 401.235 m / s (geschätzt für einen 45-stündigen Flug basierend auf dem optimalen 1G-betriebenen Flugprofil mit einem Umschlag in der Mitte)

3 Tage zum Mars klingt cool, aber es hängt stark von der Fähigkeit des Loops ab, diese Art von Geschwindigkeit in eine Kurve umzuleiten. Je stärker die magnetische Eindämmung ist, desto kleiner kann die Schleife sein.

Skalierung wirkt sich auf alles aus, Ihr Projektil bewegt sich 4000-mal schneller als die schnellste Kugel, sodass Ihre Schleife in der Tat sehr groß sein muss. Unter diesen Umständen müsste die Schleife höchstwahrscheinlich ein Ring um den Mond oder die Erde selbst sein Ihre beste Option ist wahrscheinlich, mehrere umlaufende Einrichtungen mit eigenen Abschnitten von Gaußspulen zu bauen. viel einfacher als der Bau einer zusammenhängenden Struktur, und es wäre von Natur aus viel einfacher, Teile zu aktualisieren und zu ersetzen. Sie könnten die Anlage auch vom ersten Tag des Baus an mit reduzierter Kapazität nutzen und sie verbessern, wenn die Mittel und Ressourcen dies zulassen.

Höchst unrealistisch.

Wirtschaftlichkeit: Die Wartung von Railgun-Systemen ist extrem kostspielig. So wie es derzeit mit Railguns aussieht. Der Lauf muss alle paar Schüsse ausgetauscht werden, da er durch die Hitze, die durch die Beschleunigung der Nutzlast entsteht, schmilzt.

Sicherheit: Extrem unsicher. Die Passagiere würden die extreme Beschleunigung der Kanone wahrscheinlich nicht überleben. Treibstoff auf dem Schiff zu haben, um die Flugbahn zu korrigieren, würde sicherlich zu einer sofortigen Explosion in der Kanone führen.

Durchführbarkeit: Es gibt keine Möglichkeit, das Schiff effektiv zu fangen. Außerdem gibt es, wie @Rekesoft bereits im Kommentar sagte, viel bessere Startsysteme, wenn Sie bereits aus dem Orbit starten.

Berechnung der Orbitalbahnen: Sollte kein Problem sein.

1. Schleifen

   a. Allmähliche Beschleunigung

   Mehrere Antworten auf diese Frage haben die Idee erwähnt, eine Schleife anstelle eines geraden Laufs zu verwenden, um die Geschwindigkeit im Laufe der Zeit zu erhöhen, anstatt die Insassen Ihres Fahrzeugs in eine durch G-Kraft induzierte Paste zu verwandeln. Ich würde ihrer Idee von ganzem Herzen zustimmen, da sie es uns ermöglicht, die Notwendigkeit besonderer Sicherheitsmaßnahmen für die Insassen zu umgehen, und Ihrer Raumfahrt eine interessante Eigenart hinzufügt, da Reisende gezwungen wären, vor dem Verlassen eine Zeit lang in diesen Beschleunigungsschleifen zu warten und nach der Ankunft auf Planeten.

   b. Modularität

   Das System kann inkrementell aufgebaut werden, wodurch das Reisen schneller und effizienter wird, wenn jedes neue Modul installiert wird. Dies wird dazu beitragen, die gigantischen Kosten der Strukturen auszugleichen.

2. Psychologie

   Das wird sich seltsam anhören, aber ich denke, dass eine der größten Eintrittsbarrieren hier psychologischer Natur ist. Wenn ich Sie in ein Auto setze und Ihnen die Steuerung übergebe, haben Sie das Gefühl, die Kontrolle zu haben. Wenn ich jedoch viele Personen in eine Ebene setze, in der sie keine Kontrolle haben, werden sie ängstlich und können sogar einfach nicht funktionieren. Dieses Problem wird stark vergrößert, wenn ich Menschen Millionen von Meilen mit Geschwindigkeiten schicken werde, die sich der Lichtgeschwindigkeit nähern, ohne dass sie sich selbst helfen können, falls etwas mit dem Fangsystem schief geht oder eine Fehlberechnung mit ihrer Flugbahn aufgetreten ist. Das bringt mich zu meinem nächsten Punkt.

3. Ausrichtung

   Raumschiffe, die ihre Ziele verfehlen, wenn sie einfach versuchen, einen Planeten zu treffen, sind ein Problem, ganz zu schweigen davon, ein kleines, sagen wir, wenige hundert Meter breites Ziel zu treffen. Zum Beispiel war die Landezone von Curiosity eine Ellipse von 12 Meilen mal 4 Meilen. Ist es innerhalb dieser Ellipse gelandet, ja, aber diese Art von Unsicherheit wird in einem System wie diesem einfach nicht ausreichen. Die Genauigkeit wird immer besser, aber Fehler können immer passieren.

   Quelle: https://www.nasa.gov/mission_pages/msl/multimedia/pia16039.html

   Zugegeben, die Raumfahrzeuge in diesem System sollten niemals mit Luftwiderstand oder Luftwiderstand zu kämpfen haben, der sie vom Kurs abbringt, aber so leer der Weltraum auch ist, Sie können nicht davon ausgehen, dass Ihr Weg immer frei ist.

4. Energieernte

   Eine interessante Randnotiz, und nicht wirklich ein Problem, sondern ein Vorteil. Ihr Fangsystem könnte das ankommende Raumschiff nutzen, um Strom in Form des größten elektrischen Generators der Welt zu erzeugen. Wenn das Raumfahrzeug die Elektromagnete passiert, könnte es verwendet werden, um eine Ladung zu erzeugen. Die resultierende Ladung könnte dann verwendet werden, um andere Raumfahrzeuge zu starten, was die Energiekosten erheblich senkt. (Es wäre keine 100-prozentige Effizienz, aber bei einem so großen System zählt jedes Joule.)

Fröhliches World Building!

Es gibt einen weiteren Grund, warum Spulenpistolen nicht auf hohe Geschwindigkeiten skalieren, der selten erwähnt wird.

Beginnen wir damit, einen kurzen Schritt zurückzutreten und zu sagen, was eine Spulenkanone ist. Eine Spule ist eine große Drahtschleife. Wir haben ein Metallprojektil, das sich mit einiger Geschwindigkeit auf das Loch in der Mitte der Spule zubewegt. Wir lassen einen Strom durch den Draht fließen. Dadurch entsteht ein Magnetfeld, das das Projektil in Richtung Spulenmitte zieht und beschleunigt. Wenn das Projektil durch die Spule ist, schalten wir den Strom aus, weil wir nicht wollen, dass es das Projektil zurück zur Spule zieht.

Wir bauen dann viele Stufen, so dass das Projektil in jeder Stufe um einen bestimmten Betrag beschleunigt wird.

Das Problem ist daher:

• Der Strom muss so hoch wie möglich sein, da der Magnet stärker zieht, wenn der Strom höher ist.

• Der Strom muss genau die richtige Zeit lang eingeschaltet sein. Zu kurz und Sie geben nicht genug Zug; zu lang und du ziehst nach hinten.

Die Anfangsphase, in der sich das Projektil langsam bewegt, ist einfach. Knifflig sind vor allem die Mittel- und Endphase, in denen sich das Projektil mit mehreren tausend Metern pro Sekunde bewegt. Wenn eine Spule einen Meter lang ist, befindet sich das Objekt weniger als eine Millisekunde in der Spule, und daher müssen wir sehr genau einen hohen Strom auslösen.

Überlegen Sie also, wie Sie das machen. Wir haben Technologie in unseren Computern, um extrem kleine Ströme bis zu einem Bruchteil einer Nanosekunde auszulösen, und wir können Milliarden davon auf einen winzigen Siliziumwafer bringen. Denken Sie jetzt daran, wie heiß Ihr Computer wird, wenn Sie diese außergewöhnlich kleinen Ströme manipulieren. Dies ist die Technologie, die Sie bis zu dem Punkt skalieren möchten, an dem die Ströme dem Stromverbrauch einer kleinen Stadt entsprechen. Hochgeschwindigkeitsschalter bestehen aus Halbleitern . Sie sind von Natur aus keine perfekten Leiter, also erzeugen sie Wärme.

Wenn Sie rechnen, ist der Kühlkörper, den Sie benötigen, um den Ein-Aus-Schalter jeder Stufe Ihrer Spulenkanone vor dem Schmelzen zu bewahren, enorm , und die schiere Menge an Halbleitermaterial, die Sie für den mit Abstand größten Transistor der Welt benötigen, ist nicht realisierbar zu heutigen Preisen. Für eine Stufe; und Sie benötigen Tausende von Stufen.

Kurz gesagt: Der Strom, der eine große Spulenkanone antreibt, ist billig und in großem Maßstab leicht verfügbar; Es ist die Elektronik im Steuersystem, von der wir derzeit nicht wissen, wie sie auf die Ströme skaliert werden kann, die erforderlich sind, um die Geschwindigkeit von Raumfahrzeugen zu erreichen.

Muss zugeben, dass ich mit einer ähnlichen Idee gespielt habe, außer auf interplanetarer Ebene.

Der große Vorteil ist, dass Sie frei von Einschränkungen durch Raketengleichungen sind. Da die gesamte Energie extern geliefert wird, müssen Sie nicht wegen Bussard Ramjets und dergleichen herumwinken. Das Vorhandensein eines Fängers ist ebenfalls erforderlich, es sei denn, Sie versuchen, den gesamten Kraftstoff für die Verlangsamungsphase mitzunehmen, was den Punkt ziemlich zunichte macht. Wenn Sie das tun, könnten Sie genauso gut eine abnehmbare Beschleunigungsphase haben.

Was sind also die Probleme:

1) Wie oben erwähnt, massive anhaltende Beschleunigung, es sei denn, Sie haben eine erstaunlich lange Railgun-Baugruppe. In einer Null-G-Umgebung ist eine Struktur, die Hunderte von Kilometern lang ist, nicht unmöglich. Ich würde davon ausgehen, dass in einer Null-G-Vakuumumgebung kein Lauf erforderlich wäre, wenn Ihre Magneten das Projektil gerade halten können. In der Tat wäre ein physischer Lauf bei den beteiligten Geschwindigkeiten nur eine Gefahr.

Für die Nutzlast müssten Sie über Beschleunigungssofas hinausgehen. Stellen Sie sich das vollständige Eintauchen in eine Flüssigkeit vor (keine Luftspalte, nicht einmal in den Lungen oder Ohren); möglicherweise eiskalt. Sie möchten Dichtekontraste innerhalb des Schiffs in den Beschleunigungs-/Verzögerungsphasen vermeiden, um die Lasten von 100+ g zu berücksichtigen. Sobald Sie sich in der Reisephase befinden, können Sie aus der Verglasung herauskommen.

2) Sicherheit - Nun, Sie haben ein Schiff mit einem Gewicht von Hunderten von Tonnen oder mehr auf vielleicht 1000 km/s beschleunigt. Geht man nach der kinetischen Energieformel, e = 0,5*m*v^2, wären das ~10^17 J. Laut Wiki ist das ungefähr eine Zarenbombe ). Wenn also etwas schief geht und Sie einen Planeten treffen (ganz zu schweigen von einem KBO), hinterlassen Sie eine spürbare Delle. Selbst unter guten Bedingungen muss Ihr Fänger diese Energiemenge in sehr kurzer Zeit abbauen. Sie benötigen einige sehr, sehr große Kondensatoren.

3) Praktikabilität – Solange das System zuverlässig ist und die Energieanforderungen erfüllt sind, vermeidet es, riesige Treibstofftanks auf lange, ermüdende Umlaufbahnen zu schicken. Also in vielerlei Hinsicht besser als chemische Raketen oder Sonnensegel . Es erfordert auch eine Form von Hibernation/Sleep-Technologie, wie oben beschrieben.

4) Orbitalpfade - Sie würden wahrscheinlich eine Form der Anpassung an Bord benötigen, aber die Berechnungen wären ziemlich trivial. Sie möchten auch Anpassungstriebwerke für den Fall, dass unterwegs Weltraumschrott entdeckt wird, da Kollisionen bei Reisegeschwindigkeit sehr, sehr gefährlich wären.

Das Konzept der interplanetaren Reise per Railgun ist nicht ganz realisierbar. Als O'Neill und seine Mitarbeiter das Konzept der L5-Weltraumlebensräume entwickelten, experimentierten sie mit Massenantrieben als Methode zum Starten von Fahrzeugen. Sie entdeckten, dass es eine Grenze für die maximale Geschwindigkeit gab, die Massenfahrer oder Gauß-Kanonen erreichen konnten. Bei höheren Geschwindigkeiten zerstören die Fahrzeuge ihre elektromagnetischen Trägerraketen.

Diese Grenzgeschwindigkeit betrug 4 km/s. Jetzt könnten Fahrzeuge mit dieser Geschwindigkeit aus dem Orbit gestartet werden. Die Geschwindigkeit des Fahrzeugs aufgrund der Gauß-Kanone kann zu seiner Umlaufgeschwindigkeit addiert werden. Fahrzeuge könnten von einem erdähnlichen Planeten mit einer Geschwindigkeit von 12 km/s gestartet werden.

Dies führt zu realisierbaren interplanetaren Reisen. Die Reisezeiten werden ziemlich lang sein. Sechs bis acht Monate Reisezeit zu Planeten, die den Umlaufbahnen von Mars und Venus in Ihrem hypothetischen Sonnensystem entsprechen. Über viele Jahre für Reisen zu anderen Planeten. Es wird funktionieren, aber es wird langsam sein.

Diese Art des Reisens ist ungefähr gleichzusetzen mit chemischen Raketen. Aber Fusions-, Plasma- und Ionenantriebe werden besser und schneller funktionieren.

Haben Sie einige Zahlen!

Okay, ich weiß nicht, wie man Zahlen schön aussehen lässt, also werde ich Codeblöcke verwenden :(

Um einige reelle Zahlen zu haben, mit denen ich arbeiten kann, gehe ich außerdem von einer netten einfachen Reise von der Erde zum Mars an dem Punkt aus, an dem sie am nächsten beieinander liegen. Alle Zahlen stammen von der NASA .

30g = 300 m/s^2
delta-v mars-earth = ~5,000 m/s
minimum distance mars-earth = 55,700,000

Also zuerst einmal, wie lang wird diese Waffe sein müssen? Sie sagten ungefähr eine Minute, also gebe ich Zahlen für 60 und 120 Sekunden. Für den Rest dieser Antwort werde ich die Berechnungen für jede dieser Zahlen fortsetzen, wobei die erste das 60 Sekunden lang beschleunigte Fahrzeug und die zweite das 120 Sekunden lang beschleunigte Fahrzeug ist.

d = vi * t + 1/2 * a * t^2
d = 0 + 1/2(300)(60^2)  = 540,000 m
d = 0 + 1/2(300)(120^s) = 2,160,000 m

Wie schnell bringt uns das?

v = vi + a * t
v = 0 + 300(60)  = 18,000 m/s
v = 0 + 300(120) = 36,000 m/s

Plus die 5000 m / s senkrecht aus der Differenz zwischen den Umlaufbahnen von Mars und Erde erhalten uns:

sqrt(5000^2 + 18,000^2) = 18681 m/s
sqrt(5000^2 + 36,000^2) = 36345 m/s

An dem Punkt, an dem das Fahrzeug den Mars passiert. Wie lange dauert diese Reise?

t = d / v
t = 55,700,000/18,000 = 3094s
t = 55,700,000/36,000 = 1547s

Wie viel Energie werden Sie also benötigen? Dazu benötigen wir das Gewicht des Fahrzeugs. Sie sagten, wir müssten in der Lage sein, eine Orbitalinjektion durchzuführen, also kommt die Raketengleichung ins Spiel! (YAY!) WolframAlpha hat ein nettes Werkzeug für die Raketengleichung eingebaut, also werde ich hier alle Zahlen dazu geben. . Ich gehe von einer (sehr leichten) Trockenmasse von 1.000 kg aus und schieße, um nichts weiter zu tun, als das Fahrzeug unter die Fluchtgeschwindigkeit des Mars zu bringen. Dies sind die Anfangsmassen, die wir erhalten:

m0 = 15,180 kg  (for the slower craft)
m0 = 523,219 kg (for the faster craft)

Nun, wie viel Energie wird es brauchen, um diese Fahrzeuge auf Hochtouren zu bringen?

E = 1/2*m*v^2
E = 1/2(15,180)(18,000^2) = 2,459,160,000,000 J
E = 1/2(523,219)(36,000^2) = 339,045,912,000,000 J

Eigentlich ist der Energiebedarf gar nicht so horrend wie ich es mir vorgestellt hatte, aber ein 500 km langes Geschütz kommt mir ziemlich lächerlich vor. Spielen Sie mit diesen Zahlen, wie Sie es für richtig halten, um herauszufinden, was für Ihre Geschichte funktioniert!